基于單片機GPS畢業(yè)設計論文

1、姓名：論文題目四 川 理 工 學 院畢 業(yè) 設 計（論 文）說 明 書題 目：基于單片機的GPS設計系 別：電子與信息工程系專業(yè)班級：自 動 化 2 班學生姓名：潘 越指導教師：方 寧教 研 室：自 動 化 教 研 室提交時間：2007年6月13日 I 潘越：基于單片機的GPS設計摘 要本設計詳細介紹了一種基于單片機、GPS接收模塊、1602液晶屏等器件的GPS實時顯示功能的實現。分別從硬件和軟件實現等方面對設計作了詳細的闡述，并且結合硬件的特點研究了MCS51系列單片機如何與GPS接收模塊實現串行通信，該系統(tǒng)是根據GPS模塊數據輸出基本原理設計而成的。是一臺體積小巧、攜帶方便、可以獨立使用的

2、全天候實時的定位導航設備。關鍵詞：單片機；GPS；1602液晶屏；串行通信；ABSTRACTThe desingn of GPS(Global Positioning System )portable receiver is introduced in detail.The receiver has been realized on the basis of MCU,GPS receiver and 1602LCD screen etc.The system is discussed in two aspects,software and hardware.It is widely used

3、in traveling,navigations,land surveys,prospecting and many other fields.And it is designed based on principles of GPS ,which is small bulk,easy to take and can be independently used. KEY WORDS: GPS(Global Positioning System )；MCU51；1602LCD screen目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 引 言11.1課題的背景及意義11.2總體方案的設計2第2章GPS

4、全球定位系統(tǒng)介紹與接收GPS定位信號方案32.1 GPS全球定位系統(tǒng)及GPS接收模塊的研究32.1.1 GPS全球定位系統(tǒng)32.1.2 GPS接收模塊的研究62.2 接收GPS定位信號方案7第3章 基于單片機的GPS硬件設計83.1 基于單片機的GPS硬件總體結構83.2 基于單片機的GPS設計硬件部分介紹83.2.1 AT89S51微處理器主要性能83.2.2 SERF GS1100 GPS信號接收模塊介紹103.2.3 1602液晶顯示模塊介紹113.2.4電平轉換電路介紹133.2.5 電源133.3 基于單片機的GPS硬件連接介紹13第4章 基于單片機的GPS軟件設計144.1 GPS

5、 NAEA 0183數據格式介紹144.2 基于單片機的GPS軟件開發(fā)環(huán)境154.2.1程序編譯環(huán)境Keil uVision2154.2.2串口通信調試工具COMPort Debuger V2.00164.2.3單片機程序編程軟件SLISPV1.3.2164.2.4 GPS接收模塊調試軟件uNav Analyzer174.3基于單片機的GPS軟件設計思路194.4 各模塊軟件設計204.4.1 串口初始化模塊204.4.2 液晶模塊初始化模塊204.4.3 數據接收模塊214.4.4 數據格式調整送顯模塊23第五章 設計過程中出現的問題及解決辦法275.1 液晶屏無顯示275.2 GPS模塊送

6、出數據單片機不能接收27第六章 總結28致 謝29參考文獻30附 錄31III潘越：基于單片機的GPS設計第1章 引 言1.1課題的背景及意義1978年2月22日第一顆GPS試驗衛(wèi)星的入軌運行，開創(chuàng)了以導航衛(wèi)星為動態(tài)已知點的無線電導航定位的新時代。GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航定位信號，是一種可供無數用戶共享的空間信息資源。陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要持有一種能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收機，就可以全天時、全天候和全球性地測量運動載體的七維狀態(tài)參數和三維狀態(tài)參數。其用途之廣，影響之大，是任何其他無線電接收設備望塵莫及的。不僅如此，GPS衛(wèi)星的入軌運行，還為大地測量學、地球動力學、地球物

7、理學、天體力學、載人航天學、全球海洋學和全球氣象學提供了一種高精度、全天時、全天候的測量新技術。縱觀現狀，GPS技術有下述用途。1.GPS技術的陸地應用各種車輛的行駛狀態(tài)監(jiān)控；旅游者或旅游車的景點導游；應急車輛（如公安、急救車等）的快速引導行駛；高精度時間比對和頻率控制；大氣物理觀測；地球物理資源勘探；工程建設的施工放樣測量；大型建筑和煤氣田的沉降檢測；板內運動狀態(tài)和地殼形變測量；陸地以及海洋大地測量基準的測定；工程、區(qū)域、國家等各種類型大地測量控制網的測量和建設；請求救援在途實時報告；引導盲人行走；平整路面的實時監(jiān)控，精細農業(yè)。2.GPS技術的海洋應用遠洋船舶的最佳航線測定；遠洋船隊在途中航

