【正文】 .............................. 32 4. GPSOEM 板與 MCS51 單片機的信息交換 .............................................. 34 4. 1 設(shè)計要求 .......................................................................................... 34 4. 2 分析 .................................................................................................. 34 4. 3 設(shè)計 .................................................................................................. 35 4. 3. 1 硬件連接 ............................................................................... 35 4. 3. 2 軟件實現(xiàn) ............................................................................... 35 5. 結(jié)束語 ........................................................................................................... 37 致謝 ..................................................................................................................... 38 參考文獻 ............................................................................................................. 38 1 基于 GPS的單片機通信 1．緒論 引言 GPS 是英文 Navigation Satellite Timing and Ranging Global Posit ion System 的字頭簡稱。 隨著 GPS 用戶設(shè)備價格的不斷下降和 GPS 應(yīng)用研究的不斷深入 , 大量 GPS 用戶設(shè)備已用于艦船、飛機的導(dǎo)航、導(dǎo)彈衛(wèi)星測控、精密授時、作戰(zhàn)訓(xùn)練、石油資源開發(fā)等方面。 在 GPS 接收機的二次開發(fā)過程中 , 我們采用了單片機擴展的方式 , 并利用單片機作為中間媒 介向微機提供信息服務(wù)。 GPS 接收機的 OEM(Original Equipment Manufacturer) 板 ,以其優(yōu)良性能、輕巧靈便、易于開發(fā)的特點 ,現(xiàn)已在 GPS 各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 近年來 ,Ashtech ,Trimble ,Motorola ,Novtatel ,Gamin 等公司都推出了自己的 GPS 接收機產(chǎn)品。 研究重點 2 MCS51單片機的研究與開發(fā)是本次設(shè)計的重點，它不光是程序控制模塊，也是連接 GPSOEM板的重要模塊。它是把組成微型計算機的各功能部件：中央處理器 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲 ROM、 I/O接口電路、定時器 /計數(shù)器以及串行通訊接口等部件制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個完整的微型計算機。這就是基本的程序運行流程。 研究的意義 移動定位與導(dǎo)航隨 GPS技術(shù)的成熟與廣泛應(yīng)用而變的日益迫切，無線通信技術(shù)的日益成熟與產(chǎn)品的推陳出新成 為無線數(shù)據(jù)產(chǎn)品和因特網(wǎng) (Inter)在人類生活中的一種彌補和延伸，更重要的是滿足了人們“隨處定位”的愿望。 2．系 統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)框架 MCS51 單片機與 OEM 板之間選用 8251 可編程串行接口芯片 , 8251 的 RXRDY 和 TXRDY 邏輯組合后 , 作為單片機的外部中斷請求源 , 電平轉(zhuǎn)換器采用 MAX232 芯片。我們采用了型號為 80C51 的單片機與 Garmin 公司的 GPS25 產(chǎn)品和“ Jupiter” GPSOEM板接收機相連接 , 80C51 接收 GPS接收機發(fā)送的數(shù)據(jù)，與接收機之間進行通信。將 OEM板輸出的信息 ,利用計算機進行數(shù)據(jù)采集、圖象處理、坐標(biāo)系統(tǒng)變換 ,再加上無線通信技術(shù)、并行數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù) ,即組成 GPS 應(yīng)用系統(tǒng)。