1、畢畢業業設設計計說說明明書書簡易型簡易型 GPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計畢業生姓名畢業生姓名：專業專業：學號學號：指導教師指導教師：所屬系（部）所屬系（部）：二二八年五月八年五月簡易型 GPS 定位信息顯示系統的設計I 畢業設計評閱書畢業設計評閱書題目：題目： 簡易簡易 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計 系系 專業專業 姓名姓名 設計時間：設計時間： 評閱意見：評閱意見：成績：成績： 指導教師：指導教師：（簽字）（簽字） 職職務：務：200 年年月月日日畢業設計答辯記錄卡畢業設計答辯記錄卡簡易型 GPS 定位信息顯示系統的設計II 系系 專業專業

2、 姓名姓名 答答 辯辯 內內 容容問問 題題 摘摘 要要評評 議議 情情 況況 記錄員：記錄員： （簽（簽名）名）成成 績績 評評 定定指導教師評定成績指導教師評定成績答辯組評定成績答辯組評定成績綜合成績綜合成績注：評定成績為注：評定成績為 100 分制，指導教師為分制，指導教師為 30%，答辯組為，答辯組為 70%。 專業答辯組組長：專業答辯組組長：（簽名）（簽名） 200 年年月月簡易型 GPS 定位信息顯示系統的設計i前言前言GPS 作為最先進的空間定位技術，在社會建設中發揮了重要的作用。隨著 GPS定位技術的快速發展，其功能越來越強，精度越來越高，在測量領域的應用日益廣泛。本文討論了簡

3、易 GPS 定位信息顯示系統的設計, 提出了對 GPS 全球定位系統定位信息的接收以及對各定位參數數據的提取方法。在硬件方面，采用了 GPS25-LVS作為衛星信息接收器；控制器選用 AT89C52 單片機，以串口方式 1 接收 GPS 信息；設計了由 7 段共陽 LED 組成的顯示器。在軟件方面，進行了單片機的信息接收處理，對內存中的信息存放地址進行了分配，并編制控制程序。最后對硬件和軟件進行了綜合調試。實現了 LED 顯示器輪流顯示實時時間、緯度、經度。該系統的時間為原子鐘時間，因此非常精確。能滿足一般應用項目的使用。簡易型 GPS 定位信息顯示系統的設計ii目錄目錄第一篇 緒論.1第一章

4、 GPS 概述.1第二章 本設計的目的和意義.2第三章 本設計研究的內容和所做的工作 .4第一節 本設計研究的內容 .4第二節 本設計所做的工作 .4第二篇 元件選擇.5第三篇 方案論證.9第四篇 系統硬件電路設計.11第五篇 硬件電路制作.15第六篇 控制系統的軟件設計.16第一章 GPS25-LVS 的信息輸出格式.16第二章 單片機的信息接收處理 .17第三章 內存中的信息存放地址分配 .18第七篇 控制程序編制和調試.20第八篇 硬件和軟件綜合調試及性能分析.28第一章 硬件和軟件綜合調試 .28第二章 性能分析 .30結論.32參考文獻.33致謝.34簡易型簡易型 GPSGPS 定位

5、信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計1第一篇 緒論第一章第一章 GPSGPS 概述概述GPS 作為最先進的空間定位技術，在社會建設中發揮了重要的作用。隨著 GPS定位技術的快速發展，其功能越來越強，精度越來越高，在測量領域的應用日益廣泛。GPS 系統的基本定位原理是：每顆 GPS 衛星時刻發布其位置和時間數據信號，用戶接收機可以測量每顆衛星信號到接收機的時間延遲，根據信號傳輸的速度可以計算出接收機到不同衛星的距離。同時收集至少 4 顆衛星的數據時，就可以算出三維坐標、速度和時間。 全球定位系統（Global Positioning System 簡稱 GPS）是美國第二代軍用導航系統，可實

6、現全球范圍內的實時導航和定位。GPS 由空間部分、地面監控部分、用戶設備部分組成。GPS 系統的空間部分是指 GPS 工作衛星星座，其由 24 顆衛星組成，其中 21 顆工作衛星，3 顆備用衛星，均勻分布在 6 個軌道上。衛星軌道平面與地球赤道面傾角為 55，各個軌道平面的升交點赤經相差 60，軌道平均高度為 20200km.衛星運行周期為 11 小時 58 分（恒星時） ，同一軌道上的各衛星的升交角距為 90，GPS 衛星的上述時空配置，基本保證了地球上任何地點，在任何時刻均至少可以同時觀測到 4 顆衛星，以滿足地面用戶實時全天候精密導航和定位。GPS 衛星的主體呈圓柱形，直徑約為 1.5m

7、，重約 774kg，兩側各安裝兩塊雙葉太陽能電池板，能自動對日定向，以保證衛星正常工作用電。每顆衛星帶有四臺高精度原子鐘，其中 2 臺為銣鐘，2 臺為銫鐘。GPS 衛星上設有微處理機，可以進行必要的數據處理工作，它主要的 3 個基本功能：根據地面監控指令接收和儲存由地面監控站發來的導航信息，調整衛星姿態、啟動備用衛星；向 GPS 用戶播送導航電文，提供導航和定位信息；通過高精度衛星鐘向用戶提供精密的時間標準。地面監控部分由 5 個地面站組成。1 個主控站，其位于美國本土科羅拉多斯平土（Colorado Spings）的聯合空間執行中心 CSOC，3 個注入站，其分別設在印度洋的迭哥加西、南大西