8、行的實時調度和監(jiān)測；內河船只的實時調度和自主導航測量；海洋救援的搜索和定點測量；遠洋漁船的結隊航行和作業(yè)調度；海洋油氣平臺的就位和復位測定；海底沉船位置的精確探測；海底管道鋪設測量；海岸地球物理勘探；水文測量；海底大地測量控制網的布測；海底地形的精細測量；船運貨物失竊報警；凈化海洋（如海洋溢油的跟蹤報告）；海洋糾紛或海損事故的定點測定；浮筒拋設和暗礁爆破等海洋工程的精確定位；港口交通管制；海洋災難檢測。3.GPS技術的航空應用民航飛機的在途自主導航；飛機精密著陸；飛機空中加油控制；飛機編隊飛行的安全保護；航空援救的搜索和定點測量；機載地球物理勘探；飛機探測災區(qū)大小和標定測量；攝影和遙感飛機的七

9、維狀態(tài)參數和三維姿態(tài)參數測量。4GPS技術的航天應用低軌道通訊衛(wèi)星群的實時軌道測量；衛(wèi)星入軌和衛(wèi)星回收的實時點位測量；載入航天器的在軌防護探測；星載GPS的遮掩天體大小和大氣參數測量；對地觀測衛(wèi)星的七維狀態(tài)參數和三維姿態(tài)參數測量。由此可見GPS技術已經延伸到各個領域的方方面面，但是要完成以上所述的各種用途，最基本的就是要具備能夠接收GPS信號并且能夠調制輸出的設備，而設備最基本的功能就是能顯示當時所處地點的經緯度以及UTC標準時間?，F在世面上已經有許多基于GPS接收模塊所開發(fā)的產品，GPS手持機、車載GPS導航儀等等，雖然其功能強大，如車載GPS導航系統(tǒng)都帶有大比例尺地圖，但價格都比較昂貴，而

10、且對于普通應用完全沒有必要。所以基于這種情況本次設計針對普通用戶使用GPS的切實需要，設計并制作實現了基于單片機采集與顯示GPS定位信息的低成本手持GPS設備。 1.2總體方案的設計該手持GPS設備硬件主要由GPS信號接收部分（SERF GS1100 GPS信號接收模塊）、控制芯片（AT89S51單片機）、顯示部分（1602LCM液晶顯示模塊）、電平轉換電路（MAX232）構成。GPS接收模塊將收到的GPS衛(wèi)星導航電文調制解碼，轉換為標準格式后送到電平轉換電路再由MAX232芯片進行RS-232TTL的電平轉換，再送給單片機串口接收，當單片機收到GPS發(fā)送過來的導航電文后，經過片內程序的識別篩

11、選，將篩選出來的導航電文送到顯示模塊，并且最后通過液晶顯示器按照要求的編排格式所顯示。第2章GPS全球定位系統(tǒng)介紹與接收GPS定位信號方案2.1 GPS全球定位系統(tǒng)及GPS接收模塊的研究2.1.1 GPS全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)(GPS)是本世紀70年代由美國陸?？杖娐摵涎兄频男乱淮臻g衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設完成。 全球定位系統(tǒng)由三部分構成：(

12、1)地面控制部分，由主控站(負責管理、協(xié)調整個地面控制系統(tǒng)的工作)、地面天線(在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文)、監(jiān)測站(數據自動收集中心)和通訊輔助系統(tǒng)(數據傳輸)組成；(2)空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個道平面上；(3)用戶裝置部分， 主要由GPS接收機和衛(wèi)星天線組成。其系統(tǒng)的結構框圖如圖21所示。 GPS星座GPS信號接收機地面監(jiān)控系統(tǒng)注入信號GPS信號GPS信號圖21由三大部分構成的GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)1978年2月22日，第一顆GPS試驗衛(wèi)星的發(fā)射成功，標志著工程研制階段的開始。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)進入了生產作業(yè)階段。GPS

