簡易GPS定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計

PAGEPAGEPAGEII陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書畢業(yè)生姓名：何國杰專業(yè)：電氣自動化技術(shù)學(xué)號：0507241071指導(dǎo)教師：劉愛萍所屬系（部）：信息系二〇〇八年五月陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計評閱書題目：簡易GPS定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計信息系電氣自動化技術(shù)專業(yè)姓名何國杰設(shè)計時間：2008年03月17日~2008年05月18日評閱意見：成績：指導(dǎo)教師：（簽字）職務(wù)：200年月日陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計答辯記錄卡信息系電氣自動化技術(shù)專業(yè)姓名何國杰答辯內(nèi)容問題摘要評議情況記錄員：（簽名）成績評定指導(dǎo)教師評定成績答辯組評定成績綜合成績注：評定成績?yōu)?00分制，指導(dǎo)教師為30%，答辯組為70%。專業(yè)答辯組組長：（簽名）200年月PAGEPAGEii前言GPS作為最先進的空間定位技術(shù)，在社會建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。隨著GPS定位技術(shù)的快速發(fā)展，其功能越來越強，精度越來越高，在測量領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。本文討論了簡易GPS定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計,提出了對GPS全球定位系統(tǒng)定位信息的接收以及對各定位參數(shù)數(shù)據(jù)的提取方法。在硬件方面，采用了GPS25-LVS作為衛(wèi)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(shè)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(nèi)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(diào)試。實現(xiàn)了LED顯示器輪流顯示實時時間、緯度、經(jīng)度。該系統(tǒng)的時間為原子鐘時間，因此非常精確。能滿足一般應(yīng)用項目的使用。目錄第一篇緒論 1第一章GPS概述 1第二章 本設(shè)計的目的和意義 2第三章本設(shè)計研究的內(nèi)容和所做的工作 4第一節(jié)本設(shè)計研究的內(nèi)容 4第二節(jié) 本設(shè)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(tǒng)硬件電路設(shè)計 11第五篇硬件電路制作 15第六篇控制系統(tǒng)的軟件設(shè)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(nèi)存中的信息存放地址分配 18第七篇控制程序編制和調(diào)試 20第八篇硬件和軟件綜合調(diào)試及性能分析 28第一章硬件和軟件綜合調(diào)試 28第二章 性能分析 30結(jié)論 32參考文獻 33致謝 34陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書PAGEPAGE36第一篇緒論第一章GPS概述GPS作為最先進的空間定位技術(shù)，在社會建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。隨著GPS定位技術(shù)的快速發(fā)展，其功能越來越強，精度越來越高，在測量領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。GPS系統(tǒng)的基本定位原理是：每顆GPS衛(wèi)星時刻發(fā)布其位置和時間數(shù)據(jù)信號，用戶接收機可以測量每顆衛(wèi)星信號到接收機的時間延遲，根據(jù)信號傳輸?shù)乃俣瓤梢杂嬎愠鼋邮諜C到不同衛(wèi)星的距離。同時收集至少4顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時，就可以算出三維坐標、速度和時間。全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem簡稱GPS）是美國第二代軍用導(dǎo)航系統(tǒng)，可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的實時導(dǎo)航和定位。GPS由空間部分、地面監(jiān)控部分、用戶設(shè)備部分組成。GPS系統(tǒng)的空間部分是指GPS工作衛(wèi)星星座，其由24顆衛(wèi)星組成，其中21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星，均勻分布在6個軌道上。衛(wèi)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(jīng)相差60°，軌道平均高度為20200km.衛(wèi)星運行周期為11小時58分（恒星時），同一軌道上的各衛(wèi)星的升交角距為90°，GPS衛(wèi)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(wèi)星，以滿足地面用戶實時全天候精密導(dǎo)航和定位。GPS衛(wèi)星的主體呈圓柱形，直徑約為1.5m，重約774kg，兩側(cè)各安裝兩塊雙葉太陽能電池板，能自動對日定向，以保證衛(wèi)星正常工作用電。每顆衛(wèi)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(wèi)星上設(shè)有微處理機，可以進行必要的數(shù)據(jù)處理工作，它主要的3個基本功能：根據(jù)地面監(jiān)控指令接收和儲存由地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息，調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)、啟動備用衛(wèi)星；向GPS用戶播送導(dǎo)航電文，提供導(dǎo)航和定位信息；通過高精度衛(wèi)星鐘向用戶提供精密的時間標準。地面監(jiān)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（ColoradoSpings）的聯(lián)合空間執(zhí)行中心CSOC，3個注入站，其分別設(shè)在印度洋的迭哥加西、南大西洋的阿松森島和南太平洋的卡瓦加蘭。5個監(jiān)控站，其中4個與主控站、注入站重疊，另外一個設(shè)在夏威夷。主控站的主要任務(wù)為：根據(jù)各監(jiān)控站提供的觀測資料推算編制各顆衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差、和大氣層修正參數(shù)并把這些數(shù)據(jù)傳送到注入站；提供GPS系統(tǒng)的時間標準；調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定的軌道運行；啟用備用衛(wèi)星以取代失效的工作衛(wèi)星。注入站的主要任務(wù)為：在主控站的控制下，把主控站傳來的各種數(shù)據(jù)和指令等正確并適時地注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)。監(jiān)測站的主要任務(wù)為：給主控站編算導(dǎo)航電文提供觀測數(shù)據(jù)，每個監(jiān)控站均用GPS信號接收機，對每顆可見衛(wèi)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(shù)據(jù)。用戶設(shè)備部分由GPS接收機硬件和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件以及微處理機及其終端設(shè)備組成。其主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測量，并經(jīng)簡單數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)實時導(dǎo)航和定位，用后處理軟件包對觀測數(shù)據(jù)進行精加工，以獲取精密定位結(jié)果。本設(shè)計的目的和意義自從五七年第一顆人造衛(wèi)星上天，六十年代的人造衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，七十年代美國軍方開始發(fā)展GPS（GlobalPositioningSystem）衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，直至1995年4月27日美國國防部宣布“GPS系統(tǒng)已具備全部運作能力”。GPS計劃的實現(xiàn)歷時23年，耗資200多億美元，前后共發(fā)射35顆衛(wèi)星，目前仍在軌道上正常工作的有25顆衛(wèi)星，其中1顆為實驗衛(wèi)星，24顆為工作衛(wèi)星。它具有海、陸、空全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力，是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其特點是全天候、高精度、應(yīng)用廣，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它廣泛的應(yīng)用價值，引起了各國科學(xué)家的關(guān)注和研究，前蘇聯(lián)和西歐各國的科學(xué)家在積極開發(fā)利用GPS信號資源的同時，還致力于研究開發(fā)各自的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，如前蘇聯(lián)建成的GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我國也在致力于發(fā)展自已的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。同時，它的出現(xiàn)也導(dǎo)致了測繪行業(yè)一場深刻的技術(shù)變革。