8、洋的阿松森島和南太平洋的卡瓦加蘭。5 個監控站，其中 4 個簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計2與主控站、注入站重疊，另外一個設在夏威夷。主控站的主要任務為：根據各監控站提供的觀測資料推算編制各顆衛星的星歷、衛星鐘差、和大氣層修正參數并把這些數據傳送到注入站；提供 GPS 系統的時間標準；調整偏離軌道的衛星，使之沿預定的軌道運行；啟用備用衛星以取代失效的工作衛星。注入站的主要任務為：在主控站的控制下，把主控站傳來的各種數據和指令等正確并適時地注入到相應衛星的存儲系統。監測站的主要任務為：給主控站編算導航電文提供觀測數據，每個監控站均用 GPS 信號接收機，

9、對每顆可見衛星每 6 秒鐘進行一次偽距測量和積分多普勒觀測，并采集氣象要素等數據。 用戶設備部分由 GPS 接收機硬件和相應的數據處理軟件以及微處理機及其終端設備組成。其主要功能是接收 GPS 衛星發射的信號，獲得必要的導航和定位信息及觀測量，并經簡單數據處理實現實時導航和定位，用后處理軟件包對觀測數據進行精加工，以獲取精密定位結果。 第二章第二章本設計的目的和意義本設計的目的和意義自從五七年第一顆人造衛星上天，六十年代的人造衛星導航定位技術，七十年代美國軍方開始發展 GPS（Global Positioning System）衛星導航定位系統，直至1995 年 4 月 27 日美國國防部宣布

10、“GPS 系統已具備全部運作能力” 。GPS 計劃的實現歷時 23 年，耗資 200 多億美元，前后共發射 35 顆衛星，目前仍在軌道上正常工作的有 25 顆衛星，其中 1 顆為實驗衛星，24 顆為工作衛星。它具有海、陸、空全方位實時三維導航與定位能力，是美國第二代衛星導航系統，其特點是全天候、高精度、應用廣，是迄今最好的導航定位系統。它廣泛的應用價值，引起了各國科學家的關注和研究，前蘇聯和西歐各國的科學家在積極開發利用 GPS 信號資源的同時，還致力于研究開發各自的衛星導航定位系統，如前蘇聯建成的 GLONASS 衛星導航系統，我國也在致力于發展自已的衛星導航定位系統。同時，它的出現也導致了

11、測繪行業一場深刻的技術變革。 GPS 全球定位系統在實際生活中被廣泛應用，是當今信息時代發展中的重要組成部分。因其具有性能好、精度高、應用廣的特點，使其成為了迄今最好的導航定位系統。簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計3GPS 導航定位系統之所以在許多領域得到廣泛應用，出現了與 GPS 系統相關的產業，這都得益于其本身所具有的諸多優點，概括起來主要有以下幾個方面。 定位精度高：通過很多應用實踐已經證明，GPS 相對定位精度在 50km 以內可達10-6，100km500km 可達 10-7，1000km 以上可達 10-8，在 300-1500m 工程精密定

12、位中，1 小時以上觀測的解算，其平面位置誤差小于 1mm。基線邊長越長越能突顯是定位精度高的優勢。 觀測時間短：由于 GPS 系統的不斷完善，軟件不斷更新，目前 20km 以內相對靜態定位，僅需 1520 分鐘，快速靜態相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在 15km 以內時，流動站只需觀測 12 分鐘，動態相對定位測量時，流動站出發時觀測 12 分鐘，然后可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。 測站間無須通視：GPS 測量不要求站點間相互通視，只需測站上空開闊即可。 可提供三維坐標：經典大地測量將平面與高程采用不同方法施測，而 GPS 可同時精確測定測站點的三維坐標，目前 GPS 水準可達到四

13、等水準測量的精度。 操作簡便：隨著 GPS 機不斷改進，自動化程度越來越高，體積也越來越小，重量越來越輕，有的已達“傻瓜化”的程度。 全天候作業：使用 GPS 測量，不受時間限制，24 小時都可以工作，也不受起霧、刮風、下雨下雪等氣候的影響。 功能多、應用廣：GPS 系統不僅可用于測量，還可用于測速、測時。測速精度可達 0.1m/s，測時精度可達幾十毫秒。隨著人們對 GPS 系統的不斷開發，其應用領域正在不斷地擴大。由于 GPS 具有全球覆蓋以及精度高、定位速度快、實時性好、抗干擾能力強等特點，近年來在國內外得到了廣泛的應用，在各個領域發揮了極大的作用，已成為了信息時代不可以或缺的一部分。簡易