13、系統(tǒng)經過16年來的發(fā)射試驗衛(wèi)星，到開發(fā)GPS信號應用，進而發(fā)射工作衛(wèi)星，終于在1994年3月建成了信號覆蓋律達到了98的GPS工作星座它由9顆Block2衛(wèi)星和15顆Block2A衛(wèi)星組成。1985年11月以前發(fā)射的11顆Block1 GPS試驗衛(wèi)星已經完成了它們的歷史使命，于1993年12月31日全部停止了工作。圖22 Block/R衛(wèi)星 全球定位系統(tǒng)的主要特點：(1)全天候；(2) 全球覆蓋；(3)三維定速定時高精度；(4)快速省時高效率：(5)應用廣泛多功能。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觀測到4顆以上

14、的衛(wèi)星。 圖23 GPS衛(wèi)星工作星座圖 由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離，利用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)?？紤]到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個方程式進行求解，從而得到觀測點的經緯度和高程。 事實上，接收機往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時，接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。 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

15、政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。美國政府宣布2000年起，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消SA政策，GPS民用信號精度在全球范圍內得到改善，利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到20米。為了達到更高的定位精度，往往還采用了差分GPS(DGPS)技術，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，并對外發(fā)布。接收機收到該修正數后，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。2.1.2 GPS接收模塊的研究GPS接收模塊是接收機的關鍵模塊，而且型號很多

16、，功能各異，一般的組成結構主要由低噪聲下變頻器、并行信號通道、CPU、儲存器等組成。GPS接收模塊的工作原理是它接收天線獲取的衛(wèi)星信號，進過變頻、放大、濾波、相關、混頻等一系列處理，可以實現對天線視界內衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測量。在獲取了衛(wèi)星的位置信息和測算出衛(wèi)星信號傳播時間之后，即可計算出天線位置。用戶通過輸入輸出接口，采用異步異步串行通信方式與GPS接收模塊進行信息交換。前置放大低噪聲下變頻器并行信號通道本振CPURAMROM天線GPS接收模塊 圖24 GPS接收模塊內部結構2.2 接收GPS定位信號方案要實現在液晶顯示器上顯示出接收到的GPS地理信息，首先要實現GPS信號的接收和調制。在接收

17、GPS方案上我們可以有兩種選擇。第一種方案是選擇GPS接收芯片然后再根據芯片設計標準，設計外圍電路和安裝天線等，選擇這個方案的優(yōu)點是可以掌握到GPS接收部分的電路設計技術，但是這個方案的缺點也是顯而易見的，首先實現的難度較大不容易成功，其次由于GPS接收芯片一般都是廠商直接供貨，單獨采購價格會很高。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)點是由于現階段GPS接收模塊的制造技術已經相當成熟，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的串口輸出GPS地理信息。當然其缺點就體現在，由于GPS接收模塊已經由廠家完成了設計與封裝，所以其核心技術我們就不得而知。不過對于我們也并不

18、影響其應用。并且在經過大規(guī)模的商業(yè)化生產后價格已經很低，這些模塊在市面上也能夠非常容易的購買到。從上面的分析可以知道， GPS接收模塊就能夠很好的作為本次設計接收GPS定位信號的解決方案，經過大規(guī)模工廠生產后價格已經很低，并且這些模塊在市面上也能夠非常容易的購買到。 第3章 基于單片機的GPS硬件設計3.1 基于單片機的GPS硬件總體結構根據總體設計方案，該基于單片機的GPS硬件設計主要由GPS信號接收部分（SERF GS1100 GPS信號接收模塊）、控制芯片（AT89S51單片機）、顯示部分（1602LCM液晶顯示模塊）、電平轉換電路（MAX232）這幾部分構成。其大體結構框圖如下。GPS

19、接收模塊AT89S51液晶顯示屏電平轉換GPS信號電 源圖31基于單片機的GPS硬件總體結構框圖3.2 基于單片機的GPS設計硬件部分介紹3.2.1 AT89S51微處理器主要性能AT89S51是一個低電壓，高性能CMOS 8 位單片機，片內含4k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（Flash）和128 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(tǒng)，片內置通用8 位中央處理器和Flash存儲單元，內置功能強大的微型計算機的AT89S51提供了高性價比的解決方案。AT89S51 是一個低功耗高性能單片機，4

20、0 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，2個16 位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，AT89S51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash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(fā)成本。圖32 AT89S51管腳示意圖 AT89S51的主要特性：·與MCS-51 兼容·4K字節(jié)可編程Flash存儲器 ；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數據保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·最高工作頻率為33MHz·ISP在線編程功能·三級程序存

