【正文】 ，在接收到有效數(shù)據(jù)前，這個位是‘ V’ ，后面的數(shù)據(jù)都為空，接到有效 數(shù)據(jù)后，這個位是‘ A’ ，后面才開 始有數(shù)據(jù)。 如需更多的數(shù)據(jù)包格式介紹請查找 NMEA 0183 協(xié)議 的資料） GPRMC 數(shù)據(jù)詳解： 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 17 第 四 章 基于單片機的 GPS 軟件設(shè)計 GPS 數(shù)據(jù)包介紹 輸出數(shù)據(jù)格式 GPS 上電后，每隔一定的時間就會返回一定格式的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為： $信息類型， x， x， x， x， x， x， x， x， x， x， x， x， x 每行開頭的字符都是‘ $’ ， 接著是信息類型，后面是數(shù)據(jù)，以逗號分隔開。 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 15 圖 OLED 液晶顯示引腳圖 管腳從左到右定義為： GND： 電源地 VCC： 供電電源 、 5V 都可以 D0： CLK 時鐘 D1： MOSI 數(shù)據(jù) RES： 復(fù)位 DC： 數(shù)據(jù) /命令 基于單片機的 GPS 硬件連接 介紹 整個硬件設(shè)計要求 GPS接收模塊輸出的信號通過 單片機 STC89C5 GPS信號接收模塊、 12864液晶顯示模塊、電源相連接實現(xiàn)系統(tǒng)功能。 OLED 液晶顯示模塊引腳 如圖 所示。但 OLED 屏幕卻具備了許多 LCD 不可比擬 的優(yōu)勢。 14 信號跟蹤 跟蹤弱 信號比正常信號信噪比低 20dB 改善信號可利用性，在信號衰減嚴重的地方也可定位 單衛(wèi)星定位 在短暫的僅能收到一顆衛(wèi)星的情況下定位 在信號阻塞的地區(qū)也可定位，適于車載 GPS 多級 消除 誤差 減小 GPS 反射徑帶來的誤差 使 GPS 定位準確度提高到5m 差分 GPS 周期（大約 30 分鐘）更新星歷和修正時間 功率幾乎變成了以前的20%，增加使用時間 功率 分配 1s內(nèi)有 800ms的時間接收機不工作，僅僅有 200ms 的時間用于重捕、跟蹤、定位 工作在不想頻繁給出定位結(jié)果的情況下，節(jié)省功耗 OLED 液晶顯 示模塊介紹 (1) OLED 液晶顯示模塊概述 OLED，即有機發(fā)光二極管（ Organic LightEmitting Diode） ，又稱為有機電激光 顯示（ Organic Electroluminesence Display, OELD） 。 該芯片的主要特征如表 所示。這使其不僅可執(zhí)行各項 GPS 功能 ,還能為用戶應(yīng)用提供額外存儲。 GSW2 模塊化軟件很容易集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中，并提供功能強大的開發(fā)環(huán)境。 GSP2e 主要集成了一個增強型 GPS 內(nèi)核、一個 50MHz 的 ARM7 CPU、獨立的內(nèi)部總線和 外部總線 、 1Mb EDO DRAM、高精度實時時鐘、 GPS 接收機 外部設(shè)備 和 2 個UART。 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 該模塊 天線采用的是體積小、可靠性高、靈敏度高的微帶天線，該天線封裝在 模塊內(nèi)部 ，更進一步的提高了整個模塊的可靠性。 該 模塊具有 12 通道并行接收能力，所接收的 GPS 信號屬于民用頻段的 L1 信號 （ ） ，在沒有 SA干擾的情況下平均定位誤差為 10 米，動態(tài)速度誤差為 米 /秒，信號靈敏度達到 －142dBm，冷啟動定位時間為 42 秒，熱啟動時間為 38 秒，重新定位時間僅僅需要 8 秒。 12 SiRF Star II GPS 信號接收模塊 該設(shè)計中 GPS 信號接收模塊所選用的是 SiRF Star II GPS 接收模塊，該模塊是由美國瑟孚科技有限公司所生產(chǎn)。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號 (RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的 S5P2 時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號 [7]。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位 操作。 表 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動 [6]。 11 （ a） 內(nèi)部方式時鐘電路 （ b） 外部方式時鐘電路 圖 時鐘電路 (2) 復(fù)位 復(fù)位是單片機的初始化操作。