一直到現(xiàn)在， MCS51內(nèi)核系列兼容的單片機仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的 89S5已經(jīng)停產(chǎn)的 89C51等），有些文獻甚至也將 8051泛指 MCS51系列單片機， 8051是早期的最典型的代表MCS51 單片機 編程串行接口芯片 電平轉(zhuǎn)換器 GPSOEM 板 邏輯模塊 外部中斷請求 模塊 4 作，由于 MCS51單片機影響深遠，許多公司都推出了兼容系列單片機，就是說 MCS51內(nèi)核實際上已經(jīng)成為一個 8位單片機的標(biāo)準(zhǔn)。同樣的一段程序，在各個單片機廠家的硬件上運行的結(jié)果都是一樣的，如 ATMEL的 89C51（已經(jīng)停產(chǎn)）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和 WINBOND（華邦）等，現(xiàn)在， 89S51目前已經(jīng)成為了實際應(yīng)用市場上新的寵兒，作為市場占有率第一的 Atmel目前公司已經(jīng)停產(chǎn) AT89C51，將用 AT89S51代替。 89SXX可以像下兼容 89CXX等 51系列芯片。 單片機型號選擇 89S51相對于 89C51增加的新功能包括： ISP在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要 把芯片從工作環(huán)境中剝離，這是個強大易用的功能；最高工作頻率為33MHz， 從而具有了更快的計算速度；有雙工 UART串行通道；內(nèi)部集成看門狗計時器；雙數(shù)據(jù)指示器；電源關(guān)閉標(biāo)識；全新的加密算法，這使得對于 89S51的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的?密性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。另外，串行通信擴展模塊采用的是 AT89C2051， 2051與 S51的主要區(qū)別在于 2051引腳較少，只有20根，相應(yīng)的占 PCB面積小。 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機主要應(yīng)用領(lǐng)域有：智能化電器；辦公設(shè)備；商 業(yè)營銷設(shè)備；工業(yè)自動化控制；智能化儀表；智能化通信產(chǎn)品：其中最突出的是手機，手機內(nèi)的芯片屬專用型單片機；汽車電子產(chǎn)品；航空航天系統(tǒng)和國防軍事、尖端武器等領(lǐng)域。更重要的意義在于，單片機的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱為微控技術(shù)。 5 MCS51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS51 的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu) MCS51單片機的內(nèi)部基本組成如下：中央處理單元 CPU：包括運算器和控制器兩部分電路；內(nèi)部程序存儲器：用于存放程序和原始數(shù)據(jù)；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器：用于程序運行中存儲工作變量和數(shù)據(jù)；并行輸入 /輸出口：用作系統(tǒng)總線、擴展外存、 I/O接口芯片；定時器和計數(shù)器：用于實現(xiàn)計數(shù)和定時功能；串行輸入 /輸出口 UART：可以實現(xiàn)串行通信、擴展 I/O接口芯片；中斷控制：單片機提供五個中斷源、兩級優(yōu)先，可編程進行控制；時鐘電路：分為內(nèi)部振蕩器、外接振蕩電路。引腳可分為以下四類： 1．主電源引腳 VCC和 VSS 2．外接晶振引腳 XTAL1和 XTAL2 3．控制或其他電源復(fù)用引腳 RST/VPD、 ALE/、和 /VPP 4．輸入 /輸出引腳 P0、 P P P3（共 32根） 圖 23 MCS51單片機的引腳配置 圖 存儲器配置 MCS51的存儲器采用哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的尋址空間是分開的，對 51系列而言，有四個物理上相互獨立的存儲器空間，即內(nèi)外程序存儲器，內(nèi)外數(shù)據(jù)存儲器。那么設(shè)計人員編寫的程序就存放在微 處理器的程序存儲器中，俗稱只讀程序存儲器（ ROM）。 51片內(nèi)有 4KB的程序存儲單元，其地址為 0000H— 0FFFH，單片機啟動復(fù)位后，程序計數(shù)器的內(nèi)容為0000H，所以系統(tǒng)將從 0000H單元開始執(zhí)行程序。另一組特殊單元是 0003H— 002AH，這 40個單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下： 0003H— 000AH外部中斷 0中斷地址區(qū)。 0013H— 001AH外部中斷 1中斷地址區(qū)。 0023H— 002AH串行中斷地址區(qū)。因此以上地址 單元不能用于存放程序的其他內(nèi)容，只能存放中斷服務(wù)程序。 （ 2） .數(shù)據(jù)存儲器 數(shù)據(jù)存儲器也稱為隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。 