21、儲器鎖定·128*8位內部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數器·5個中斷源·內部集成看門狗計時器·雙數據指示器·電源關閉標識·全新的加密算法·具有雙工UART串行通道·可編程串行通道·低功耗的內置和掉電模式·片內振蕩器和時鐘電路3.2.2 SERF GS1100 GPS信號接收模塊介紹該設計中GPS信號接收模塊所選用的是SERF GS1100 GPS接收模塊，該模塊是由深圳市瑟孚電子有限公司所生產。模塊具有12通道并行接收能力，所接收的GPS信號屬于民用頻段的

22、L1信號（1575.42MHz），在沒有SA干擾的情況下平均定位誤差為10米，動態(tài)速度誤差為0.1米/秒，信號靈敏度更是高達153dBm，冷啟動定位時間為50秒，熱啟動時間為35秒，重新定位時間僅僅需要8秒。而在數據輸出方面信號電平是采用的標準的RS232電平，為應用的通用性提供了便利，其波特率為常用的9600，GPS數據輸出格式為標準的NMEA0183V3.0標準，采集地理信息的更新速率為每秒一次，地圖坐標系為WGS84坐標系。天線采用的是體積小、可靠性高、靈敏度高的微帶天線，該天線與整個模塊封裝在防水的塑料外殼里，更進一步的提高了整個模塊的可靠性。工作電壓為5V±10，工作電流僅

23、為60mA，其優(yōu)異的節(jié)能特性完全可以和AT89S51等芯片共用一組電池電源，使得這一模塊在移動手持設備上有了更廣泛的用途。 圖33 SERF GS1100 GPS信號接收模塊3.2.3 1602液晶顯示模塊介紹主要技術參數數和顯示特性：顯示容量：16×2個字符芯片工作電壓：4.55.5V工作電流：2.0mA（5.0V）模塊最佳工作電壓：5.0V字符尺寸：2.95×4.35（W×H）mm配置LED背光內帶字符發(fā)生存儲器（CGROM，CGRAM) 能夠顯示160個不同的點陣字符圖形多種軟件功能：光標顯示、畫面移位、自定義字符其字符與圖形在CGROM和CGRAM中的對應

24、的關系如表31所示。圖34 1602液晶顯示模塊表31 CGROM和CGRAM中字符代碼與字符圖形對應的關系1602采用標準的16腳接口，其中: 第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數據。

25、第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第1516腳：空腳。第714腳：D0D7為8位雙向數據線。根據編程時我所采用的方法，決定采用圖36的連接方式連接單片機和1602LCM液晶顯示模塊。P0.0P0.7P2.2P2.1P2.0DB0DB7ER/WRSVLBLKBLA5K0V0V5VAT89S511602LCM圖36 AT89S51與1602LCM液晶顯示模塊的連接方式3.2.4電平轉換電路介紹由于我們所采用的SERF GS1100 GPS信號接收模塊輸出信號為RS232電平，而AT89S51單片機串口所使用的電平為TTL電平，所以為了能使單片機正常的與SERF

26、GS1100 GPS信號接收模塊進行通訊，故需要對電平進行相互轉換，經查閱資料后決定采用MAXIM公司生產的MAX232電平轉換芯片。圖37 MAX232芯片在單片機中的典型應用該電路就可以實現GPS接收模塊與AT89S51單片機之間的通訊。3.2.5 電源考慮到該系統(tǒng)的移動便攜性，因此決定使用電池作為電源，在電池的選擇上我參考了單片機、液晶模塊、GPS接收模塊、232電平轉換電路的最佳工作電壓，選擇了四節(jié)鎳氫電池串連作為電源，該電池在充滿電后實測電壓為1.4V左右，四節(jié)電池串連后電壓為5.6V左右，其最佳供電電壓平臺在5.2V左右，足以滿足上述模塊的電壓要求。鎳氫電池可以反復充電，從而降低了

27、該系統(tǒng)的使用成本。3.3 基于單片機的GPS硬件連接介紹整個硬件設計要求GPS接收模塊輸出的信號通過電平轉換電路及必要的連接器件將MCU（AT89C51）、GPS信號接收模塊、液晶顯示模塊、電源相連接實現系統(tǒng)功能。硬件電路設計詳圖請見附錄一。第4章 基于單片機的GPS軟件設計4.1 GPS NAEA 0183數據格式介紹NMEA0183是美國國家海洋電子協(xié)會（National Marine Electronics Association）為海用電子設備制定的標準格式。它是在過去海用電子設備的標準格式0180和0182的基礎上，增加了GPS接收機輸出的內容而完成的。目前廣泛采用的是Ver 2.0