GPS全球定位系統(tǒng)在實際生活中被廣泛應(yīng)用，是當今信息時代發(fā)展中的重要組成部分。因其具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點，使其成為了迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)之所以在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了與GPS系統(tǒng)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，這都得益于其本身所具有的諸多優(yōu)點，概括起來主要有以下幾個方面。

定位精度高：通過很多應(yīng)用實踐已經(jīng)證明，GPS相對定位精度在50km以內(nèi)可達10-6，100km～500km可達10-7，1000km以上可達10-8，在300-1500m工程精密定位中，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(yōu)勢。

觀測時間短：由于GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件不斷更新，目前20km以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15～20分鐘，快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15km以內(nèi)時，流動站只需觀測1～2分鐘，動態(tài)相對定位測量時，流動站出發(fā)時觀測1～2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(jīng)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(yè)：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(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。

功能多、應(yīng)用廣：GPS系統(tǒng)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(tǒng)的不斷開發(fā)，其應(yīng)用領(lǐng)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(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，在各個領(lǐng)域發(fā)揮了極大的作用，已成為了信息時代不可以或缺的一部分。第三章本設(shè)計研究的內(nèi)容和所做的工作第一節(jié)本設(shè)計研究的內(nèi)容本設(shè)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(jīng)度、緯度等衛(wèi)星信息。此設(shè)計主要是在了解掌握了GPS和單片機的理論知識的基礎(chǔ)上，選用Atmel（愛特梅爾）公司的AT89C52提取GPS模塊的接收數(shù)據(jù)并由6位LED顯示器顯示接收數(shù)據(jù)。在此設(shè)計過程中，主要熟悉了簡易GPS定位信息顯示系統(tǒng)各性能指標，學(xué)習(xí)NMEA封包并懂得使用NMEA輸出命令，結(jié)合單片機串行通信知識能實現(xiàn)對GPS接收到的衛(wèi)星信息進行提取，并在6位LED顯示器上選擇性的顯示數(shù)據(jù)。本設(shè)計所做的工作本文討論了簡易GPS定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計,提出了對GPS全球定位系統(tǒng)定位信息的接收以及對各定位參數(shù)數(shù)據(jù)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(jīng)度或其他GPS信息數(shù)據(jù)。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(tǒng)的軟件流程圖，然后對內(nèi)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。最后對硬件和軟件進行了綜合調(diào)試。第二篇元件選擇簡易GPS定位信息顯示系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：衛(wèi)星信息接收器、單片機控制器和顯示器件。衛(wèi)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(dǎo)航型GPS生產(chǎn)的專業(yè)廠家。GARMIN公司在這一領(lǐng)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(shù)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(shù)，最先進的電子技術(shù)的應(yīng)用，以及對各行業(yè)用戶使用特點的深刻認識，使GARMIN公司的產(chǎn)品在各方面性能指標上已遠遠領(lǐng)先于同行業(yè)伙伴。GPS25-LVS是GARMIN公司OEM板系列中的主打產(chǎn)品。它具有全屏蔽的封裝，抗干擾性好；內(nèi)置鋰電池保存數(shù)據(jù)，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；3.6——6V供電，電壓范圍寬；標準NMEA-0183輸出，簡單易讀；秒脈沖寬度可調(diào)，方便授時應(yīng)用。GARMINOEM板一直以定位速度快、工作穩(wěn)定、耐電壓沖擊和高抗干擾性而深受青睞。在車輛調(diào)度、精細農(nóng)業(yè)、高速追擊、普通授時等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其極高的性能價格比令許多OEM用戶別無它求。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(shù)據(jù)。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，在許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制場合應(yīng)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(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52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(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。其主要功能特性如下。·兼容MCS51指令系統(tǒng)·8k可反復(fù)擦寫(>1000次）FlashROM·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(shè)置睡眠和喚醒功能AT89C52單片機的引腳圖如圖1所示。圖1AT89C52單片機引腳圖顯示器件采用LED（發(fā)光二極管的英文縮寫）顯示器。它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)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(shù)、計算機技術(shù)、信息處理于一體，以其色彩鮮艷、動態(tài)范圍廣、亮度高、壽命長、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，成為最具優(yōu)勢的新一代顯示媒體，目前，LED顯示器已廣泛應(yīng)用于大型廣場、商業(yè)廣告、體育場館、信息傳播、新聞發(fā)布、證券交易等，可以滿足不同環(huán)境的需要。

