【正文】 間補償計算當前精確的時間。第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計本課題要求研制的GPS接收機要求具備接收和處理的功能。由于單片機集成度高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，同時技術(shù)成熟，處理器部分使用單片機實現(xiàn)。如下所示： GPS定位系統(tǒng)框圖第一節(jié) 單片機單片機主要來完成硬件核心控制的任務(wù)，并且還使我們的大硬件電路大大簡化，并且性能更加可靠。在本次設(shè)計中，采用MCS51系列單片機，雖然信號處理和計算的功能相對差些，但其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、性價比高、可靠性高、功耗小及應(yīng)用范圍廣，適合于小型化作業(yè)。因為它具有全雙工異步通信口,并且可與M87接口直接進行數(shù)據(jù)讀取、處理和輸出。一、AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)原理 AT89S51單片機的基本組成功能圖、PPP3為4個可編程的I/O口，TED、RXD為串行口的輸入端和輸出端，以上各部分通過總線相連。在AT89S51單片機內(nèi)部除了有CPU、RAM、ROM和定時器、串行口等主要功能部件外，還有驅(qū)動器、指令寄存器、鎖存器、地址寄存器等輔助電路部分。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除使用100次。由于該單片機將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，故ATMEL的AT89C51是一種高效精簡微控制器。AT89C51外部引腳說明如下所述。GND：接地。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高電阻輸入。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0口輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。當P1口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉為高，可作為輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉電阻的緣故。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉電阻的緣故。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3口：P3口是內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙向I/O，P3的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。80C51系列的CPU是一個字長為8位的中央處理單元，它對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進行的。CPU的主要由運算器與控制器這兩大部分組成。它由指令部件、時序部件、操作控制部件等三部分組成?！襁\算器運算器是用于對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯操作的執(zhí)行部件，包括算術(shù)/邏輯部件ALU、累加器ACC、暫存寄存器、程序狀態(tài)字PSW、通用寄存器、BCD碼運算調(diào)整電路等。在80C51單片機中通常把控制與管理寄存器（簡稱專用寄存器）在邏輯上劃分在內(nèi)部RAM中，因為其地址與RAM是連續(xù)的。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器為8位地址，尋址空間為00H～FFH。其中80H～FFH為特殊功能寄存器SFR所占用的空間。其中00～1FH地址空間為通用工作寄存器區(qū)，20H～2FH地址空間為位尋址區(qū)，30H～7FH地址空間為用戶RAM區(qū)。SFR主要包括：累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)字PSW、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR、端口P0～P中斷優(yōu)先級IP、中斷允許IE、定時器/計數(shù)器方式TMOD、定時器/計數(shù)器控制TCON、定時器/計數(shù)器0/串行控制SCON、串行數(shù)據(jù)緩存器SBUF、電源控制PCON等。通常采用只讀存儲器，只讀存儲器有多種類型，89系列單片機中全部采用了閃存，51單片機內(nèi)部配置了4KB閃存。在AT89S51中，程序存儲器有6個入口地址：0000H：51系列單片機上電復(fù)位后，PC=0000H，程序?qū)⒆詣訌?000H開始執(zhí)行指令。000BH：定時器0溢出中斷入口。001BH：定時器1溢出中斷入口。④定時/計數(shù)器定時/計數(shù)器用于實現(xiàn)定時和技術(shù)功能。并以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機進行控制。⑤并行I/O口并行I/O口主要用于實現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出，有些I/O口還具有其他多種功能。P0～P3是AT89S51單片機與外界聯(lián)系的4個8位雙向并行I/O端口。