14、型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計4第三章第三章 本設計研究的內容和所做的工作本設計研究的內容和所做的工作第一節第一節 本設計研究的內容本設計研究的內容本設計是由 AT89C52 單片機控制 GPS 模塊較為精確地計算和顯示實時時間、經度、緯度等衛星信息。此設計主要是在了解掌握了 GPS 和單片機的理論知識的基礎上，選用Atmel（愛特梅爾）公司的 AT89C52 提取 GPS 模塊的接收數據并由 6 位 LED 顯示器顯示接收數據。在此設計過程中，主要熟悉了簡易 GPS 定位信息顯示系統各性能指標，學習 NMEA 封包并懂得使用 NMEA 輸出命令，結合單片

15、機串行通信知識能實現對 GPS接收到的衛星信息進行提取，并在 6 位 LED 顯示器上選擇性的顯示數據。第二節第二節本設計所做的工作本設計所做的工作本文討論了簡易 GPS 定位信息顯示系統的設計, 提出了對 GPS 全球定位系統定位信息的接收以及對各定位參數數據的提取方法。在硬件方面，單片機采用 12MHz晶振，以串口方式 1 接收 GPS 信息，P0 口和 P2 口用于 7 段共陽 LED 顯示接口，LED顯示器輪流顯示實時時間、緯度、經度或其他 GPS 信息數據。在軟件方面，首先進行了單片機的信息接收處理，給出了系統的軟件流程圖，然后對內存中的信息存放地址進行了分配，并對控制程序進行了編制

16、。最后對硬件和軟件進行了綜合調試。簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計5第二篇 元件選擇簡易 GPS 定位信息顯示系統主要由三部分構成：衛星信息接收器、單片機控制器和顯示器件。衛星信息接收器選用 GARMIN 公司的 GPS25-LVS 系列 OEM 接收板。GARMIN 公司總部座落在美國的 Kansas, 是目前世界上最大的導航型 GPS 生產的專業廠家。GARMIN 公司在這一領域所取得的非凡成就及所做的巨大貢獻是有目共睹的。GARMIN 公司通過其遍及全球的代理商，維修中心，銷售及技術支持人員等不斷反饋的市場信息，憑借自己的各項 GPS 專利技術，最

17、先進的電子技術的應用，以及對各行業用戶使用特點的深刻認識，使 GARMIN 公司的產品在各方面性能指標上已遠遠領先于同行業伙伴。GPS25-LVS 是 GARMIN 公司 OEM 板系列中的主打產品。它具有全屏蔽的封裝，抗干擾性好；內置鋰電池保存數據，開機定位速度快；232 電平接口，可直接與計算機相連，極易上手；3.66V 供電，電壓范圍寬；標準 NMEA-0183 輸出，簡單易讀；秒脈沖寬度可調，方便授時應用。GARMIN OEM 板一直以定位速度快、工作穩定、耐電壓沖擊和高抗干擾性而深受青睞。在車輛調度、精細農業、高速追擊、普通授時等領域得到廣泛應用。其極高的性能價格比令許多 OEM 用

18、戶別無它求。單片機控制器選用 Atmel（愛特梅爾）公司的 AT89C52 來提取 GPS 模塊的接收數據。AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8k bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數據存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS-51 指令系統，片內置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，在許多較復雜系統控制場合應用比較廣泛。 AT89C52 有 40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含 2 個外中斷口，3 個 16 位

19、可編程定時計數器,2 個全雙工串行通信口，2 個讀寫口線，AT89C52 可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計6Flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發成本。AT89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。其主要功能特性如下。 兼容 MCS51 指令系統 8k 可反復擦寫(1000 次）Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內部 RAM 3 個 16 位可編程定時/計數器中斷

20、 時鐘頻率 0-24MHz 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 軟件設置睡眠和喚醒功能AT89C52 單片機的引腳圖如圖 1 所示。圖 1 AT89C52 單片機引腳圖簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計7顯示器件采用 LED（發光二極管的英文縮寫）顯示器。它是一種通過控制半導體發光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。 LED 顯示器集微電子技術、計算機技術、信息處理于一體，以其色彩鮮艷、動態范圍廣、亮度

21、高、壽命長、工作穩定可靠等優點，成為最具優勢的新一代顯示媒體，目前，LED 顯示器已廣泛應用于大型廣場、商業廣告、體育場館、信息傳播、新聞發布、證券交易等，可以滿足不同環境的需要。 LED 顯示器結構： 基本的半導體數碼管是由七個條狀發光二極管芯片按圖 12 排列而成的。可實現09 的顯示。其具體結構有“反射罩式” 、 “條形七段式”及“單片集成式多位數字式”等 （一）反射罩式數碼管一般用白色塑料做成帶反射腔的七段式外殼，將單個LED 貼在與反射罩的七個反射腔互相對位的印刷電路板上，每個反射腔底部的中心位置就是 LED 芯片。在裝反射罩前，用壓焊方法在芯片和印刷電路上相應金屬條之間連好 30m