LED顯示器結(jié)構(gòu)：

基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個條狀發(fā)光二極管芯片按圖12排列而成的?？蓪崿F(xiàn)0～9的顯示。其具體結(jié)構(gòu)有“反射罩式”、“條形七段式”及“單片集成式多位數(shù)字式”等

（一）反射罩式數(shù)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(yīng)金屬條之間連好φ30μm的硅鋁絲或金屬引線，在反射罩內(nèi)滴入環(huán)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(shù)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(huán)氧樹脂，較多地用于一位或雙位器件?？辗夥绞绞窃谏戏缴w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(shù)字顯示（或符號顯示）。

（二）條形七段式數(shù)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(nèi)含一只或數(shù)只LED發(fā)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(nèi)引線，再用環(huán)氧樹脂包封起來。

（三）單片集成式多位數(shù)字顯示器是在發(fā)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(shù)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(shù)字儀表中。

（四）符號管、米字管的制作方式與數(shù)碼管類似。

（五）矩陣管（發(fā)光二極管點陣）也可采用類似于單片集成式多位數(shù)字顯示器工藝方法制作。

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(shù)碼管字高一般在2～3mm）。其他類型筆畫顯示器最高可達12.7mm（0.5英寸）甚至達數(shù)百mm。

（二）按顏色分有紅、橙、黃、綠等數(shù)種。

（三）按結(jié)構(gòu)分，有反射罩式、單條七段式及單片集成式。

（四）從各發(fā)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(shù)：

由于LED顯示器是以LED為基礎(chǔ)的，所以它的光、電特性及極限參數(shù)意義大部分與發(fā)光二極管的相同。但由于LED顯示器內(nèi)含多個發(fā)光二極管，所以需有如下特殊參數(shù)：

（一）發(fā)光強度比由于數(shù)碼管各段在同樣的驅(qū)動電壓時，各段正向電流不相同，所以各段發(fā)光強度不同。所有段的發(fā)光強度值中最大值與最小值之比為發(fā)光強度比。比值可以在1.5～2.3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。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(yīng)用最廣泛的GPS接收處理板，能滿足各種導(dǎo)航和實時領(lǐng)域的需要。GPS25-LVS系列OEM板采用單一5V供電，內(nèi)置保護電池，RS-232、TTL兩種電平自動輸出NMEA-01832.0格式（ASCⅡ字符型）語句。其主要性能特點如下。專利技術(shù)：12并行通道PhaseTrac12定位時間：重新捕獲<2sec自動搜索：90sec熱啟動：15sec冷啟動：45sec更新率：1/sec-1/900sec可調(diào)位置精度：15mRms(SAoff)/10m(差分)速度精度：0.1m/s；速度限制：515m/s坐標系統(tǒng)：102個預(yù)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、19200bps可選數(shù)據(jù)格式：NEMAV2.0ASCII/二進制可設(shè)置輸入數(shù)據(jù)：初始位置/日期/時間,2D/3D方式坐標系統(tǒng),RTCM-104差分校正輸出數(shù)據(jù)：速度、時間、機器/衛(wèi)星狀態(tài)、幾何因子及誤差估計秒脈沖輸出：1pps精度±1us輸入電壓：3.66V(LVCLVS或6-40V(HVCHVS)可選后備電源：可充板置3V鋰電(10年壽命)功耗：0.9W靈敏度：-166dBW天線接口：50-ohmmcx接頭有源(5V)或無源天線電源/數(shù)據(jù)口：單排12插針工作溫度：-30℃-+儲存溫度：-40℃-+結(jié)構(gòu)：單片集成主機板尺寸：45×69.8×11.8mm重量：40gNMEA協(xié)議是為了在不同的GPS（全球定位系統(tǒng)）導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的BTCM（海事無線電技術(shù)委員會）標準，由美國國家海洋電子協(xié)會（NMEA-TheNationalMarineElectronicsAssocia-tion）制定的一套通訊協(xié)議。GPS接收機根據(jù)NMEA-0183協(xié)議的標準規(guī)范，將位置、速度等信息通過串口傳送到PC機、PDA等設(shè)備。