28、0版本?，F在除少數早期的GPS接收機外，幾乎所有的GPS接收機均采用了這一格式。此協(xié)議是為了在不同的GPS導航設備中建立統(tǒng)一的RTCM標準。這種格式的廣泛使用使得GPS接收模塊的通用化和互換性大大提高。這種格式所輸出的語句采用的是ASC字符碼，包含了緯度、經度、速度、日期、時間、航向、以及衛(wèi)星信號情況等信息。語句多達10余種，由于在此次設計中只運用到了$GPRMC定位數據語句，其結構為：$GPRMC,<1>,<2>,<2>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10&g

29、t;,<11>*hh<CR><LF>其中“GP”為交談識別符；“RMC”為語句識別符；“hh”為校驗和，其代表了“$”與“*”之間所有字符的按位異或值（不包括這兩個字符）。$GPRMC語句數據區(qū)的內容為：<1>定位點的協(xié)調世界時間（UTC），hhmmss（時分秒）格式；<2>定位狀態(tài)，A有效定位，V無效定位；<3>定位點緯度，ddmm.mmmm（度分）格式；<4>緯度半球，N（北半球）或S（南半球）；<5>定位點經度，dddmm.mmmm（度分）格式;<6>經度半球，E（東經）或W（西經

30、）；<7>地面速率，000.0節(jié)999.9節(jié)；<8>地面航向，000.0度359.9度；<9>UTC日期，ddmmyy（日月年）格式；<10>磁偏角，000.0度180度；<11>磁偏角方向，E（東）或W（西）。4.2 基于單片機的GPS軟件開發(fā)環(huán)境4.2.1程序編譯環(huán)境Keil uVision2該軟件采用了匯編語言編寫，并在Keil uVision2開發(fā)環(huán)境下編譯、調試。Keil uVision2與同類開發(fā)環(huán)境具有以下優(yōu)點：真正的集成調試環(huán)境,集成了編緝器、編譯器、調試器；眾多強大軟硬件調試手段,包括邏輯分析儀、跟蹤器、邏輯筆、波形

31、發(fā)生器、影子存儲器、記時器、程序時效分析、 數據時效分析、硬件測試儀、事件觸發(fā)器；所有類型的單片機集成在一個調試環(huán)境下,支持匯編、C、PL/M源程序混合調試；支持軟件模擬，支持項目管理；支持點屏功能,直接點擊屏幕就可以觀察變量的值,方便快捷；功能強大的觀察窗口,支持所有的數據類型；樹狀結構顯示，一目了然；在線直接修改、編譯、調試源程序，錯誤指令定位開發(fā)界面如圖41所示。圖41 Keil uVision2界面圖4.2.2串口通信調試工具COMPort Debuger V2.00由于本次設計要涉及到串口與單片機的數據通訊，所以在調試的時候有必要使用一款串口調試軟件輔助軟件的調試，我所選用的是COM

32、Port Debuger V2.00。該軟件具有串口端口選擇，波特率選擇，數據位選擇，停止和校驗位選擇等等，而且在發(fā)送區(qū)域內還可以設定自動發(fā)送數據的時間間隔，這些功能已經完全滿足對串口進行簡單的調試。如圖42，正在使用該軟件模擬GPS向單片機發(fā)送GPS地理數據，以輔助調試程序和硬件。圖42 COMPort Debuger V2.00界面圖4.2.3單片機程序編程軟件SLISPV1.3.2在調試程序的過程中，通常要將已經用Keil uVision2編譯連接好的程序寫到單片機上去，然后安裝在硬件系統(tǒng)上進行整體的調試，這時就需要一款編程軟件和編程器來完成以上工作，由于選用的單片機是AT89S51（支