22、 的硅鋁絲或金屬引線，在反射罩內滴入環氧樹脂，再把帶有芯片的印刷電路板與反射罩對位粘合，然后固化。 反射罩式數碼管的封裝方式有空封和實封兩種。實封方式采用散射劑和染料的環氧樹脂，較多地用于一位或雙位器件。空封方式是在上方蓋上濾波片和勻光膜，為提高器件的可靠性，必須在芯片和底板上涂以透明絕緣膠，這還可以提高光效率。這種方式一般用于四位以上的數字顯示（或符號顯示） 。 （二）條形七段式數碼管屬于混合封裝形式。它是把做好管芯的磷化鎵或磷化鎵圓片，劃成內含一只或數只 LED 發光條，然后把同樣的七條粘在日字形“可伐”框上，用壓焊工藝連好內引線，再用環氧樹脂包封起來。 （三）單片集成式多位數字顯示器是在

23、發光材料基片上（大圓片） ，利用集成電路工藝制作出大量七段數字顯示圖形，通過劃片把合格芯片選出，對位貼在印刷電路板上，用壓焊工藝引出引線，再在上面蓋上“魚眼透鏡”外殼。它們適用于小型數字儀表中。 （四）符號管、米字管的制作方式與數碼管類似。 （五）矩陣管（發光二極管點陣）也可采用類似于單片集成式多位數字顯示器工藝方法制作。 簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計8 LED 顯示器分類： （一）按字高分：筆畫顯示器字高最小有 1mm（單片集成式多位數碼管字高一般在 23mm） 。其他類型筆畫顯示器最高可達 12.7mm（0.5 英寸）甚至達數百 mm。 （二）按

24、顏色分有紅、橙、黃、綠等數種。 （三）按結構分，有反射罩式、單條七段式及單片集成式。 （四）從各發光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種。 LED 顯示器的參數： 由于 LED 顯示器是以 LED 為基礎的，所以它的光、電特性及極限參數意義大部分與發光二極管的相同。但由于 LED 顯示器內含多個發光二極管，所以需有如下特殊參數： （一）發光強度比 由于數碼管各段在同樣的驅動電壓時，各段正向電流不相同，所以各段發光強度不同。所有段的發光強度值中最大值與最小值之比為發光強度比。比值可以在1.52.3 間，最大不能超過 2.5。 （二）脈沖正向電流若筆畫顯示器每段典型正向直流工作電流為 IF，則在脈

25、沖下，正向電流可以遠大于 IF。脈沖占空比越小，脈沖正向電流可以越大。簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計9第三篇 方案論證GPS 接收板在市場上品種較多，GARMIN 公司的 GPS25-LVS 系列 OEM 接收板具有很高的性價比，是目前應用最廣泛的 GPS 接收處理板，能滿足各種導航和實時領域的需要。GPS25-LVS 系列 OEM 板采用單一 5V 供電，內置保護電池，RS-232、TTL 兩種電平自動輸出 NMEA-0183 2.0 格式（ASC字符型）語句。其主要性能特點如下。專利技術：12 并行通道 PhaseTrac12定位時間：重新捕獲2s

26、ec自動搜索：90sec熱啟動：15sec冷啟動：45sec更 新 率：1/sec-1/900sec 可調位置精度：15mRms(SA off)/10m(差分)速度精度：0.1m/s ；速度限制：515m/s坐標系統：102 個預定義,1 個自定義；加速度限制：6g電氣特性：兩個 RS-232 兼容串行口CMOS 通訊速率：300、600、1200、2400、4800、9600、 19200 bps 可選數據格式：NEMA V2.0 ASCII/二進制可設置輸入數據：初始位置/日期/時間,2D/3D 方式 坐標系統,RTCM-104 差分校正輸出數據：速度、時間、機器/衛星狀態、幾何因子及誤差

27、估計秒脈沖輸出：1pps 精度1us輸入電壓：3.66V(LVC LVS 或 6-40V(HVC HVS)可選后備電源：可充板置 3V 鋰電(10 年壽命)功 耗：0.9W簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計10靈 敏 度：-166dBW天線接口：50-ohm mcx 接頭有源(5V)或無源天線電源/數據口：單排 12 插針工作溫度：-30-+85儲存溫度：-40-+90結 構：單片集成主機板尺 寸：4569.811.8mm重 量：40gNMEA 協議是為了在不同的 GPS（全球定位系統）導航設備中建立統一的BTCM（海事無線電技術委員會）標準，由美國國家海

28、洋電子協會（NMEA-The National Marine Electronics Associa-tion）制定的一套通訊協議。GPS 接收機根據 NMEA-0183 協議的標準規范，將位置、速度等信息通過串口傳送到 PC 機、PDA等設備。 NMEA-0183 協議是 GPS 接收機應當遵守的標準協議，也是目前 GPS 接收機上使用最廣泛的協議，大多數常見的 GPS 接收機、GPS 數據處理軟件、導航軟件都遵守或者至少兼容這個協議。 不過，也有少數廠商的設備使用自行約定的協議比如GARMIN 的 GPS 設備（部分 GARMIN 設備也可以輸出兼容 NMEA-0183 協議的數據） 。考

29、慮到端口的使用要求，決定使用 4 組端口的 AT89C52 單片機作為控制器，用LED 共陽顯示器及 GPS25-LVS 系列 OEM 接收板實現系統功能。簡易 GPS 定位信息顯示器電路設計框架圖如圖 2 所示。圖 2 簡易 GPS 定位信息顯示器電路設計框架簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計11第四篇 系統硬件電路設計 一個單片機應用系統的硬件電路設計包含兩部分內容：一是系統擴展，即單片機內部的功能單元，如 ROM、RAM、I/O、定時器/計數器、中斷系統等不能滿足應用系統的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當的芯片，設計相應的電路。二是系統的配置，即