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 P1 和 P2，供單片機使用。 外部方式的時鐘電路如圖 （ b） 所示， RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式 產(chǎn)生。 STC89C516RD+主要功能 如表 所示。 10 STC89C516RD+單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別 為 P0、 P P P3 口，每個口有 8 根引腳 ，共 32 根。 (3) 控制引腳（ 4 根） ： RST (Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位 ； ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 ； PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 ； EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 9 圖 STC89C52 引腳圖 其 引腳 說明 如下： (1) 主電源引腳（ 2 根） ： VCC(Pin40)：電源輸入，接 ＋ 5V 電源 ； GND(Pin20)：接 地線 。 該器件采用 ATMEL 高 密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與 工業(yè)標準的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 [4]。其大體結(jié)構(gòu)框圖如 圖 所示。 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 7 單 片機控制程序：編寫程序，實現(xiàn)單片機控制系統(tǒng)的初始化，控制 GPS 器件完成數(shù)據(jù)的采集 ,進行相應(yīng)的信號 處理，并通過單片機接口輸出至液晶顯示模塊顯示必要的數(shù)據(jù) 。它接收天線獲取的衛(wèi)星信號，經(jīng)過變頻、放大、濾波、相關(guān)、混頻等一系列處理，可以實現(xiàn)對天線視界內(nèi)衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測量定位。 外圍電路：外圍電路一部分是由 GPS 接收器件及其輔助電路組成，一部分是 OLED液晶顯示模塊的電源電路和顯示電路。 單片機系統(tǒng)：本次設(shè)計使 用 51 單片機作為微處理器，控制 GPS 數(shù)據(jù)的 讀取和傳輸過程。在這里使用常見的 MCS51 型單片機作為處理器，利用 MCS51 單片機的串行接口接收 SiRF Star II GPS信號接收模塊 輸出的數(shù)據(jù)信號，并通過軟件方法篩選出其中有用的定位數(shù)據(jù)，最后通過單片機的并行接口輸出至液晶顯示模塊顯示的方案。 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。用戶通過輸入輸出接口，與 GPS 接收模塊進行信息交換 ，實現(xiàn)功能 。 GPS 接收模塊通 過它的 接收天線獲取衛(wèi)星信號， 經(jīng) 過變頻、放大、濾波、相關(guān)、混頻等一系列處理，可以實現(xiàn)對天線視界內(nèi)衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測量。 從上面的分析可以知道，選擇 GPS 接收模塊就能夠很好的作為本次設(shè)計接收 GPS定位信息的解決方案，因此我選擇第二種方案 來 完成本次設(shè)計。 第二種方案是選擇成品的 GPS 接收模塊，采用這個方案的優(yōu)點是由于現(xiàn)階段 GPS接收模塊的制造技術(shù)已經(jīng)相當成 熟，性能穩(wěn)定并且使用非常方便，定位成功后直接就可以通過模塊 輸出 GPS 相關(guān) 信息。在接收 GPS 信號方案上 可以有兩種選擇。實驗表明，利用差分 GPS，定位 精度可提高到 5 米。 為 了達到更高 的 定位精度， 往往還 采用 了 差分 GPS(DGPS)技術(shù)，建立基準站 (差分臺 )進行 GPS 觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。美國政府宣布 從 2021 年起 ，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消 SA 政策， GPS 民用信號精度在全球完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。考慮到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有 4 個未知數(shù)， X、 Y、 Z和鐘差，因而需要引入第 4 顆衛(wèi)星，形成 4 個方程式進行求解，從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。