【正文】 塊 ....................................................................................... 9 概述 .................................................................................... 9 主要技術(shù)參數(shù) ................................................................... 9 管腳介紹 ........................................................................... 9 顯示部分 ................................................................................... 10 電源部分 ....................................................................................11 晶體振蕩器 ................................................................................11 鍵盤部分 ................................................................................... 12 第 3 章 系統(tǒng)相關(guān)協(xié)議介紹 .................................................................. 13 GR87 協(xié)議 ................................................................................ 13 協(xié)議簡(jiǎn)介 ......................................................................... 13 數(shù)據(jù)格式 ......................................................................... 13 串行通信 .................................................................................... 14 異步通信特點(diǎn) ................................................................. 14 異步通信協(xié)議 ................................................................. 14 中斷 .................................................................................. 15 液晶顯示協(xié)議 ........................................................................... 18 2 基本操作時(shí)序 .................................................................. 18 顯示與控制命令 .............................................................. 19 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .......................................................................... 21 系統(tǒng)軟件概述 ............................................................................ 21 軟件程序的編寫 ........................................................................ 22 初始化模塊 ..................................................................... 22 數(shù)據(jù)處理模塊 ................................................................. 22 人機(jī)對(duì)話模塊 ................................................................. 26 代碼實(shí)現(xiàn) ................................................................................... 28 結(jié) 論 ....................................................................................................... 30 謝 辭 ....................................................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 32 外文資料翻譯 ........................................................................................ 33 3 前 言 GPS 主系統(tǒng)是 美國(guó) 發(fā)射運(yùn)行的衛(wèi)星系統(tǒng)，包含了 27 顆能持續(xù)發(fā)送地理位置海拔高度和時(shí)間信號(hào)的衛(wèi)星， 24 個(gè)正常使用， 3 個(gè)備用，這些衛(wèi)星平均分布運(yùn)行在六個(gè)軌道上。經(jīng)過(guò)實(shí)踐測(cè)試 ,這種接收機(jī)可以達(dá)到基本 GPS 信息接收以及顯示，可以做到體積小、精度高、連續(xù)導(dǎo)航，并可廣泛應(yīng)用于個(gè)人野外旅游探險(xiǎn)、 出租汽車定位及海上作業(yè)等領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了一種成本低又能滿足性能使用要求的經(jīng)濟(jì)型 GPS 接收機(jī)的設(shè)計(jì)方案。它所具有的諸多優(yōu)點(diǎn)是其他導(dǎo)航設(shè)備所無(wú)法比擬地。I 基于 51 單片機(jī)的 GPS 接收機(jī) 摘 要 全球定位系統(tǒng) (GPS)是由美國(guó)國(guó)防部開發(fā)的一種先進(jìn)的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠全天候、全方位的為海陸空用戶提供連續(xù)的、高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間等信息?，F(xiàn)在， GPS接收機(jī)作為一種先進(jìn)的導(dǎo)航和定位儀器，已在軍事及民用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。此方案基于單片機(jī)、 GPS模塊和 1602液晶顯示屏等硬件 , 并應(yīng)用 C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了 GPS 信號(hào)的提取、顯示 及基本的鍵盤控制操作等。 