30、按照系統功能要求配置外圍設備，如鍵盤、顯示器、打印機、A/D、D/A 轉換器等，要設計合適的接口電路。 系統的擴展和配置應遵循以下原則： （一）盡可能選擇典型電路，并符合單片機常規用法。為硬件系統的標準化、模塊化打下良好的基礎。 （二）系統擴展與外圍設備的配置水平應充分滿足應用系統的功能要求，并留有適當余地，以便進行二次開發。 （三）硬件結構應結合應用軟件方案一并考慮。硬件結構與軟件方案會產生相互影響，考慮的原則是：軟件能實現的功能盡可能由軟件實殃，以簡化硬件結構。但必須注意，由軟件實現的硬件功能，一般響應時間比硬件實現長，且占用 CPU 時間。 （四）系統中的相關器件要盡可能做到性能匹配。如

31、選用 CMOS 芯片單片機構成低功耗系統時，系統中所有芯片都應盡可能選擇低功耗產品。 （五）可靠性及抗干擾設計是硬件設計必不可少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。 （六）單片機外圍電路較多時，必須考慮其驅動能力。驅動能力不足時，系統工作不可靠，可通過增設線驅動器增強驅動能力或減少芯片功耗來降低總線負載。 （七）盡量朝“單片”方向設計硬件系統。系統器件越多，器件之間相互干擾也越強，功耗也增大，也不可避免地降低了系統的穩定性。隨著單片機片內集成的功能越來越強，真正的片上系統 SoC 已經可以實現，如 ST 公司新近推出的簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系

32、統的設計定位信息顯示系統的設計12PSD32系列產品在一塊芯片上集成了 80C32 核、大容量 FLASH 存儲器、SRAM、A/D、I/O、兩個串口、看門狗、上電復位電路等等。簡易 GPS 定位信息顯示器電路原理如圖 3 所示。單片機采用 12MHz 晶振，以串口方式 1 接收 GPS 信息，P0 口和 P2 口用于 7 段共陽 LED 顯示接口，LED 顯示器輪流顯示實時時間、緯度、經度或其他 GPS 信息數據。圖 3 簡易 GPS 定位信息顯示器電路原理圖GPS25-LVS 系列 OEM 接收板采用 12 腳的接口，接口各引腳的功能如圖 4 所示。設計中使用了串口 1 或 12 腳的 N

33、MEA 輸出，串口 1 可用于 PC 機對 OEM 接收板進行參數設置，12 腳 NMEA 輸出用于單片機信息處理。簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計13 圖 4 GPS25-LVS 板引腳接口功能單片機和衛星接收器的串行通信，需要接上一個 MAX232 芯片。MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS-232 標準串口設計的接口電路,使用+5v 單電源供電。 內部結構基本可分三個部分： 第一部分是電荷泵電路。由 1、2、3、4、5、6 腳和 4 只電容構成。功能是產生+12v 和-12v 兩個電源，提供給 RS-232 串口電平的需要。 第二部分是數

34、據轉換通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 腳構成兩個數據通道。其中 13 腳（R1IN） 、12 腳（R1OUT） 、11 腳（T1IN） 、14 腳（T1OUT）為第一數據通道。8 腳（R2IN） 、9 腳（R2OUT） 、10 腳（T2IN） 、7 腳（T2OUT）為第二數據通道。 TTL/CMOS 數據從 T1IN、T2IN 輸入轉換成 RS-232 數據從 T1OUT、T2OUT 送到電腦 DP9 插頭；DP9 插頭的 RS-232 數據從 R1IN、R2IN 輸入轉換成 TTL/CMOS 數據后從R1OUT、R2OUT 輸出。 第三部分是供電。15 腳 DNG、16

35、腳 VCC（+5v） 。 74LS244 是 8 路 3 態緩沖驅動,也叫做線驅動或者總線驅動門電路，可以增加 P2 口的驅動能力。簡單地說，它有 8 個輸入端，8 個輸出端。 各引腳定義如下： 1-1G 1Y1-1Y4 輸出控制，低電平有效，高電平高阻 2-1A1 輸入端，對應的輸出為 1Y1 3-2Y4 輸出端，對應的輸入為 2A4 簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計14 4-1A2 5-2Y3 6-1A3 7-1Y2 8-1A4 9-2Y1 10-GND 地 11-2A1 12-1Y4 13-2A2 14-1Y3 15-2A3 16-1Y2 17-2

36、A4 18-1Y1 19-2G 2Y1-2Y4 輸出控制端 20-VCC 電源正晶振，其作用在于產生原始的時鐘頻率，這個頻率經過頻率發生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機電器件，是用電損耗很小的石英晶體經精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個很重要的特性，如果給他通電，他就會產生機械振蕩，反之，如果給他機械力，他又會產生電，這種特性叫機電效應。他們有一個很重要的特點，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關。由于石英晶體化學性能非常穩定，熱膨脹系數非常小，其振蕩頻率也非常穩定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很