NMEA-0183協(xié)議是GPS接收機應(yīng)當遵守的標準協(xié)議，也是目前GPS接收機上使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的GPS接收機、GPS數(shù)據(jù)處理軟件、導(dǎo)航軟件都遵守或者至少兼容這個協(xié)議。不過，也有少數(shù)廠商的設(shè)備使用自行約定的協(xié)議比如GARMIN的GPS設(shè)備（部分GARMIN設(shè)備也可以輸出兼容NMEA-0183協(xié)議的數(shù)據(jù)）?？紤]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(xiàn)系統(tǒng)功能。簡易GPS定位信息顯示器電路設(shè)計框架圖如圖2所示。圖2簡易GPS定位信息顯示器電路設(shè)計框架第四篇系統(tǒng)硬件電路設(shè)計一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。

系統(tǒng)的擴展和配置應(yīng)遵循以下原則：

（一）盡可能選擇典型電路，并符合單片機常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標準化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。

（二）系統(tǒng)擴展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當余地，以便進行二次開發(fā)。

（三）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實殃，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時間比硬件實現(xiàn)長，且占用CPU時間。

（四）系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。如選用CMOS芯片單片機構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。

（五）可靠性及抗干擾設(shè)計是硬件設(shè)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(qū)動能力。驅(qū)動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠，可通過增設(shè)線驅(qū)動器增強驅(qū)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(shè)計硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著單片機片內(nèi)集成的功能越來越強，真正的片上系統(tǒng)SoC已經(jīng)可以實現(xiàn)，如ST公司新近推出的μPSD32××系列產(chǎn)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(fù)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(jīng)度或其他GPS信息數(shù)據(jù)。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(shè)計中使用了串口1或12腳的NMEA輸出，串口1可用于PC機對OEM接收板進行參數(shù)設(shè)置，12腳NMEA輸出用于單片機信息處理。圖4GPS25-LVS板引腳接口功能單片機和衛(wèi)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(shè)計的接口電路,使用+5v單電源供電。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(gòu)成。功能是產(chǎn)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。

TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。

第三部分是供電。15腳DNG、16腳VCC（+5v）。74LS244是8路3態(tài)緩沖驅(qū)動,也叫做線驅(qū)動或者總線驅(qū)動門電路，可以增加P2口的驅(qū)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：

11G1Y1-1Y4輸出控制，低電平有效，高電平高阻

21A1輸入端，對應(yīng)的輸出為1Y1

32Y4輸出端，對應(yīng)的輸入為2A4

41A2

52Y3

61A3

71Y2

81A4

92Y1

10GND地

112A1

121Y4

132A2

141Y3

152A3

161Y2

172A4

181Y1

192G2Y1-2Y4輸出控制端

20VCC電源正晶振，其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率，這個頻率經(jīng)過頻率發(fā)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(jīng)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(chǎn)生機械振蕩，反之，如果給他機械力，他又會產(chǎn)生電，這種特性叫機電效應(yīng)。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(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很準確。

根據(jù)石英晶體的機電效應(yīng)，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(yīng)是機-電-機-電的不斷轉(zhuǎn)換，由電感和電容組成的諧振回路是電場-磁場的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)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(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線。另外，進行單片機系統(tǒng)硬件電路設(shè)計時還應(yīng)當考慮諸多干擾因素。影響單片機系統(tǒng)可靠安全運行的主要因素來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，并受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些干擾因素，常會導(dǎo)致單片機系統(tǒng)運行失常，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，重則會導(dǎo)致事故，造成重大經(jīng)濟損失。