只要有 4 顆衛(wèi)星的定位信息， GPS 接收機就能向用戶提供三維坐標、時間及移動速度等信息參數(shù)。 4 圖 Block2 衛(wèi)星圖 全球定位系統(tǒng) 有很多特點，其 主要特點 如下 ： (1) 全天候； (2) 全球覆蓋； (3) 三維定速定時高精度； (4) 快速省時高效率 ； (5) 應(yīng)用廣泛多功能。 Block2 衛(wèi)星如圖 所示。1989 年 2 月 14 日，第一顆 GPS 工作衛(wèi)星的發(fā)射成功，宣告 GPS 系統(tǒng)進入了生產(chǎn)作業(yè)階段。 這三部分的相互關(guān)系 如圖 所示。 (2) 空間部分，由 24 顆衛(wèi)星組成，分布在 6 個 軌 道平面上 。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成 部分 。 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 論文主要內(nèi)容 本次設(shè)計的主要任務(wù) 是在 GPS 和單片機的理論知識基礎(chǔ)上，選擇合適的單片機提取 GPS 接收 模塊 接收 的數(shù)據(jù)并且由液晶顯示模塊顯示接收的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在世面上已經(jīng)有許多基于 GPS 接收模塊所開發(fā)的產(chǎn)品， 如 GPS 手持機、車載 GPS 導(dǎo)航儀等等，雖然其功能強大，但價格 相對而言 比較昂貴，而且對于普通應(yīng)用 沒有必要。 2 量；衛(wèi)星入軌和衛(wèi)星回收的實時點位測量；載入航天器的在軌防護探測；星載 GPS 的遮掩天體大小和大氣參數(shù)測量；對地觀測衛(wèi)星的七維狀態(tài)參數(shù)和三維 狀 態(tài)參數(shù)測量 [2]。 GPS 技術(shù)的航空應(yīng)用 GPS 技術(shù)在航空方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在： 民航飛機的在途自主導(dǎo)航；飛機精密著陸；飛機空中加油控制；飛機編隊飛行的安全保護；航空援救的搜索和定點測量；機載地球物理勘探；飛機探測災(zāi)區(qū)大小和標定測量；攝影和遙感飛機的七維狀態(tài)參數(shù)和三維 姿態(tài)參數(shù)測量 等 。 GPS 技術(shù)的陸地應(yīng)用 GPS 技術(shù)在陸地上的開發(fā)應(yīng)用可 以體現(xiàn)在許多方面，如： 各種車輛的行駛狀態(tài)監(jiān)控；旅游者或旅游車的景點導(dǎo)游；應(yīng)急車輛 的快速引導(dǎo)行駛；高精度時間比對和頻率控制；大氣物理觀測；地球物理資源勘探；工程建設(shè)的施工放樣測量；大型建筑和煤氣田的沉降檢測；板內(nèi)運動狀態(tài)和地殼形變測量；陸地以及海洋大地測量基 準的測定；工程、區(qū)域、國家等各種類型大地測量控制網(wǎng)的測量和建設(shè)等 。不僅如此， GPS 衛(wèi)星的入軌運行，還為大地測量學、地球動力學、地球物理學、天體力學、載人航天學、全球海洋學和全球氣象學提供了一種高精度、全天時、全天候的測量新技術(shù)。陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要持有一種能夠接收、跟蹤、變換和測量 GPS 信號的接收機，就可以全天時、全天候和全球性 的 測量運動載體的七維狀態(tài)參數(shù)和三維狀態(tài)參數(shù)。 1 第一章 緒論 課題 背景及意義 1978 年 2 月 22 日第一顆 GPS 試驗衛(wèi)星的入軌運行，開創(chuàng)了以導(dǎo)航衛(wèi)星為動態(tài)已知點的無線電導(dǎo)航定位的新時代。 關(guān)鍵詞： GPS； 單片機； GPS 接收模塊； OLED 液晶屏 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 分別從硬件 設(shè)計 和軟件 設(shè)計 等方面對 其 作了詳細的闡述，并且結(jié)合硬件的特點研究了 MCS－ 51 系列單片機如何與 GPS 接收模塊實現(xiàn)串行通信，該系統(tǒng)是根據(jù) GPS 模塊數(shù)據(jù)輸出基本原理設(shè) 計而成的。因其具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點，使其成為了迄今 為止 最好的 定位 導(dǎo)航系統(tǒng)。完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 I 基于單片機的 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)設(shè)計 中 文 摘 要 GPS 全球定位系統(tǒng)在實際生活中被廣泛應(yīng)用，是當今信息時代發(fā)展中的重要組成