37、準確。 根據石英晶體的機電效應，我們可以把它等效為一個電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機電效應是機-電-機-電.的不斷轉換，由電感和電容組成的諧振回路是電場-磁場的不斷轉換。在電路中的應用實際上是把它當作一個高 Q 值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小，即 Q 值非常高，做振蕩器用時，可以產生非常穩定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩定和陡削的帶通或帶阻曲線。簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計15另外，進行單片機系統硬件電路設計時還應當考慮諸多干擾因素。影響單片機系統可靠安全運行的主要因素來自系統內部和外部的各種電氣干擾，并受系統結構設計、元器件選擇

38、、安裝、制造工藝影響。這些干擾因素，常會導致單片機系統運行失常，輕則影響產品質量和產量，重則會導致事故，造成重大經濟損失。 第五篇 硬件電路制作制作硬件電路首先應根據電路原理圖，使用計算機繪圖軟件，如 protel,繪制出系統硬件電路原理圖。其次將購買的器件焊接在線路板上，為保證所設計系統能在現場可靠工作，制作時要注意以下幾點。（一）盡量采用高質量的印制電路板，孔化電阻、線距、熔劑、阻焊劑、打孔精度、鍍金厚度、基板質量、是否數控打孔和熱風整平等因素，都會影響應用系統的調試、使用和壽命，差的板半年左右就出問題，而且時好時壞，很難維修。（二）在電路板上盡量多加去耦電容，一般在電路板電源入口處并上2

39、247F 的低頻電容，在中間的電源與地線間并上 0.1F 左右的高頻小電容去耦，每四個 14 腳以上的芯片附近也須加上 22F 電解電容和 0.1F 的高頻小電容去耦。這樣能保證減小電源線及地線上的毛刺，保證可靠工作。（三）很好的安排地線、電源線走線，電源線盡量粗、盡量多、盡量組成網絡。模擬地、數字地、電源地、大地分開走線，在一點上可靠連接。小信號、模擬信號簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計16用屏蔽線，在板上走線時盡量靠近地線，遠離大電流信號線、電源線。數字部分既會干擾小信號線，又會受大電流信號及電源線干擾，也要很好安排。（四）直流供電盡量使用開關電源，

40、開關電源很少受市電的電壓波動、頻率波動的影響，也能隔離從電源線進入的傳導干擾。輸入輸出接口應盡量采用光電隔離器，使控制系統做成全浮空的系統，使之不受傳導干擾的影響。（五）某些小信號線、器件、電路板應加電磁屏蔽板或罩。 （六）按照電路原理圖焊接 GARMIN GPS25-LVS OEM 接收板、AT89C52 單片機、LED 顯示器以及一些輔助器件的時候要保持細心和謹慎。第六篇 控制系統的軟件設計第一章第一章 GPS25-LVSGPS25-LVS 的信息輸出格式的信息輸出格式GPS25-LVS 的通信波特率默認值為 4800，1 個起始位，8 個數據位，1 個停止位，無奇偶校驗。通常使用 NME

41、A-0183 格式輸出，數據代碼為 ASCII 碼字符。NMEA-0183是美國海洋電子協會為海用電子設備制定的標準格式，目前廣泛使用 V2.0 版本。由于該格式為 ASCII 碼字符串，比較直觀和易于處理，在許多高級語言中都可以直接進行判別、分離，以提取用戶所需要的數據。GPS25-LVS 系列 OEM 板可輸出 12 句語句，分別是GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG，LCGLL，LCVTG，PGRME，PGRMF，PGRMT，PGRMV，GPGLL。不同的語句中傳送不同的信息，如 GPGGA 語句中傳送的格式為$GPGGA,M,M,*hh簡易型簡易型 GPSGPS

42、定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計17傳送的信息說明如下：$GPGGA 起始引導符及語句格式說明（本句為 GPS 定位數據）UTC 時間，時時分分秒秒格式緯度，度度分分.分分分分格式（第一位是零也將傳送）緯度半球，N 或 S（北緯或南緯）經度，度度分分.分分分分格式（第一位零也將傳送）經度半球，E 或 W（東經或西經）GPS 質量指示，0 為方位無法使用，1 為非差分 GPS 獲得方位，2 為差分方式獲得方位（DGPS） ，6 為估計獲得使用衛星數量，從 00 到 12（第一個零也將傳送）水平精確度，0.5 到 99.9天線離海平面的高度，-9999.9 到 9999.9 米M 指單

43、位米大地水準面高度，-999.9 到 9999.9 米M 指單位米差分 GPS 數據期限（RTCM SC-104） ，最后設立 RTCM 傳送的秒數量（如無DGPS 為 0）差分參考基站標號，從 0000 到 1023（首位 0 也將傳送。如無 DGPS 為 0）*語句結束標志符hh 從$開始的所有 ASCII 碼的校驗和此項在 GPS25-LVS 板中不傳送此項在 GPS25-LVS 板中不傳送OEM 板輸出的信息可在 PC 機的超級中端中顯示，也可在 GARMIN 公司提供的GPSCFG.EXE 設置軟件中顯示，如在 PC 機上看到的實時接收 GPGGA 語句為$GPGGA,114641,