33、持在系統(tǒng)ISP編程），所以我選擇了SLISPV1.3.2這款編程配合燒錄程序。圖 43 SLISPV1.3.2界面圖4.2.4 GPS接收模塊調試軟件uNav Analyzer由于該GPS接收模塊在第一次使用時需要在電腦上進行初始化串口輸率和測試接收GPS地理數據，故需要選擇一款軟件來配合。SERF GS1100 GPS信號接收模塊生產商推薦的是uNav Analyzer。該軟件可以對SERF GS1100 GPS信號接收模塊進行波特率選擇，輸出語句選擇等設置。還可以在GPS信號接收模塊接收到GPS數據后，進行數據文本輸出，衛(wèi)星狀態(tài)查看（衛(wèi)星數量、可用數、信號強度），GPS信號漂移分析等。圖

34、44 uNav Analyzer 接收GPS地理數據圖 45 uNav Analyzer GPS衛(wèi)星信號以及漂移情況4.3基于單片機的GPS軟件設計思路該GPS設計的核心部分是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。在設計該軟件時采用了模塊化的思想，之所以采用的模塊化的設計思想，主要是想到了軟件模塊化后方便軟件的調試，同時也方便了該軟件的移植，在不同的硬件平臺上運行該軟件只需要更改相應的軟件模塊就可以實現。該軟件分為了串口初始化模塊，液晶模塊初始化模塊，數據接收模塊，數據格式調整送顯模塊這四個主要模塊。該系統(tǒng)具體程序詳見附錄二。AT89S5

35、1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、經緯度數據并調整格式送液晶顯示模塊顯示UTC時間、經緯度NY圖 46軟件程序流程圖4.4 各模塊軟件設計4.4.1 串口初始化模塊在該模塊中設置的波特率為9600（晶振頻率為11.0592Mhz），所以選擇定時器工作為工作方式2，給定時器1高位低位分別賦值#0FDH。其程序如下：MOV TMOD,#20H;定時器工作方式選擇MOV TH1,#0FDH;定時器初始賦值MOV TL1,#0FDH;MOV PCON,#00H;串口工作方式選擇SETB TR1MOV SCON,#70H;串口工作方式選

36、擇4.4.2 液晶模塊初始化模塊在該設計中所使用的是1602液晶模塊，其初始化方法參閱了該模塊的通用說明書，其標準初始化描述如下：延時15ms寫指令38H（不檢測忙信號）延時15ms寫指令38H（不檢測忙信號）延時15ms寫指令38H（不檢測忙信號）寫指令38H寫指令38H：顯示模式設置寫指令08H：顯示關閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示關標移動設置寫指令0CH：顯示開及光標設置其中在實際使用中延時段程序的實際延時可以比15ms長些，對初始化并無影響。程序如下：MOV P0,#0H;清屏ACALL ENABLECALL delay1MOV P0,#38HACALL ENABLE MO

37、V P0,#38HACALL ENABLE MOV P0,#38HACALL ENABLE MOV P0,#8HACALL ENABLE MOV P0,#1HACALL ENABLE MOV P0,#6HACALL ENABLE MOV P0,#0cHACALL ENABLE4.4.3 數據接收模塊首先要對GPS接收模塊串口是否有信號發(fā)送給單片機進行識別，而且由于GPS接收模塊通過串口發(fā)送出來的數據不是我們全部需要的，所以有必要再對語句進行識別，然后取入我們所需要的語句$GPRMC，。由于這些語句都是已$GP開頭的，并且$GPRMC這條語句與別的語句差別的地方就是MC這兩個字母，故從精簡程序和

38、節(jié)約CPU資源的角度考慮，在程序中也只判斷M和C這兩個字母。其識別和儲存的程序如下：read:call reccjne A,#04dH,read;'M'?;判斷是否Mcall reccjne A,#043H,read;'C'?; 判斷是否Ccall recmov r0,#10h;數據儲存起始地址mov r1,#42h;數據位數store: ;儲存call recmov r0,ainc r0djnz r1,storeRETrec:JB RI,gooutinc r2cjne r2,#255,recmov r2,#0hinc r3cjne r3,#255,recmov

39、 r3,#0hinc r4cjne r4,#5,recmov r4,#0hcall nosignaljmp waitgoout:CLR RImov r2,#0hmov r3,#0hmov r4,#0hmov r5,#0hMOV A,SBUFRET4.4.4 數據格式調整送顯模塊對于前面程序模塊取入的數據，還要通過數據格式調整才能送到顯示模塊進行顯示，在4.1GPS NAEA 0183語句中我們已經知道，所取入的GPRMC中包含了很多的地理信息，但是由于我們的應用所限，往往只能用到其中的一部分，比如我們所用到的緯度、經度、UTC時間和UTC日期，由于我們在上面數據接收模塊程序中已經把GPRMC所

