【正文】 (2) 空間部分，由 24 顆衛(wèi)星組成，分布在 6 個 軌 道平面上 。 這三部分的相互關(guān)系 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。 Block2 衛(wèi)星如圖 所示。 24 顆 GPS 衛(wèi)星 在離地面 2 萬公里的高空上，以 12 小時的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時 接收到 6 顆以上 GPS 衛(wèi)星的定位信息。 由于衛(wèi)星的位置精確可知，在 GPS 觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收 設(shè)備 的距離， 根據(jù) 三維坐標中的距離公式，利用 3 顆衛(wèi)星，就可以組成 3 個方程式，解出觀測點的位置(X,Y,Z)。 由于衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的 SA 保護政策，使得民用 GPS 的定位精度只有 100 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。實驗表明，利用差分 GPS，定位精度可提高到 5 米。在接收 GPS 信號方案上 可以有兩種選擇。 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。 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。 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。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 。 6 圖 GPS 接收模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu) 總體方案的設(shè)計 本次設(shè)計要求通過單片機控制 GPS 器件 實現(xiàn)定位 信息 顯示功能。該 GPS 定位 信息顯示系統(tǒng)硬件 部分 主要由以下幾個部分 組成： (1) 接收部分：以 SiRF Star II GPS 接收模塊 為核心的 GPS 接收機； (2) 控制電路：由 51 單片機作為微處理器控制 GPS 信號； (3) 顯示部分： OLED 液晶顯示模塊； (4) 電源電路部分 :用以提供系統(tǒng) 工作時所必須的電 。利用其串行接口接收 SiRF Star II GPS 接收模塊輸出的 NMEA0183 語句數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選和處理后發(fā)送到 OLED 液晶顯示器顯示。 SiRF Star II GPS 接收模塊主要由變頻器、信號通道、存儲器、中央處理器和輸入輸出接口構(gòu)成。 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 7 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) 。 8 第 三 章 基于單片機的 GPS 硬件 電路 設(shè)計 基于單片機的 GPS 硬件 電路 總體結(jié)構(gòu) 根據(jù)總體設(shè)計方案 ， 該 基于單片機的 GPS 硬件 電路 設(shè)計 主要由 GPS 信號接收部分（ SiRF Star II GPS 信號接收模塊）、控制芯片（ STC89C516RD+單片機）、顯示部分（ OLED液晶顯示模塊）這幾部分構(gòu)成。 圖 基于單片機的 GPS 硬件總體結(jié)構(gòu)框圖 基于單片機的 GPS 定位 信息 顯示系統(tǒng) 設(shè)計 硬件 電路簡介 STC89C516RD+簡介 STC89C516RD+是一個低 電壓，高性能 CMOS 8 位單片機 ，采用 40 引 腳雙列直插封裝方式。 STC89C516RD+引腳 如圖 所示： 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 。 (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。 P0 口（ Pin39～ Pin32） ： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ ； P1 口（ Pin1～ Pin8） ： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ ； P2 口（ Pin21～ Pin28） ： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ ； P3 口（ Pin10～ Pin17） ： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ 。 表 STC89C516RD+2 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 (1) 時鐘電路 STC89C516RD+內(nèi)部有一 個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和TXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖 (a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。晶體振蕩頻率可以在 ～ 12MHz 之間選擇，電容值在 5～ 30pF 之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用 [5]。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度 ，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號。 