44、3002.3232,N,12206.1157,E,1,03,12.9,53.2,M,11.6,M,*4A這是一條 GPS 定位數據信息語句，意思為 UTC 時間為 11 時 46 分 41 秒，位置在北緯 30 度 2.3232 分，東經 122 度 6.1157 分，普通 GPS 定位方式，接收到 3 顆衛星，水平精度 12.9 米，天線離海平面高度 53.2 米，所在地離地平面高度 11.6 米，校驗和為 4AH。簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計18第二章第二章單片機的信息接收處理單片機的信息接收處理在單片機串口收到信息后，先判別是否為語句引導頭“$

45、” ，然后再接收信息內容，在收到“*”字符 ASC碼后再接收二個字節結束接收,然后根據語句標識區分出信息類別以對收到 ASC碼進行處理顯示。注意：在處理北京時間時應在 UTC 時間上加上 8 小時才是準確的北京時，在超出 24 小時時應作減 24 小時處理。串口中斷程序的處理流程如下圖 5。簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計19比較前6字節，信息處理并移入顯示單元，清、 標志1次接收到？中斷接收開始是*嗎？是？置結束接收標志移入內存，置允許接收標志移入內存中斷返回 圖 5 串口中斷程序流程圖第三章第三章 內存中的信息存放地址分配內存中的信息存放地址分配為了

46、存放接收及處理后的時間及經緯度數據，在內存中劃出了固定的空間。其中 40H5FH 用于存放接收到的時間及經緯度數據，68H7FH 存放處理后的時間及經緯度數據。內存中的信息存放地址分配表如表 1 所列。表 1 內存中的信息存放地址分配表簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計205FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H57H56H55H54H53H52H51H50H004641，3002.3232時分秒度分分小數部分接收時間信息存放單元接收緯度信息存放單元4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H47H46H45H44H43H42H41H40H,N

47、/S,122061157,E/W,南北度分分小數部分東西緯度信息接收經度信息存放單元7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H77H76H75H74H73H72H71H70H0046410A0A300A020A0A0C時分秒不亮度分N處理后時間顯示數據存放單元處理后緯度顯示數據存放單元6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H1220A060A0B度分E處理后緯度顯示數據存放單元第七篇 控制程序編制和調試簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計21以下是簡易 GPS 定位信息顯示器單片機控制源程序：;*;* GPS 方位顯示系統 *;*;用 AT89

48、C52 單片機;本程序接收 GPS 的$GPGGA 信息中的時間數據，采用 12MHZ 晶振，4800 波特率接收;使用資源：R0、R1、R3、R5、R6、R7，定時器 T2（作波特率發生器） ，20H 單元;顯示緩沖單元在 68H7FH，時間接收數據在 7AH7BH（秒） 、7CH7DH（分） 、; 7EH7FH（時）;定時器 T2 定義 T2CON EQU 0C8H ; T2 控制寄存器 T2MOD EQU 0C9H TL2 EQU 0CCH ; T2 計數寄存器低字節 TH2 EQU 0CDH ; T2 計數寄存器高字節 TR2 EQU 0CAH ; T2 啟動位 RCAP2L EQU

49、0CAH ; T2 計數重栽寄存器低字節 RCAP2H EQU 0CBH ; T2 計數重栽寄存器高字節 DISPSP EQU 2FH ;顯示首址指針 SFLAG BIT 00H ;信息頭標志 OK G1FLAG BIT 01H ;G1 OK PFLAG BIT 02H ;P OK G2FLAG BIT 03H ;G2 OK G3FLAG BIT 04H ;G3 OK AFLAG BIT 05H ;A OK DFLAG BIT 06H ;OK;*中斷入口程序 * ORG 0000H LJMP START簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計22 ORG 000

50、3H RETI ORG 000BH RETI ORG 0013H RETI ORG 001BH RETI ORG 0023H LJMP INTS ORG 002BH RETI ;*主 程 序 * START: MOV PSW, #00H ; 設第 0 組寄存器 MOV SP, #30H ; 設置堆棧指針 MOV SCON, #01010000B ; 串口工作方式 1 (8 BIT UART) 允許接收 MOV T2CON, #00110000B ; T2CON MOV A,#0B2H MOV TL2, A ;設置波特率 ( 4800) MOV RCAP2L, A MOV A,#0FFH MOV

51、 TH2, A MOV RCAP2H, A MOV R0, #40H ;清 40-7F 內存單元 MOV R7, #40HCLEARDISP: MOV R0, #00H INC R0 DJNZ R7,CLEARDISP MOV 20H, #00H ;清標志單元簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計23 MOV R0,#5FH ;GPS 數據在 40-5F 內 MOV R3,#20H ;接收 32 個數據 SETB ES ; 允許串口中斷 MOV IP, #00H ; 低優先級 SETB REN ; 啟動串口接收 CLR TI ; 清串口發送中斷標志位 CLR