40、包含的所有數據已經順序存放在單片機中，所以我們只需要按照NAEA 0183語句所提供的格式按位選取出緯度、經度、UTC時間和UTC日期就可以了。對于我們已經選取出的將要送去顯示的數據，為了在液晶屏上能及時清晰地顯示出來，再經過一定的格式調整，最后再送液晶屏顯示。其程序模塊如下：time:;時間格式調整模塊 MOV R2 ,#0C0H LCALL ENABLE LCALL WRITE mov p0,#01h;清屏 ACALL ENABLE mov 60h ,#20h mov 61h ,#20h mov 62h ,#20h mov 63h ,#20h mov 64h ,10h;時 mov 65h

41、,11h; mov 66h ,#":" ; mov 67h ,12h;分 mov 68h ,13h; mov 69h ,#":" mov 6ah ,14h;秒 mov 6bh ,15h; mov 6ch ,#20h mov 6dh ,#20h mov 6eh ,#20h mov 6fh ,#20h MOV R0 ,#60H MOV R3 ,#10H call disdat: ;日期格式調整模塊 MOV R2 ,#80H LCALL ENABLE LCALL WRITE mov 63h ,#32h mov 64h ,#30h mov 65h ,44h mo

42、v 66h ,45h mov 67h ,#"/" mov 68h ,42h mov 69h ,43h mov 6ah ,#"/" mov 6bh ,40h mov 6ch ,41h mov 6dh,#20h mov 6eh ,#20h mov 6fh ,#20h MOV R0 ,#60H MOV R3 ,#10H call dislon: ;緯度格式調整模塊 MOV R2 ,#0C0H LCALL ENABLE LCALL WRITE1 mov p0,#01h;清屏 ACALL ENABLE mov 70h,#20h mov 71h,#20h mov 7

43、2h ,#4eh mov 73h ,#":" mov 74h ,#20h mov 75h ,1ch mov 76h ,1dh mov 77h ,#2eh mov 78h ,1eh mov 79h ,1fh mov 7ah ,20h mov 7bh ,21h mov 7ch ,22h mov 7dh ,23h mov 7eh ,24h mov 7fh ,#20h MOV R0 ,#70H MOV R3 ,#10H call dislat: ;經度格式調整模塊 MOV R2 ,#080H LCALL ENABLE LCALL WRITE1 mov 60h ,#20h mov 6

44、1h ,#20h mov 62h,#45h mov 63h ,#":" mov 64h,28h mov 65h,29h mov 66h,2ah mov 67h,#2eh mov 68h,2bh mov 69h,2ch mov 6ah,2dh mov 6bh,2eh mov 6ch,2fh mov 6dh,30h mov 6eh,31h mov 6fh ,#20h MOV R0 ,#60H MOV R3 ,#10H call dis第五章 設計過程中出現的問題及解決辦法5.1 液晶屏無顯示在焊接好電路板后就開始對電路部分進行測試，首先在AT89S51上寫了一個可讓液晶屏顯示數

45、字的小程序，可是通電后發(fā)現液晶屏除了背光點亮（通電后就會亮），根本沒有顯示。在檢查電路的過程中首先懷疑有可能電路連接有問題，使得單片機沒有工作，后用萬用表測量晶振兩腳，發(fā)現起振電壓正常，說明單片機正常工作。后又懷疑單片機P0口數據電纜和液晶屏沒有連接好，又用萬用表測試，結果都連接良好。經過分析后覺得這個問題不應該出在液晶屏和單片機上，而有可能是在一些輔助器件上發(fā)生了問題，果然經過檢查后發(fā)現液晶模塊對比度調節(jié)電阻（5K）有問題，電阻始終很大且無法調?。ㄊ冀K在1K以上），后更換一個同型號可變電阻，問題解決。5.2 GPS模塊送出數據單片機不能接收 在調試軟件的時候用到了串口調試軟件輔助軟件的調試，

46、并且通過電腦的串口成功的向單片機發(fā)送了模擬的GPS數據，單片機也成功接收并且液晶屏也有了顯示，后為了進一步的調試軟硬件便使用了GPS信號接收模塊向單片機發(fā)送地理數據，結果這時液晶屏卻沒有了顯示，開始以為是使用串口調試軟件模擬GPS輸出數據格式有誤，所以造成了使用真正的GPS模塊接收數據時程序不能匹配。分析后覺得開始的判斷不對，就算模擬時格式不對也起碼應該有顯示。之前在換用GPS模塊時對硬件有過一次改動，就是原先使用電腦串口模擬GPS向單片機發(fā)送數據，單片機串口接口使用的是9針的母頭，其數據線接具體連接是串口的5號針腳連接MAX232芯片15腳（接地），串口的3號針腳連接MAX232芯片8腳（串