第五篇硬件電路制作制作硬件電路首先應(yīng)根據(jù)電路原理圖，使用計算機繪圖軟件，如protel,繪制出系統(tǒng)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(shè)計系統(tǒng)能在現(xiàn)場可靠工作，制作時要注意以下幾點。（一）盡量采用高質(zhì)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(zhì)量、是否數(shù)控打孔和熱風(fēng)整平等因素，都會影響應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)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22～47μF的低頻電容，在中間的電源與地線間并上0.1μF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22μF電解電容和0.1μF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(wǎng)絡(luò)。模擬地、數(shù)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(shù)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(guān)電源，開關(guān)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(dǎo)干擾。輸入輸出接口應(yīng)盡量采用光電隔離器，使控制系統(tǒng)做成全浮空的系統(tǒng)，使之不受傳導(dǎo)干擾的影響。（五）某些小信號線、器件、電路板應(yīng)加電磁屏蔽板或罩。（六）按照電路原理圖焊接GARMINGPS25-LVSOEM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(tǒng)的軟件設(shè)計第一章GPS25-LVS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(shù)據(jù)位，1個停止位，無奇偶校驗。通常使用NMEA-0183格式輸出，數(shù)據(jù)代碼為ASCII碼字符。NMEA-0183是美國海洋電子協(xié)會為海用電子設(shè)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(shù)據(jù)。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$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<CR><LF>傳送的信息說明如下：$GPGGA起始引導(dǎo)符及語句格式說明（本句為GPS定位數(shù)據(jù)）<1>UTC時間，時時分分秒秒格式<2>緯度，度度分分.分分分分格式（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，度度分分.分分分分格式（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>GPS質(zhì)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<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，0.5到99.9<9>天線離海平面的高度，-9999.9到9999.9米M指單位米<10>大地水準面高度，-999.9到9999.9米M指單位米<11>差分GPS數(shù)據(jù)期限（RTCMSC-104），最后設(shè)立RTCM傳送的秒數(shù)量（如無DGPS為0）<12>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(jié)束標志符hh從$開始的所有ASCII碼的校驗和<CR>此項在GPS25-LVS板中不傳送<LF>此項在GPS25-LVS板中不傳送OEM板輸出的信息可在PC機的超級中端中顯示，也可在GARMIN公司提供的GPSCFG.EXE設(shè)置軟件中顯示，如在PC機上看到的實時接收GPGGA語句為$GPGGA,114641,3002.3232,N,12206.1157,E,1,03,12.9,53.2,M,11.6,M,,*4A這是一條GPS定位數(shù)據(jù)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(jīng)122度6.1157分，普通GPS定位方式，接收到3顆衛(wèi)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。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(dǎo)頭“$”，然后再接收信息內(nèi)容，在收到“*”字符ASCⅡ碼后再接收二個字節(jié)結(jié)束接收,然后根據(jù)語句標識區(qū)分出信息類別以對收到ASCⅡ碼進行處理顯示。注意：在處理北京時間時應(yīng)在UTC時間上加上8小時才是準確的北京時，在超出24小時時應(yīng)作減24小時處理。串口中斷程序的處理流程如下圖5。圖5串口中斷程序流程圖第三章內(nèi)存中的信息存放地址分配為了存放接收及處理后的時間及經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，在內(nèi)存中劃出了固定的空間。其中40H～5FH用于存放接收到的時間及經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，68H7FH存放處理后的時間及經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。內(nèi)存中的信息存放地址分配表如表1所列。表1內(nèi)存中的信息存放地址分配表5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H57H56H55H54H53H52H51H50H004641，3002.3232時分秒度分分小數(shù)部分接收時間信息存放單元接收緯度信息存放單元4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H47H46H45H44H43H42H41H40H,N/S,122061157,E/W,南北度分分小數(shù)部分東西緯度信息接收經(jīng)度信息存放單元7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H77H76H75H74H73H72H71H70H0046410A0A300A020A0A0C時分秒不亮度分N處理后時間顯示數(shù)據(jù)存放單元處理后緯度顯示數(shù)據(jù)存放單元6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H1220A060A0B度分E處理后緯度顯示數(shù)據(jù)存放單元第七篇控制程序編制和調(diào)試以下是簡易GPS定位信息顯示器單片機控制源程序：;******************************;*GPS方位顯示系統(tǒng)*;******************************;用AT89C52單片機;本程序接收GPS的$GPGGA信息中的時間數(shù)據(jù)，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(fā)生器），20H單元;顯示緩沖單元在68H—7FH，時間接收數(shù)據(jù)在7AH—7BH（秒）、7CH—7DH（分）、;7EH—7FH（時）;定時器T2定義T2CONEQU0C8H;T2控制寄存器T2MODEQU0C9HTL2EQU0CCH;T2計數(shù)寄存器低字節(jié)TH2EQU0CDH;T2計數(shù)寄存器高字節(jié)TR2EQU0CAH;T2啟動位RCAP2LEQU0CAH;T2計數(shù)重栽寄存器低字節(jié)RCAP2HEQU0CBH;T2計數(shù)重栽寄存器高字節(jié)DISPSPEQU2FH;顯示首址指針SFLAGBIT00H;信息頭標志OKG1FLAGBIT01H;G1OKPFLAGBIT02H;POKG2FLAGBIT03H;G2OKG3FLAGBIT04H;G3OKAFLAGBIT05H;AOKDFLAGBIT06H;OK;*******************中斷入口程序*****************ORG0000HLJMPSTARTORG0003HRETIORG000BH RETIORG0013H RETI ORG001BH RETI ORG0023H LJMPINTS ORG002BH RETI;********************主程序*******************START:MOVPSW,#00H;設(shè)第0組寄存器MOVSP,#30H;設(shè)置堆棧指針MOVSCON,#01010000B;串口工作方式1(8BITUART)允許接收MOVT2CON,#00110000B;T2CONMOVA,#0B2HMOVTL2,A;設(shè)置波特率(4800)MOVRCAP2L,AMOVA,#0FFHMOVTH2,AMOVRCAP2H,AMOVR0,#40H;清40-7F內(nèi)存單元MOVR7,#40HCLEARDISP:MOV@R0,#00HINCR0DJNZR7,CLEARDISPMOV20H,#00H;清標志單元MOVR0,#5FH;GPS數(shù)據(jù)在40-5F內(nèi)MOVR3,#20H;接收32個數(shù)據(jù)SETBES;允許串口中斷MOVIP,#00H;低優(yōu)先級SETBREN;啟動串口接收CLRTI;清串口發(fā)送中斷標志位CLRRI;清串口接收中斷標志位SETBTR2;啟動定時計數(shù)器2SETBEA;開放所有中斷START1:MOVDISPSP,#78H;顯示首址為78HMOVR2,#03H;顯示首址變化次數(shù)3START2:LCALLDISPLAYMOVA,DISPSPSUBBA,#08HMOVDISPSP,A;顯示首址減8DJNZR2,START2MOVR2,#03HSJMPStart1;***********************顯示程序*****************DISPLAY:MOVR4,#0FFHDISPLAY1:MOVR1,DISPSPMOVR5,#0FEHPLAY:MOVA,R5MOVP2,AMOVA,@R1MOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRMOVP0,ALCALLDL1MSINCR1MOVA,R5JNBACC.7,ENDOUTRLAMOVR5,AAJMPPLAYENDOUT:DJNZR4,DISPLAY1MOVP2,#0FFHMOVP0,#0FFHRETTAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,086H,0C8H;“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6”，“7”，“8”，“9”，“RET;**********************延時程序******************DL1MS:MOVR6,#14HDL1:MOVR7,#19HDL2:DJNZR7,DL2DJNZR6,DL1RET;*****************中斷接收程序*******************INTS:PUSHACCJBCRI,RXINTSCLRTILJMPINTSOUTRXINTS:MOVA,SBUFJBDFLAG,DF;是$GPGGA，轉(zhuǎn)AF接收時間數(shù)據(jù)JBAFLAG,AF;判斷是否是“,”JBG3FLAG,G3F;判斷是否是AJBG2FLAG,G2F;判斷是否是第三個GJBPFLAG,PF;判斷是否是第二個GJBG1FLAG,G1F;判斷是否是PJBSFLAG,SF;判斷是否是第一個GXRLA,#24H;判斷是否是“$”JZSYESMOV20H,#00H;不是$,清所有標志LJMPINTSOUTSYES:SETBSFLAG;是$，設(shè)標志LJMPINTSOUTSF:XRLA,#47H;是第一個“G”嗎？JZG1YES;是G，轉(zhuǎn)G1yesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTG1YES:SETBG1FLAGINTSOUT:POPACCRETIG1F:XRLA,#50H;是“P”嗎？JZPYES;是P，轉(zhuǎn)PyesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTPYES:SETBPFLAGLJMPINTSOUTPF:XRLA,#47H;是第二個“G”嗎？JZG2YES;是G，轉(zhuǎn)G2yesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTG2YES:SETBG2FLAGLJMPINTSOUTG2F:XRLA,#47H;是第三個“G”嗎？JZG3YES;是G，轉(zhuǎn)G3yesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTG3YES:SETBG3FLAGLJMPINTSOUTG3F:XRLA,#41H;是“A”嗎？JZAYES;是A，轉(zhuǎn)AyesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTAYES:SETBAFLAGLJMPINTSOUTAF:XRLA,#2CH;是“,”嗎？JZDYES;是“,”，轉(zhuǎn)DyesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTDYES:SETBDFLAGLJMPINTSOUT;接收GPS時間數(shù)據(jù)，共32個字節(jié)，在40-5F單元DF:MOV@R0,ADECR0DJNZR3,INTSOUTMOVR3,#20H;數(shù)字ASCⅡ碼轉(zhuǎn)換成數(shù)字MOVR0,#40HDF1:MOVA,@R0CLRCSUBBA,#30HMOV@R0,AINCR0DJNZR3,DF1MOVA,5FH;格林時轉(zhuǎn)換成北京時間（時加8）MOVB,#10MULABADDA,5EHADDA,#08HCLRCCJNEA,#18H,DF2;是否大于24DF2:JCDF3SUBBA,#18H;大于24減24DF3:MOVB,#10;時十位、個位恢復(fù)為BCD碼DIVABMOV5FH,AMOV5EH,BMOV7FH,5FH;將收到數(shù)據(jù)移入顯示單元MOV7EH,5EHMOV7DH,5DHMOV7CH,5CHMOV7BH,5BHMOV7AH,5AHMOV79H,#0AHMOV78H,#0AHMOV77H,58HMOV76H,57HMOV75H,#0AHMOV74H,56HMOV73H,55HMOV72H,#0AHMOV71H,#0AHMOV70H,#0CHMOV6FH,4CHMOV6EH,4BHMOV6DH,4AHMOV6CH,#0AHMOV6BH,49HMOV6AH,48HMOV69H,#0AHMOV68H,#0BHMOVR3,#20HMOVR0,#5FHMOV20H,#00HLJMPINTSOUTEND從GARMIN公司網(wǎng)上下載GPS25-LVS系列產(chǎn)品應(yīng)用軟件（文件名為gpscfg），設(shè)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(shè)置內(nèi)容主要是OEM板的通信波特率及輸出語句。本設(shè)計選擇4800波特率，選擇GPGGA單語句輸出。第八篇硬件和軟件綜合調(diào)試及性能分析第一章硬件和軟件綜合調(diào)試單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的，許多硬件故障是在調(diào)試軟件時才發(fā)現(xiàn)的。但通常是先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障后才和軟件結(jié)合起來調(diào)試。常見的硬件故障：（一）邏輯錯誤樣機硬件的邏輯錯誤是由于設(shè)計錯誤和加工過程中的工藝性錯誤所造成的。這類錯誤包括：錯線、開路、短路、相位錯等幾種，其中短路是最常見的故障。在印刷電路板布線密度高的情況下，很容易因工藝原因造成短路。（二）元器件件失效元器件失效的原因有兩個方面：一是器件本身已損壞或性能不能符合要求；二是由于組裝錯誤造成的元器件失效，如電解電容、二極管的極性錯誤，集成塊安裝方向錯誤等。（三）可靠性差引起系統(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞，經(jīng)不起振動；內(nèi)部和外部的干擾、電源紋波系數(shù)過大、器件負載系數(shù)過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等也會引起系統(tǒng)可靠性差。（四）電源故障若樣機中存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。電源的故障包括：電壓值不符合設(shè)計要求，電源引出線和插座不對應(yīng)，電源功率不足、負載能力差等。硬件調(diào)試方法：（一）脫機調(diào)試