關(guān)鍵詞： GPS，單片機(jī)， 接收 機(jī)， GR87， LCD II DESIGN OF GPS RECEIVER BASED ON 51 SINGLE CHIP COMPUTER ABSTRACT Global Positioning System(GPS) is the most advanced radio navigation system which was developed by the Department of Defence. The system can be used under any weather conditions, all day long and anywhere on the earth. It can provide land, marine and airborne user with continuous, highly accurate threedimension position, velocity, time dataetc. It has various advantages that are unexampled other kind of navigation equipment. Now GPS receivers, as a type of advanced equipment on navigation and positioning, have been widely used in both military and civil field. This design introduced in detail one kind of lowcost economy GPS receiver39。一般來(lái)說(shuō)，在地面上的 GPS 接收器能接收 5～ 12 個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，而為了獲得地面上的定位坐標(biāo)， GPS 導(dǎo)航至少需要 4 個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，三個(gè)用來(lái)確定 GPS 接收器的緯度、經(jīng)度和海拔高度，第四個(gè)則提供同步校正時(shí)間 [1]。每個(gè)衛(wèi)星均持續(xù)著發(fā)射載有衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)及時(shí)間的無(wú)線電波，提供地球上的各種接收機(jī)來(lái)應(yīng)用。使用者接收機(jī)：追蹤所有的 GPS 衛(wèi)星，并實(shí)時(shí)地計(jì)算出接收機(jī)所在 位置的坐標(biāo)、移動(dòng)速度及時(shí)間，各種藍(lán)牙 GPS 即屬于此部份。 它可以實(shí)時(shí)提供全天候、全球性的三維定位、測(cè)速 與授時(shí)功能的衛(wèi)星系統(tǒng) ,具有測(cè)量精度高、速度快、用戶數(shù)量不限、抗干擾能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn) ,除了可用于軍事領(lǐng)域外 ,還可以廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、野外探險(xiǎn)等領(lǐng)域。接收機(jī)是獲得 GPS 系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備 ,目前已有從手持式到臺(tái)式數(shù)百種型號(hào)的接收機(jī)可供用戶選擇。這一方面為用戶提供了極大的方便 但 GPS 定位接收機(jī)價(jià)格比較昂貴而且使用靈活性低 ,難以滿足特定條件下的應(yīng)用需求 ,造成了資金浪費(fèi)。 本文首先介紹了 GPS 系統(tǒng)由來(lái)及其發(fā)展、基本概念、 GPS 接收機(jī)的工作原理及接收機(jī)定位流程。并且設(shè)置了所需的外圍電路。通過(guò) C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了 GPS 信號(hào)的提取、顯示及基本的鍵盤控制操作 等。 5 第 1 章 GPS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)方案選擇 GPS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 GPS 由來(lái)及發(fā)展 導(dǎo)航衛(wèi)星定時(shí)測(cè)距全球定位系統(tǒng) (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Position System GPS)是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和地面接收機(jī)部分組成。 PPS授權(quán)的精密定位系統(tǒng)用戶需要密碼設(shè)備和特殊的接收機(jī)。 由于 GPS 具有全球覆蓋以及精度高、定位速度快、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn) ,近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用 ,在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了極大的作用 ,已成為信時(shí)代不可缺少的一部分。 GPS 定位基本原理 GPS 定位技術(shù)的基本原理是采用測(cè)量學(xué)中通用的測(cè)距交會(huì)方法． GPS 接收機(jī)在某一時(shí)刻接收到 4 顆以上的 GPS 衛(wèi)星信號(hào)導(dǎo)航電文 , 通過(guò)變頻、放大、 濾波等一系列處理過(guò)程 ,實(shí)現(xiàn)對(duì) GPS 衛(wèi)星號(hào)的跟蹤、鎖定、測(cè)量 ,從而產(chǎn)生 計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息 (包括 :緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向、衛(wèi)星狀況等 ),經(jīng)由 I/O 口輸出串行數(shù)據(jù)． GPS 接收機(jī)定位流程 1． 搜索可用衛(wèi)星，接收衛(wèi)星信號(hào)，與衛(wèi)星信號(hào)同步，提取導(dǎo)航電文信息； 2． 從導(dǎo)航電文中獲取計(jì)算位置所需的信息，這些信息應(yīng)該包括時(shí)鐘信息和星歷等數(shù)據(jù)； 6 3． 計(jì)算衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置，這包括計(jì)算衛(wèi)星的高度和方位角，從而進(jìn)行必要的對(duì)流層校正； 4．計(jì)算偽距，并進(jìn)行電離層校正等； 5．重復(fù)上述過(guò)程，對(duì)所有可用衛(wèi)星進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算； 6．進(jìn)行其他必要的校正，例如根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)到達(dá) GPS 接收機(jī)的時(shí)間，校正地球旋轉(zhuǎn)所造成的衛(wèi)星位置的偏差； 7．根據(jù)定位原理，計(jì)算出 GPS 接收機(jī)的初始位置，并將其轉(zhuǎn)換成所需的坐標(biāo)格式進(jìn)行顯示或輸出； 8．加入閏秒和 UTC（標(biāo)準(zhǔn)世界時(shí)）時(shí)間補(bǔ)償計(jì)算當(dāng)前精確的時(shí)間； 9．分析可用衛(wèi)星的信息，計(jì)算最好的 DOP(Dilution of Precision)，進(jìn)行選星，并計(jì)算和修正 GPS 接收機(jī)的位置，給出 GPS 接收機(jī)的三維坐標(biāo)和準(zhǔn)確的時(shí)間信息。 本設(shè)計(jì)著重對(duì) NMEA0183 語(yǔ)句的數(shù)據(jù)格式、單片機(jī)串行通信、液晶顯示格式進(jìn)行了詳細(xì)論述 ,同時(shí)給出了硬件電路和軟件設(shè)計(jì)。通過(guò)按鍵可以進(jìn)行復(fù)位與頁(yè)面切換功能。但在和單片機(jī)進(jìn)行串行通信時(shí)由于電平不同，必須附加電平轉(zhuǎn)換電路 (MAX232) 而且價(jià)格比較昂貴。 SED1335 彩色液晶顯示器其有效顯示點(diǎn)陣為 320 240 ,顯示顏色為 4 色，但根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)要求，單色顯示完全可以。 方案二 系統(tǒng)由 GPS 模塊 (GR87)、控制電路 (89C51 單片機(jī) ) 、顯示部分 (SMC1602 液晶顯7 示器 )組成。該芯片每次將跟蹤 12 枚