P0口既可做I/O端口使用，也可做地址/數(shù)據(jù)總線使用?！馪2口除作為一般的I/O端口外，在具有片外并行擴展存儲器的系統(tǒng)中，P2口通常作為高8位地址線，P0口分時作為低8位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。⑥串行口AT89S51有一個UART全雙工異步串行口，用以實現(xiàn)單片機和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。RXD（ ）腳為接收端口，TXD（）腳為發(fā)送端口。⑦時鐘電路時鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘脈沖序列。為了便于CPU時序進行分析，人們按指令的執(zhí)行過程規(guī)定了時鐘周期、機器周期、指令周期?！駲C器周期是指完成一個基本操作所需要的時間稱為機器周期?！裰噶钪芷谑菆?zhí)行一條指令所需要的時間，一般由若干個機器周期組成。AT89S51的中斷系統(tǒng)主要由幾個與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器、中斷允許、順序查詢邏輯電路等組成。三、AT89C51單片機的主要特性●與MCS51兼容。 ●壽命：1000寫/擦循環(huán)。●全靜態(tài)工作：0Hz24MHz。●1288位內(nèi)部RAM。●兩個16位定時器/計數(shù)器。 ●可編程串行通道。●片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。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。 當GPS接收器捕獲到來自衛(wèi)星的信號之后，將對該信號進行跟蹤，保證能夠進行一系列連續(xù)測距。在該過程中還要考慮到載波相位的計算、測量偽距的處理等一些列過程，最后計算出定位點的相關(guān)坐標信息。二、HULUX M87簡介圖 M87 GPS模塊根據(jù)設(shè)計需要，GPS模塊選用M87。它是一個高性能、低功耗、小型并很容易聯(lián)合的GPS模塊，應(yīng)用范圍廣泛。M87是您想要內(nèi)嵌在使用于GPS服務(wù)的PDA、PND、行動電話、可攜式裝置設(shè)計中的最佳選擇。①工作電壓：~5V直流。③體積大小：7 mm。⑤ 定位精度：3m。產(chǎn)品特點如下所示。低耗電，可使用RTCMin，內(nèi)建WAAS／EGNOS／MSAS解調(diào)器，支援NMEA0183 V 。（二）通信處理接收代碼只負責從串口接收數(shù)據(jù)并將其放置于緩存，這些信息必須通過程序分解處理，才能提取出有用的定位信息數(shù)據(jù)。不需要了解NMEA0183通訊協(xié)議的全部信息，僅需要從中挑選出所需要的那部分定位數(shù)據(jù)，最常見的幾種類型為：GPGGA（GPS 定位數(shù)據(jù)）、GPGLL（地址位置和經(jīng)緯度）、GPZDA（日期和時間）、GPVTG （方位角對地速度）、GPRMC（GPS 推薦的最短數(shù)據(jù)，有經(jīng)緯度、日期和時間、天線移動速度）等。字段1：UTC時間。字段3：，度分格式（前導(dǎo)位數(shù)不足則補0）。字段5：，度分格式（前導(dǎo)位數(shù)不足則補0）。字段7：速度，節(jié)，Knots。字段9：UTC日期，DDMMYY格式。字段11：磁偏角方向，E=東W=西。NMEA0183數(shù)據(jù)格式設(shè)置為 1個起始位,8個數(shù)據(jù)位 ,1個停止位,無奇偶校驗,波特率默認為4800。根據(jù)所需數(shù)據(jù)的需要,只選用GPGGA、GPGSV、GPRMC語句。字段3：緯度N（北緯）或S（南緯）。字段5：經(jīng)度E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）。字段7：正在使用的衛(wèi)星數(shù)量（0012）（前導(dǎo)位數(shù)不足則補0）。②GPGSV—可見衛(wèi)星信息例：$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,13,32,252,45*70它的起始引導(dǎo)符及語句格式說明(只列出了系統(tǒng)關(guān)心的一些參數(shù)) ：字段3：當前可見衛(wèi)星總數(shù)（0012）（前導(dǎo)位數(shù)不足則補0）。字段7：速度，節(jié)，Knots或Km/h。字段12：校驗值。如需要從其他類型幀獲取數(shù)據(jù)，處理方法是完全類似。（四）管腳介紹及與單片機的接口電路： 管腳說明管腳管腳名稱功能描述1VCC5V+~2TXA串行數(shù)據(jù)輸出端口A （CMOS 3V：Voh Vol Ioh=Iol=2mA）3RXA串行數(shù)據(jù)輸入端A (CMOS 3V： Vih≧*VCC Vil≦*VCC)4RXB串行數(shù)據(jù)輸入端B (CMOS 3V： Vih≧*VCC Vil≦*VCC)5GND接地6時鐘/復(fù)位時鐘 ：1PPS時鐘信號輸出(Vil≦寬度10ms)。GPS 模塊接收到衛(wèi)星信號后，通過全球定位系統(tǒng)導(dǎo)航，它計算、定位和確定時間信息，通過串口移植到AT89C51單片機。第三節(jié) 硬件電路設(shè)計一、時鐘電路時鐘電路的一共有內(nèi)部產(chǎn)生或者外部產(chǎn)生的兩種模式可供選擇。其中外接定時元件與X1和X2腳相聯(lián)，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。