脫機調(diào)試是在樣機加電源之前，先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電氣原理圖和裝配圖仔細檢查樣機線路的正確性，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求。應(yīng)特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯誤，并重點檢查擴展系統(tǒng)總線是否存在相互間的短路或與其它信號線的短路。對于樣機所用電源事先必須單獨調(diào)試，調(diào)試好后，檢查其電壓值、負載能力、極性等均符合要求，才能加到系統(tǒng)的各個部件上。在不插片子的情況下，加電檢查各插件上引腳的電位，仔細測量各電位是否正常，尤其應(yīng)注意單片機插座上的各點電位是否正常，若有高壓，聯(lián)機時將會損壞開發(fā)機。（二）聯(lián)機調(diào)試通過脫機調(diào)試可以排除一些明顯的硬件故障。有些硬件故障還是要通過聯(lián)機調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)和排除。聯(lián)機前先斷電，把單片機仿真器的仿真插頭插到樣機的單片機插座上，檢查一下開發(fā)機與樣機之間的電源、接地是否良好。一切正常，即可打開電源。通電后執(zhí)行單片機仿真開發(fā)器讀寫指令，對用戶樣機的存儲器、I/O端口進行讀寫操作、邏輯檢查，若有故障，可用示波器觀察有關(guān)波形（如選中的譯碼輸出波形、讀寫控制信號、地址數(shù)據(jù)波形以及有關(guān)控制電平）。通過對波形的觀察分析，尋找故障原因，并進一步排除故障?？赡艿墓收嫌校壕€路連接上有邏輯錯誤、有斷路或短路現(xiàn)象、集成電路失效等。在用戶系統(tǒng)的樣機（主機部分）調(diào)試好后，可以插上用戶系統(tǒng)的其它外圍部件如鍵盤、顯示器、輸出驅(qū)動板、A/D、D/A板等，再對這些部件進行初步調(diào)試。在調(diào)試中若發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，可能有下列情況：電源系統(tǒng)供電電源不足，聯(lián)機時公共地線接觸不良；用戶系統(tǒng)主機板負載過大；用戶系統(tǒng)各級電源濾波不完善等。對于工作不穩(wěn)定的問題一定要認真查出原因，加以排除。軟件調(diào)試方法：（一）軟件調(diào)試方法與所選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計技術(shù)有關(guān)