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。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]。 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。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。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]。 主要使用到 的引腳如圖 所示。 圖 SiRF Star II 引腳 圖 GPS 數(shù)據(jù)輸出格式為標準的 NMEA－ 0183 標準，采集地理信息的更新速率為每 兩秒一次，地圖坐標系為 WGS－ 84 坐標系 [8]。 該模塊實物圖如圖 所示。 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。 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。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。 該芯片的主要特征如表 所示。因為具備輕薄、省電等特性， 因此從 2020 年開始，這種顯示設(shè)備在 MP3 播放器上得到了廣泛應(yīng)用，而對于同 屬數(shù)碼 類產(chǎn)品的 DC 與手機，此前只 是在一些展會上展示過采用 OLED 屏幕的工 程樣品，還并未走入實際應(yīng)用的階段。 目前 OLED 顯示屏廣泛用于手機、 MP工控顯示設(shè)備上，具有亮度高、顯示精 度高、功耗低等特點 OLED 液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個中文漢字（ 16X16 點陣）、128 個字符（ 8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（ GDRAM） 。 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。 16 圖 GPS硬件電路圖 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。 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： 18 $GPRMC,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12*hh 1 UTC 時間， hhmmss(時分秒 )格式 2 定位狀態(tài)， A=有效定位， V=無效定位 3 緯度 (度分 )格式 (前面的 0 也將被傳輸 ) 4 緯度半球 N(北半球 )或 S(南半球 ) 5 經(jīng)度 (度分 )格式 (前面的 0 也將被傳輸 ) 6 經(jīng)度半球 E(東經(jīng) )或 W(西經(jīng) ) 7 地面速率 (~ 節(jié)，前面的 0 也將被傳輸 ) 8 地面航向 (~ 度，以真北為參考基準，前面的 0 也將被傳輸 ) 9 UTC 日期， ddmmyy(日月年 )格式 10 磁偏角 (~ 度，前面的 0 也將被傳輸 ) 11 磁偏角方向， E(東 )或 W(西 ) 12 模式指示 (僅 NMEA0183 版本輸出， A=自主定位， D=差分， E=估算， N= 數(shù)據(jù)無效 ) 解析內(nèi)容： ，這個是格林威治時間，是世界時間（ UTC） ，我們需要把它轉(zhuǎn)換成北京時間 （ BTC） ， BTC 和 UTC 差了 8 個小時，要在這個時間基礎(chǔ)上加 8 個小時 。 ，我們需要把它轉(zhuǎn)換成度分秒的格式，計算方法： 如接收到的緯度是： / 100 = 可以直接讀出 45 度 – 45 * 100 = 可以直接讀出 46 分 – 46 = * 60 = 讀出 24 秒 所以緯度是： 45 度 46 分 24 秒。 ，指的是偏離正北的角度 ，這個日期是準確的，不需要轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)詳解 ： $GPGGA,1,2,3,4,5,6,7,8,9,M,10,M,11,12*xxCR LF $GPGGA：起始引導(dǎo)符及語句格式說明 (本句為 GPS 定位數(shù)據(jù) )； 1UTC 時間，格式為 ； 2緯度，格式為 (第一位是零也將傳送 )； 3緯度半球， N 或 S(北緯或南緯 ) 4經(jīng)度，格式為 (第一位零也將傳送 )； 5經(jīng)度半球， E 或 W(東經(jīng)或西經(jīng) ) 6定位質(zhì)量指示， 0=定位無效， 1=定位有效； 7使用衛(wèi)星數(shù)量，從 00 到 12(第一個零也將傳送 ) 8水平精確度， 到 9天線離海平面的高度， 到 米 M 指單位米 10大地水準面高度， 到 米 M 指單位米 11差分 GPS 數(shù)據(jù)期限 (RTCM SC104)，最后設(shè)立 RTCM 傳送的秒數(shù)量 12差分參考基站標號，從 0000 到 1023(首位 0 也將傳送 )。 首先介紹測試前的準備（ TTL 轉(zhuǎn)接板） GPS 的工作模式是 電源通電即從其 TXA 腳上輸出 NMEA 格式的數(shù)據(jù)包（剛啟 動和沒有信號的情況下數(shù)據(jù)包是無效的）因此使用時只需要給 GPS 提供 5V 供電 并將 GPS 的 TXA 引腳接到單片機或者 TTL 轉(zhuǎn) USB 小板 （或者 TTL 轉(zhuǎn) DB9 小板） 的 RXD 上就行，而 GPS 的 RXA（ RXD）引腳則用不上 硬件準備 使用串口助手測試 GPS 時需要有 TTL 轉(zhuǎn) USB 或者 TTL 轉(zhuǎn) DB9 的轉(zhuǎn)接小板 （帶 DB9 口的可不使用轉(zhuǎn)接板，但是部分 GPS 的 DB9 口是針座的 （公頭），因為設(shè) 計的時候主要是為了兼容單片機及 ARM 開發(fā)板，由于臺式機上的