【正文】 .............................................................. 17 附錄三 源程序 ...................................................................................................................... 17 1 一 概述 （一）系統(tǒng)設(shè)計背景及 意義 GPS 是英文 Global Positioning System 全球定 位系統(tǒng) 的簡稱 ，它 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，應(yīng)急通信和一些其他用途。例如：陸地的 GPS 技術(shù)應(yīng)用，它可以應(yīng)用在各種車輛的行駛狀態(tài)監(jiān)控中；在海洋應(yīng)用中， GPS 技術(shù)可以應(yīng)用于遠洋船舶的最佳航線測定； 在航空航天應(yīng)用， GPS 技術(shù)可以應(yīng)用到民用飛機在運輸過程中的自主導(dǎo)航。此外，準(zhǔn)確顯示出當(dāng)時所在地方的經(jīng)度和緯度、時間，也直接關(guān)系到這種技術(shù)是否具有良好的實用價值。 GPS 技術(shù)的確具備 功能強大 、可擴展性好等優(yōu)勢， 但 同時也具有價格 昂貴 、電路復(fù)雜等缺點 。 （二）系統(tǒng)設(shè)計主要內(nèi)容 在學(xué)習(xí) 微控制器和 GPS 的 理論知識基礎(chǔ)上，選擇合適的微控制器和 GPS 接收模塊，通過 GPS 接收 并提取 衛(wèi)星信息。設(shè)計完成后利 用Proteus 軟件仿真測試其性能 。 GPS 技術(shù)在研究的初始階段 其主要 的 目的是為收集情報 。目前， GPS 技術(shù)還被廣泛地應(yīng)用與 應(yīng)急通信和其他一些軍事目的 、經(jīng)濟領(lǐng)域 。主要包括 主控站 、 地面天線 以及 電臺和通訊輔助系統(tǒng) ； 第二， 空間 控制 部分 。該部分主要包括衛(wèi)星天線以及 GPS 接收機 兩個模塊 。 圖 1 GPS 全球定位系統(tǒng)組成 其主要工作原理是由地面監(jiān)控部分來 計算從衛(wèi)星發(fā)出的信號到達 GPS 接收機，即用戶裝置部分的時間間隔，利用公式計算出用戶裝置到基準(zhǔn)衛(wèi)星的距離。然后在三維坐標(biāo)系中，利用距離的計算工式，求解出觀測點的位置坐標(biāo)。 （二） GPS 信號接收方案的關(guān)鍵問題 為了能夠?qū)崿F(xiàn)在液晶顯示器上準(zhǔn)確、實時的顯示出所接收到的 GPS 數(shù)據(jù)信息，核心問題就是如何處理來自衛(wèi)星的信號與 GPS接收器芯片 之間的數(shù)據(jù)通 信。此外，還應(yīng)該 根據(jù) 核心 芯片的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)， 對整個外圍電路、天線模塊等進行 設(shè)計 ，進而保證在 GPS 完成衛(wèi)星信息的接收之后，能夠準(zhǔn)確計算出觀測點的經(jīng)度、緯度以及高度，并將結(jié)果通過 定位模塊的輸出 ，在顯示電路模塊顯示出來。目前，市場上的 GPS 接收模塊 的型號很多，不同型號的接收模塊在結(jié)構(gòu)、功能、價格上也存在差異。然后將對所測信號進行解調(diào)，將該信號轉(zhuǎn)換為導(dǎo)航電文。在整個過程中，為保證信息獲取的實時性，要求用戶能夠通過輸入和輸出接口很方便的實現(xiàn)與 GPS 接收模塊的信息交換，也就是系統(tǒng)應(yīng)該具有友好的人機交互界面。 目前市面上單片機的種類繁多，功能各異。在 GPS信號的接收部分，將采用 SiRF Star II GPS 信號接收模塊 與 MCS51 單片機串行接口 相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的輸出。最終的計算結(jié)果將通過 MCU 并行接口模塊輸出 ，利用 液晶顯示器（ LCD）構(gòu)成的顯示 電路顯示出結(jié)果。