為了保證最好的定時效果，產(chǎn)生所需要的時鐘信號，在本電路中，擬選擇大小約為在5?30pF的電容，?12兆赫茲的晶體振蕩頻率，發(fā)揮最佳定時效果。在單片機上電瞬間，RESET引腳將出現(xiàn)正脈沖，只要能夠在RESET端保證一定幅度大小的高電平，就能夠使單片機有效地復(fù)位。例如，如果在整個設(shè)計中采用6MHz的晶振，那么一個機器周期自然為2微秒，也就是說復(fù)位信號的周期應(yīng)該大于等于4微秒。這時的輸出驅(qū)動電路由于上下兩個EET處于反相，形成推拉式電路結(jié)構(gòu)，大大的提高了負載能力。 上拉電阻P0口也可作為通用的I/O口使用。當P0口作為輸出口使用時，由鎖存器和驅(qū)動器構(gòu)成數(shù)據(jù)輸出通路。進行數(shù)據(jù)輸出時，來自CPU的寫脈沖加在D鎖存器的CP端，數(shù)據(jù)寫入D鎖存器，并向端口引腳輸出。四、顯示電路本設(shè)計中的實時顯示模塊采用LCD液晶顯示模塊。該模塊同時包括由816點陣構(gòu)成的128個字符，以及顯示RAM的功能，其點陣大小為64256。LCD液晶實時顯示模塊的引腳分布如下圖所示。系統(tǒng)軟件主要由初始化模塊、數(shù)據(jù)接收處理模塊組成。對單片機設(shè)置串口工作模式、設(shè)置波特率和中斷工作模式；對液晶顯示器設(shè)置開機畫面和顯示模式；完成對GPS 模塊串口的成功通信。在單片機串口收到信息后，先判別是否為語句引導(dǎo)頭“$”，再接收信息內(nèi)容，然后根據(jù)語句標識區(qū)分出信息類別以對收到ASCⅡ碼進行處理顯示。本設(shè)計中，接收時主要提取并存儲以下數(shù)據(jù)內(nèi)容：當前日期、時間、定位狀態(tài)、緯度、經(jīng)度。北京時間應(yīng)在UTC時間上加上8小時才是準確的北京時，在超出24小時時應(yīng)作減24小時處理。數(shù)據(jù)更新率為每秒一次。三、單片機模塊AT89S51串口、液晶顯示模塊初始化開始判斷是否為$GPRMC語句接收并儲存到單片機分配的地址中篩選UTC時間、經(jīng)緯度數(shù)據(jù)并調(diào)整格式送液晶顯示模塊顯示UTC時間、經(jīng)緯度NY圖 軟件程序流程圖 該GPS設(shè)計的核心部分是GPS接收模塊與單片機的通訊，以及單片機將收到的信息篩選編排顯示位置后送到LCM液晶模塊顯示。該軟件分為了串口初始化模塊，液晶模塊初始化模塊，數(shù)據(jù)接收模塊，數(shù)據(jù)格式調(diào)整送顯模塊這四個主要模塊。并特別注意電源的正負極以及電源之間是否有短路，并重點檢查地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線是否存在相互間的短路或其他信號線的短路。在斷電情況下，用仿真插頭將所連接電路與單片機仿真器的仿真接口相連，為軟件調(diào)試做好準備。直接從衛(wèi)星接收到的時間是UTC時間，北京時間應(yīng)在UTC時間上加上8小時才是準確的北京時，在超出24小時時應(yīng)作減24小時處理。039。//提取時間的小時位高位并轉(zhuǎn)換碼型j = g_DisTime[1]39。//提取時間的小時位低位并轉(zhuǎn)換碼型j = i*10 + j+ 8。 } g_DisTime[0] = j/10+39。 //將北京時間高一位作碼型變換并賦予高一位顯示 g_DisTime[1] = j%10 +39。//將北京時間高二位作碼型變換并賦予高二位顯示}第三節(jié) 系統(tǒng)仿真使用在線仿真調(diào)試的開發(fā)工具，不僅可以找出并糾正編程錯誤，而且還可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。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。GPS接收機的開發(fā)和研制，主要是了解GPS的原理，熟悉GPS接收機的工作原理及其各部分工作流程。開發(fā)的GPS接收機已經(jīng)可以在仿真模式下可以正常工作，同時顯示的定位經(jīng)緯度和時間日期各方面的指標都滿足要求。通過本課題的完成，我對GPS的原理有了深入的理解，并且熟練地掌握了GPS接收機的工作原理。這些對我今后工作的提高都有極大幫助。沒有進行誤差分析，且定位數(shù)據(jù)可能有誤差，這些方面有待改進和提高。 a。 b。 Xiamen. The Key Technology Research of GPS Positioning System Based on Single Chip Microputer [C]. 2010.[14] [J]. 電子世界. 2009（1）：46~48[15] [M].北京：北京航天航空出版社, 2010, 3[16] [J]. 科技信息. 2010（21）：106~107[17] [D]. 西安電子科技大學(xué) 2006.[18] Ling Huang. GPS Information Processing System Based on Single Chip Microputer. Modern Electronics Technique[C]. 2007.重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）附 錄一、 英文原文 obtains the widespread application, but it still had the insufficiency. GPS has bee a global high and new technology industry, which is one kind of infor