47、口數據接收），串口的2號針腳連接MAX232芯片7腳（串口數據發(fā)送）。由于要使用GPS接收模塊，以為模塊的串口接口為母頭故需要將單片機接收串口接口改為公頭，在改的時候也按照了上述的連接方法，由于串口在更換公頭后接線方式應該按照母頭接線方式鏡像連接，在實際連接時忽略了這點結果造成了不能接收串口數據的問題。經重新連接后問題解決。第六章 總結隨著GPS的應用越來越廣泛，GPS設備普及速度也將大大加快，在我們國內GPS產業(yè)才剛剛起步，GPS產業(yè)的興起勢必也將大大的推進GPS在民間的應用。GPS已在各個領域發(fā)揮了重要的作用，為促進人類發(fā)展作出了不可估量的貢獻。不過由于專業(yè)GPS設備價格昂貴，普通消費者難

48、以承受，所以也限制了GPS在民間的大量應用，現在各個GPS廠商的當務之急便是降低GPS的制造成本，削減一些普通消費者平時用不到的專業(yè)功能，保留一些基本的實用功能，以加快GPS在民間普及的速度。這次我的課程設計的基本設計思想原意在此，通過這次設計制作GPS最小系統(tǒng)，也驗證了這種低成本設計的可行性，也達到了基本滿意的使用效果。由于時間和技術的原因，此系統(tǒng)設計還存在很多不足之處，程序設計上缺乏靈活性，并沒有完全實現GPS的所有功能，今后將進一步拓展該系統(tǒng)的其他功能，例如高度顯示、BJT時間轉換、衛(wèi)星信號情況等等以增強系統(tǒng)的實用性。致 謝本論文是在方寧老師的悉心指導下完成的，方寧老師淵博的科學知識、遠

49、見卓識的科學創(chuàng)新和嚴謹的治學態(tài)度都給了我深遠的影響。在設計階段方寧老師在資料搜集、程序調試、論文寫作等方面都給予我嚴格的要求和關鍵性的指導，在此衷心感謝三個月來方寧老師對我的關心和指導。感謝電信系所有老師在畢業(yè)設計期間為我們提供良好的實驗環(huán)境。此外，我還要對在這次設計中，幫助和支持我的同學，表示感謝！參考文獻1 劉基余.GPS衛(wèi)星導航定位原理與方法M.北京：科學出版社，20032 劉基余，李征航.全球定位系統(tǒng)原理及其應用M.北京：測繪出版社，19933王惠南，GPS導航原理與應用M.北京：科學出版社，20034 Encyclopædia Britannica 2007 Ultimat

50、e Reference Suite.Version.2007.01.00.000000000 Encyclopædia Britannica, Inc.2007.015 潘永雄.新編單片機原理與應用M.西安：西安電子科技大學出版社，20036 張鵬.單片機原理及應用M.成都：電子科技大學出版社，2004.87賈金玲.微型計算機原理與接口技術課程設計指導M.重慶：重慶大學出版社，2001.128 GS1100 Seriers Operational manual.Verison1.0.Serf Company.2004.119 MAX220-MAX249+5V供電、多通道RS-232驅

51、動器/接收器.Rev15. Maxim Integrated Products, Inc.2006.0110 NMEA Protocol Specification . Verison1.31. Fastrax Oy.2003.06附 錄RS bit P2.0 ;設置LCM控制線端口RW bit P2.1 E bit P2.2 ORG 00120h;*液晶屏初始化MOV P0,#0h;清屏ACALL ENABLECALL delay1MOV P0,#38H;液晶屏初始化.ACALL ENABLE MOV P0,#38H;設為8位，57字型兩行ACALL ENABLE MOV P0,#38HACALL ENABLE MOV P0,#8HACALL ENABLE MOV P0,#1HACALL ENABLE MOV P0,#6HACALL ENABLE MOV P0,#0cHACALL ENABLE ;*串口初始化CLR EA ;關中斷mov TMOD,#20HMOV TH1,#0FDH;波特率9600，晶體振蕩器