主要包括以 SiRF Star II GPS 接收模塊作為核心構(gòu)成的 GPS 4 接收機，主要負責(zé)將鎖定衛(wèi)星，并將捕獲碼的最大相關(guān)輸出，然后利用同步技術(shù)，通過對偽距、載波相位的估計，計算出用戶位置、速度和時間等數(shù)據(jù)信息； 第二， 控制電路 模塊。主要包括由 LCD 構(gòu)成的顯示電路，通過與微控制器 接口的正確連接實現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的實時顯示； 第四， 電源部分 。 設(shè)計中還包括一些外圍電路，主要負責(zé)在接收天線獲取衛(wèi)星信號后，在信號的變換、放大、濾波等一系列處理過程中起到相應(yīng)輔助作用，與主控電路與接收模塊協(xié)同工作，鎖緊、定位、測量并輸出顯示結(jié)果。所以軟件設(shè)計也是整體方案的重 要組成部分。 三 硬件電路設(shè)計 （一）硬件總體結(jié)構(gòu)框圖 硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 3所示： 圖 3 硬件總體結(jié)構(gòu)框圖 （二）單片機性能概述 引腳功能 本設(shè)計中所選擇的單片機型號為 STC89C52，是由中國 深圳宏晶科技有限公司 生產(chǎn)。 STC89C52 能夠與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳直接兼容。 2）外接晶振引腳 （ 2根 ）： XTAL1(Pin19)：芯片內(nèi)部振蕩電路的輸入端口； XTAL2(Pin18)：芯片內(nèi)部振蕩電路的輸出端口。每個端口都 8根引腳 ，一共 32 根，其各端口功能詳見表 1： 表 1 I\O 端口功能 6 綜上，整個 STC89C52 的主要功能如表 2所示： 表 2 STC89C52主要功能 時鐘電路的一共有 內(nèi)部 產(chǎn)生 或 者 外部產(chǎn)生的 兩種 模式 可供選擇 。其中 外接定時元件 與 X1 和 X2 腳 相聯(lián) ， 由 內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。 為了保證最好的定時效果，產(chǎn)生所需要的時鐘信號，在本電路中，擬 選擇 大小約為 在 5? 30pF 的電容 ，用以產(chǎn)生 ? 12兆赫茲的 晶體振蕩頻率， 發(fā)揮最佳定時效果。 圖 5 時鐘電路圖 3. 復(fù)位電路 復(fù)位信號從 RESET 引腳輸入，整個電路主要包括由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的外部電路以及內(nèi)部電路。值得注意的是，復(fù)位脈沖的高電平時間間隔必須要大于 2 個機器周期。 7 圖 6 復(fù)位電路圖 （三） SiRF Star II GPS 信號接收模塊 設(shè)計中以 SiRF Star II GPS 作為 GPS 信號接收模塊。 它 能夠并行接收 12 通道 ，其所接收的信號頻段主要位于 民用的 GPS L1 頻帶信號 ，即 兆赫 茲。在 冷啟動 狀態(tài)下僅需要約 42秒的定位時間 ；而在 熱啟動 的情況下，其所需的定位時間僅僅為 38 秒 左右；如果是 重新定位 ，其所花時間僅僅 為 8秒 左右 。 圖 7 SiRF Star II 引腳圖 其引腳說明如下： 1 號管腳為 GND 端口，用來提供電源的接地端； 3 號管腳為電源的輸入端，一般情況下連接 +5V 電源； 2 號管腳為 TXD 端口，通常與外部振蕩器相連。其正常工作電壓約為 伏至 伏之間。 8 在該 GPS 信號接收 中所采用的天線已經(jīng)被封裝在模塊內(nèi)部了。 SiRF Star II 主要特征如表 3示： 表 3 SiRF Star II主要特征 （四）實時顯示模塊概述 本設(shè)計中的實時顯示模塊采用 LCD液晶顯示模塊 。該模塊同時包括由 8X16 點陣構(gòu)成的 128 個字符 ，以及 顯示 RAM 的功能，其點陣大小為 64X256。 LCD液晶 實時顯示模塊的引腳分布如圖 8所示。 表 5 實時顯示模塊引腳分布 表 5引腳說明 （五）電路原理圖 電路原理圖見附錄一。 整個軟件編程是由 C語言完成的。之所以采用 模塊化設(shè)計理念，主要是 考慮 軟件的模塊化 具有功能清晰， 調(diào)試方便 的特點。 （二）程序流程圖 整個程序流程圖如圖 9 所示 圖 9 軟件程序流程圖 圖 9 程序流程圖 11 （三）模塊軟件設(shè)計 在設(shè)計中所使用的 LCD 液晶顯示模塊，其流程圖如圖 10所示： 圖 10 實時顯示模塊 流程圖 部分子程序如下： 數(shù)據(jù)接收模塊 GPS 接收模塊必須先有能夠識別的信號發(fā)送到微控制器。 m d ( 0 x 0 1 ) 。 m d ( 0 x 3 0 ) 。 m d ( 0 x 3 4 ) 。 r ev _ s t o p 0。 er r o r _ n u m y O n e ( ) 。 { G P S ) )amp。er r o r _ n u m { el s e ???? 13 3. 單片機模塊 由 GPS 模塊接收的數(shù)據(jù)接收到微控制器的數(shù)據(jù)，分析，處理，將處理后的數(shù)據(jù)， 由液晶顯示 器顯示。 0。 g p s _ f lag } 。 er r o r _ n u m RMC_ N O 。 五 軟件調(diào)試與仿真測試 （一） 軟件調(diào)試 軟件調(diào)試的任務(wù)是使用在線仿真調(diào)試的開發(fā)工具，找出并糾正編程錯誤，而且還可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。第三步驟中的程序，通過 GPS 模塊和液晶顯示模塊程序，結(jié)合在 LCD 顯示器上的信息的 GPS 觀測。 ?????????}RE V _ Y E S 。 T R0{ ( r ev _ s to p ) if { w h ile( 1 )RE V _ N O 。r ev _ s to p 。L c d _ I n it( ) 0。 圖 14 加入源文件界面 3. 加入源程序完成后進入菜單 Project/Build target 編譯工程，如圖 15所示。 仿真電路原理圖見附錄二。 六 總結(jié) 通過本次畢業(yè)設(shè)計，主要是學(xué)習(xí)了 GPS 的原理，熟悉 GPS 接收機的工作原理及其各部分工作流程。 畢業(yè) 設(shè)計 是一個非常重要的學(xué)習(xí)階段，專業(yè)理論和實踐相結(jié)合的機會，通過這種更完整的設(shè)計，我擺脫了純粹的理論知識狀態(tài)，我綜合運用知識的能力，通過理論與實踐相結(jié)合的， 并行使解決實際工程能力，也提高了我的訪問，文學(xué)，設(shè)計手冊，設(shè)計規(guī)范和繪畫水平，以及細節(jié)的控制，可以使我的能力加強和豐富經(jīng)驗。 17 致 謝 本課題是在羅紅艷老師的悉心指導(dǎo)下完成的，論文從選題到寫作及最后成稿，羅老師都給予了我精心的指導(dǎo)和極大的幫助。在設(shè)計階段，羅 老師 在數(shù)據(jù)收集，程序調(diào)試，征文等方面給了我嚴格 的 要求和重要 的指導(dǎo)。 感謝電子系所有老師在畢業(yè)設(shè)計期間為我們提供良好的知識基礎(chǔ)。L c d _ I n it ( ) 0。 E T 0 1。EA 0。TI 1。S M 0 1。T R 1 0 x F A 。T H 1 0 x b 0 。T H 0 0 X 0 0 。 T M O D {( v o id ) U ar t _ I n it v o id0。 ec h an g e_ p ag x d at au c h ar ? 0。 r ev _ s t o p x d at au c h ar ? 0。r ev _ b u f [ 8 0 tac h ar x d a d is p la y . h in c lu d e L C D . h in c lu d e G P S . h in c lu d e s t r in g . h in c lu d e s t d io . h in c lu d e r eg 5 2 . h in c lu d e ??????????????????????????? 18 } } } R E V _ N O 。 r ev _ s t o p 0。G P S _ I n i t ( ) 20。 { 20) ( er r o r _ n u m if 。 r ev _ s t o p 0。 er r o r _ n u m y O n e( ) 。 { G P S ) )amp。 1。 0。G P S _ I n i t ( ) ???????????? 19 { 1in t e r r u p t id ) t ime r 0 ( v o