如果采用模塊程序設(shè)計技術(shù)，則逐個模塊調(diào)試好后，再進行系統(tǒng)程序總調(diào)試。如果采用實時多任務(wù)結(jié)構(gòu)程序，一般逐個任務(wù)進行調(diào)試，下面進一步予以說明。（二）模塊結(jié)構(gòu)程序要一個個子程序分別調(diào)試。調(diào)試子程序時，一定要符合現(xiàn)場環(huán)境，即入口條件和出口條件。調(diào)試的手段可采用單步運行的方式和斷點運行的方式，通過檢查用戶系統(tǒng)CPU的現(xiàn)場、RAM的內(nèi)容和I/O口的狀態(tài)，檢測程序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計要求。通過檢測，可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)錯誤、機器碼錯誤及轉(zhuǎn)移地址錯誤，同時也可以發(fā)現(xiàn)用戶系統(tǒng)的硬件故障、軟件算法及硬件設(shè)計錯誤。在調(diào)試過程中不斷調(diào)整用戶系統(tǒng)的軟件和硬件，逐步通過一個個程序模塊。各程序模塊通過以后，可以把有關(guān)的功能塊聯(lián)合起來一起進行整體程序綜合調(diào)試。在這個階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序運行時是否破壞現(xiàn)場，緩沖單元是否發(fā)生沖突，標志位的建立和清除在設(shè)計上有否失誤，堆棧區(qū)域是否溢出，輸入設(shè)備的狀態(tài)是否正常，等等。若用戶系統(tǒng)是在單片機的仿真開發(fā)器的監(jiān)控程序下運行時，還要考慮用戶緩沖單元是否和監(jiān)控程序的工作單元發(fā)生沖突。單步和斷點調(diào)試后，還應(yīng)進行連續(xù)調(diào)試，這是因為單步運行只能驗證程序的正確與否，而不能確定定時精度、CPU的實時響應(yīng)等問題。待全部調(diào)試完成后，應(yīng)反復(fù)運行多次，除了觀察穩(wěn)定性以外，還要觀察用戶系統(tǒng)的操作是否符合原始設(shè)計要求、安排的用戶操作是否合理等，必要時還要作適當?shù)男薷?。（三）實時多任務(wù)結(jié)構(gòu)程序調(diào)試方法與上述方法有許多相似之處，只是實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序是由若干任務(wù)組成，一般是逐個任務(wù)進行調(diào)試，在調(diào)試某一個任務(wù)時，同時也調(diào)試相關(guān)的子程序、中斷程序和一些操作系統(tǒng)的程序。逐個任務(wù)調(diào)試好以后，再使各個任務(wù)同時進行，如果操作系統(tǒng)中沒有錯誤，一般情況下操作系統(tǒng)就能正常運行。（四）在全部調(diào)試和修改完成后，將用戶軟件固化于EPROM（或EEPOM）中，插入用戶樣機后，用戶系統(tǒng)即能脫離開發(fā)機獨立工作，至此系統(tǒng)的研制完成。本設(shè)計是按照上面的方法先進行電路板的靜態(tài)測試，然后通電檢測，再結(jié)合軟件進行調(diào)試，最后接上GPS有源天線并將天線置于露天場所進行綜合調(diào)試。性能分析本文介紹了簡易GPS定位信息顯示系統(tǒng)設(shè)計的方法。GPS應(yīng)用越來越廣泛，此設(shè)計只是應(yīng)用的基礎(chǔ)和開端。在實際應(yīng)用中我們要結(jié)合各個領(lǐng)域的特殊情況和特定的技術(shù)需求，進行有針對性的處理和設(shè)計。GPS提供的定位信息包括了經(jīng)度、緯度、海拔、速度、航向、磁場、時間、衛(wèi)星個數(shù)及其編號等衛(wèi)星信息，其接收數(shù)據(jù)方法類似，故本設(shè)計只是提取了其中的部分價值性較高的數(shù)據(jù)信息。GPS可通過NMEA輸入命令對串行通訊參數(shù)進行設(shè)置，實現(xiàn)個性化顯示格式，本設(shè)計只使用了其默認的設(shè)置參數(shù)。簡易GPS定位信息顯示系統(tǒng)的時間為原子鐘時間，因此非常精確。而定位經(jīng)緯度的誤差是由OEM板的性能決定的，GPS25-LVS系列方位定位精度可達到10m左右，能滿足一般應(yīng)用項目的使用。結(jié)論本說明書討論了簡易GPS定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計,該設(shè)計是由單片機控制GPS模塊較為精確地計算和顯示實時時間、經(jīng)度、緯度等衛(wèi)星信息。畢業(yè)設(shè)計是?？茖W(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。此次畢業(yè)設(shè)計收獲很多，比如學(xué)會了查找相關(guān)資料，相關(guān)標準，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。同時，仍有很多課題需要后輩去努力去完善。