MCS51內(nèi)部 RAM有 128或 256個字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)存儲（不同的型號有分別），它們是用于存放執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的。一般的 51單片機內(nèi)部 RAM共有 256個單元，這 256個單元共分為兩部分。從 80H— FFH地址單元（也是 128個字節(jié)）為特殊寄存器（ SFR）單元。 9 特殊功能寄存器區(qū)（ SFR） 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)堆棧區(qū)工作單元 位尋址區(qū) 3 區(qū) 2 區(qū) 1 區(qū) 0 區(qū) 24 內(nèi)部 RAM分配圖 在 00H— 1FH共 32個單元中被均勻地分為四塊，每塊包含八個 8位寄存器， 均以 R0— R7來命名，我們常稱這些寄存器為通用寄存器。對應(yīng)的編碼關(guān)系如圖表 2－ 1所示。 [9]很多功能也通過特殊功能寄存器來定義和控制程序的執(zhí)行。內(nèi)部 RAM的 20H— 2FH單元為位尋址區(qū)，既可作為一般單元用字節(jié)尋址，也可對它們的位進行尋址。 CPU能直接尋址這些位，執(zhí)行例如置“ 1”、清“ 0”、只能字節(jié)尋址 可字節(jié)尋址 亦可 位尋址 全部可位尋址 共 16 個字節(jié) 128 位 4 組通用寄存器 R0R7 也可作 RAM 使用， R0、 R1 亦可位尋址 FFH 80H 7FH 20H 2FH 00H 20H 1FH 10 求“反”、 轉(zhuǎn)移，傳送和邏輯等操作。 輸入 /輸出端口 MCS51單片機有 4個雙向并行的 8位 I/O口 P0～ P3， P0口為三態(tài)雙向口， 可驅(qū)動 8個 TTL電路， P P P3口為準(zhǔn)雙向口，其負(fù)載能力為 4個 TTL電路。可作為一般的 I/O口使用，也可作為數(shù)據(jù)線、地址線使用。 P1口通常作為通用 I/O口使用。是一個標(biāo)準(zhǔn)的 I/O口。 ～ （ 21～28腳）： 8位帶有內(nèi)部上拉電阻 的準(zhǔn)雙向輸入 /輸出口。 ～ （ 10～ 17腳）： 8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向輸入 /輸出口。對于 P3口，實際上，都是先按需要選取第二功能，多余的再作為輸入輸出口使用 定時器 /計數(shù)器 MCS51的單片機內(nèi)有兩個 16位可編程的定時 /計數(shù)器，它們具有四種工作方式，其控制字和狀態(tài)均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對控制寄存器的編程，就可方便地選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞健? MCS51單片機內(nèi)部的定時 /計數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖所示： 11 圖 25 MCS51單片機定時 /計數(shù)器結(jié)構(gòu)圖 定時器 T0由特殊功能寄存器 TL0（低 8位）和 TH0（高 8位）構(gòu)成，定時 器 T1由特殊功能寄存器 TL1（低 8位）和 TH1（高 8位）構(gòu)成。程序開始時需對TL0、 TH0、 TL1和 TH1進行初始化編程，以定義它們的工作方式和控制 T0和 T1的計數(shù)。工作方式 0：定時 /計數(shù)器 0的工作方式 0是 13位計數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式，其計數(shù)器由 TH的全部 8位和 TL的低 5位構(gòu)成， TL的高3位沒有使用。晶振周期179。機器周期，其時間單位與晶振周期或機器周期相同。晶振周期179。機器周期。我們以定時 /計數(shù)器 0為例 ,定時 /計數(shù)器 1與之完全一致 圖 26 定時 /計數(shù)器工作方式 2等效電路 工作方式 0和工作方式 1的最大特點就是計數(shù)溢出后，計數(shù)器為全 0，因而 循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)應(yīng)用時就存在反復(fù)設(shè)置初值的問題，這給程序設(shè)計帶來許多不便，同時也會影響計時精度，工作方式 2就針對這個問題而設(shè)置，它具有自動重裝載功能，即自動加載計數(shù)初值，所以也有的文獻稱之為自動重加載工作方式。但這種方式也有其不利的一面，就是這樣一來的計數(shù)結(jié)構(gòu)只有 8位，計數(shù)值有限，最大只能到 255。例如我們可以通過這樣的計數(shù)方式產(chǎn)生中斷，從而產(chǎn)生一個固定頻率的脈沖。本次項目中的波特率就采用 T1的方式二產(chǎn)生。其中 TL0既可以作計數(shù)器使用，也可以作為定時器使用，定時 /計數(shù)器 0的各控制位和引腳信號全歸它使用。 TH0就沒有那么多“資源”可利用了，只能作為簡單的定時器使用，而且由于定時 /計數(shù)器 0的控制位已被 TL0占用，因此只能借用定時 /計數(shù)器 1的控制位 TR1和 TF1，也就是以計數(shù)溢出去置位 TF1， TR1則負(fù)責(zé)控制 TH0定時的啟動和停止。但接收緩沖器只能讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器則只能寫