52、RI ; 清串口接收中斷標志位 SETB TR2 ; 啟動定時計數器 2 SETB EA ; 開放所有中斷 START1: MOV DISPSP,#78H ;顯示首址為 78H MOV R2,#03H ;顯示首址變化次數 3 START2: LCALL DISPLAY MOV A,DISPSP SUBB A,#08H MOV DISPSP,A ;顯示首址減 8 DJNZ R2,START2 MOV R2,#03H SJMP Start1;*顯示程序 *DISPLAY: MOV R4,#0FFHDISPLAY1: MOV R1,DISPSP MOV R5,#0FEHPLAY: MOV A,R5

53、MOV P2,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DL1MS INC R1簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計24 MOV A,R5 JNB ACC.7,ENDOUT RL A MOV R5,A AJMP PLAYENDOUT: DJNZ R4,DISPLAY1 MOV P2,#0FFH MOV P0,#0FFH RETTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,086H,0C8H; “0” ， “1” ， “2”

54、， “3” ， “4” ， “5” ， “6” ， “7” ， “8” ， “9” ， “滅？” ，“E” ， “N” RET;*延時程序 *DL1MS: MOV R6,#14HDL1: MOV R7,#19HDL2: DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET;*中斷接收程序 *INTS: PUSH ACC JBC RI,RXINTS CLR TI LJMP INTSOUTRXINTS: MOV A,SBUF JB DFLAG,DF ;是$GPGGA，轉 AF 接收時間數據 JB AFLAG,AF ;判斷是否是“,” JB G3FLAG,G3F ;判斷是否是 A JB G2FLA

55、G,G2F ;判斷是否是第三個 G簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計25 JB PFLAG,PF ;判斷是否是第二個 G JB G1FLAG,G1F ;判斷是否是 P JB SFLAG,SF ;判斷是否是第一個 G XRL A,#24H ;判斷是否是“$” JZ SYES MOV 20H,#00H ;不是$,清所有標志 LJMP INTSOUTSYES: SETB SFLAG ;是$，設標志 LJMP INTSOUTSF: XRL A,#47H ;是第一個“G”嗎？ JZ G1YES ;是 G，轉 G1yes MOV 20H,#00H LJMP INTSO

56、UTG1YES: SETB G1FLAGINTSOUT: POP ACC RETIG1F: XRL A,#50H ;是“P”嗎？ JZ PYES ;是 P，轉 Pyes MOV 20H,#00H LJMP INTSOUTPYES: SETB PFLAG LJMP INTSOUTPF: XRL A,#47H ;是第二個“G”嗎？ JZ G2YES ;是 G，轉 G2yes MOV 20H,#00H LJMP INTSOUTG2YES: SETB G2FLAG LJMP INTSOUTG2F: XRL A,#47H ;是第三個“G”嗎？ JZ G3YES ;是 G，轉 G3yes簡易型簡易型 GP

57、SGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計26 MOV 20H,#00H LJMP INTSOUTG3YES: SETB G3FLAG LJMP INTSOUTG3F: XRL A,#41H ;是“A”嗎？ JZ AYES ;是 A，轉 Ayes MOV 20H,#00H LJMP INTSOUTAYES: SETB AFLAG LJMP INTSOUTAF: XRL A,#2CH ;是“,”嗎？ JZ DYES ;是“,” ，轉 Dyes MOV 20H,#00H LJMP INTSOUTDYES: SETB DFLAG LJMP INTSOUT;接收 GPS 時間數據，共 32

58、 個字節，在 40-5F 單元DF: MOV R0,A DEC R0 DJNZ R3,INTSOUT MOV R3,#20H ;數字 ASC碼轉換成數字 MOV R0,#40HDF1: MOV A,R0 CLR C SUBB A,#30H MOV R0,A INC R0 DJNZ R3,DF1 MOV A,5FH ;格林時轉換成北京時間（時加 8） MOV B,#10簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計27 MUL AB ADD A,5EH ADD A,#08H CLR C CJNE A,#18H,DF2 ;是否大于 24DF2: JC DF3 SUBB A

59、,#18H ;大于 24 減 24DF3: MOV B,#10 ;時十位、個位恢復為 BCD 碼 DIV AB MOV 5FH,A MOV 5EH,B MOV 7FH,5FH ;將收到數據移入顯示單元 MOV 7EH,5EH MOV 7DH,5DH MOV 7CH,5CH MOV 7BH,5BH MOV 7AH,5AH MOV 79H,#0AH MOV 78H,#0AH MOV 77H,58H MOV 76H,57H MOV 75H,#0AH MOV 74H,56H MOV 73H,55H MOV 72H,#0AH MOV 71H,#0AH MOV 70H,#0CH MOV 6FH,4CH M

60、OV 6EH,4BH MOV 6DH,4AH簡易型簡易型 GPSGPS 定位信息顯示系統的設計定位信息顯示系統的設計28 MOV 6CH,#0AH MOV 6BH,49H MOV 6AH,48H MOV 69H,#0AH MOV 68H,#0BH MOV R3,#20H MOV R0,#5FH MOV 20H,#00H LJMP INTSOUTEND從 GARMIN 公司網上下載 GPS25-LVS 系列產品應用軟件（文件名為 gpscfg） ，設置時選擇 PC 機的串口 1（COM1）或串口 2（COM2）與 OEM 板的串口 1 進行連接，設置內容主要是 OEM 板的通信波特率及輸出語句。