但是畢業(yè)設(shè)計也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對電子元器件的不了解，等等。這次實踐是對自己大學(xué)三年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強的溝通力和理解力?？傊?，在做這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，既復(fù)習(xí)了已學(xué)的專業(yè)知識，又學(xué)會了新的知識，是自己人生一次難得的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，更是對自己綜合能力的考驗和提高！

參考文獻一、工具書：[1]余錫存.單片機原理及接口技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000[2]賈好來.MCS-51單片機原理及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006[3]樓然苗.單片機課程設(shè)計指導(dǎo)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007[4]邱致和，王萬義.GPS原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001[5]電子電氣綜合實訓(xùn)系統(tǒng)使用說明書[M].北京：精儀達盛科技有限公司，2000[6]胡健.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005[7]戴佳，戴衛(wèi)恒.51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006[8]胡輝.單片機原理及應(yīng)用設(shè)計[M].北京：水利水電出版社,2005[9]蔡明文，馮先成.單片機課程設(shè)計[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社,2007[10]彭為.單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006二、參考資料:[1]劉振峰.淺談智能車輛的GPS定位和推算定位技術(shù)[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2003.5[2]周海燕.基于GP2015射頻前端電路的GPS的接收機設(shè)計[J].大眾科技,2007.12[3]肖劍飛.嵌入式GPS通用衛(wèi)星模擬器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].空間電子技術(shù),2007.4[4]黃少鋒,張尊泉,鄧斌,黃斌.基于單片機采集與顯示GPS定位信息系統(tǒng)的設(shè)計[J].空軍雷達學(xué)院學(xué)報,2007.1[5]王占猛.GPS與單片機接口程序設(shè)計[J].電子測試,2007,7

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