基于单片机的GPS定位系统设计外文翻译

本科毕业设计本科毕业设计 外文翻译 外文翻译 题 目 基于单片机的 GPS 定位 系统设计 姓 名 专 业 学 号 指导教师 信息工程学院信息工程学院 二二 一五年三月一五年三月 1 基于单片机的基于单片机的 GPS 定位系统设计外文翻译定位系统设计外文翻译 摘 要 本文介绍了一项利用单片机采集和处理 GPS 定位信息的设计 实现全球定 位功能 该系统以 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机为核心控制器件 通过串行 口与 GPS 模块 C3 370B 通信 接收 GPS 模块输出的时间和定位信息 该输出 信息格式采用 NMEA 0183 标准格式中的 GPRMC 语句 单片机接收到定位信 息和时间信息后 将 GPS 模块输出的时间信息进行时差调整 再将所获取的位 置和时间信息通过显示终端显示 经过调试后 本系统可以接收 GPS 定位信息 和时间信息 并把经度 纬度和时间通过屏幕显示出来 该系统主要由 GPS 模块 看门狗 EEPROM 模块 液晶显示模块及键盘组 成 采用以 AT89C51 来控制各模块的设计思想 本文对每个模块逐一进行了研 究 全面详细地论述了硬件电路的设计 对本设计中各模块的工作原理及功能 进行了详细的论述 关键词 GPS 定位系统 单片机 液晶显示屏 2 1 总体设计 在 GPS 系统的硬件设计中采用 AT89C51 单片机作为微处理器 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 高性能 CMOS8 位单片机 片内 4K bytes 可反复擦写的 Flash 只读程序存储器 ROM 和 128 bytes 的随机存取存储器 RAM 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术生产 兼容标 准 MSC 51 指令系统 片内置通用八位中央处理器 CPU 和 Flash 存储单元 7 1 键盘模块 本设计采用的是 4 4 的矩阵式键盘 直接与 AT89C51 的 I O 口进行连接 利用键盘实现数据信息选择性输出的控制 2 液晶显示模块 液晶显示模块要实现的功能是显示由单片机输出的定位信息 包括经度 纬度 高度的三维坐标及时间等 可由单片机选择性的显示某一个数据或同时 显示几个数据 3 GPS 模块 GPS 模块是整个设计中最重要的核心模块 该模块的功能是把内部接受到 的定位数据通过串行通信的方式传递给单片机 由单片机进而对这些数据进行 相应的控制和处理 3 2 显示电路设计 51 系列单片机与液晶模块的接口方式有两种 一种为直接访问方式 一种 为间接控制方式 直接访问方式就是将液晶显示模块作为存储器或 I O 设备对 待 直接挂在单片机总线上 单片机以访问存储器或 I O 设备的方式操作液晶 显示模块 间接控制方式是单片机通过软件模拟液晶工作时序的方法实现与液 晶显示模块的连接 显示器的 DB0 DB7 引脚与单片机的 P1 口的 8 个 I O 口串行连接 进行数 据的传输 RS 引脚接单片机的 P2 0 过其高 电平选择显示数据或指令数据 RW EN 引脚接单片机的 P2 1 P2 2 两引脚同时高电平完成对数据的读取 两引脚同时跌落至低电平数据被写入指令寄存器或数据寄存器 IR DR CS1 CS2 引脚接单片机的 P2 3 P2 4 选择芯片左 右半屏信号 RST 引脚 接单片机的 P2 5 可通过单片机对其发送复位信号 VLCD VEE 引脚分别为 LCD 的驱动电压和驱动负电压 两者用一个 10K 的滑动变阻器连接并一端接地 同时满足两引脚的电压要求 LED LED 引脚为 LED 背光板电源 其中正引 脚接电源 负引脚通过一个三极管 9012 和一个 1K 电阻接到单片机的 P2 6 口 12 由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比 不 仅硬件电路结构简洁 且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶显示模块 而且该模块低功耗 体积小 接口方式灵活 操作简单 满足本设计的要求 因此采用 12864 液晶显示器是一个较好的解决方案 4 3 GPS 模块设计 GPS 模块是整个电路设计的核心 直接决定了传输到单片机上的定位信息 的相关要求 以及定位速度等性能水平 本设计采用的是 JCOM C3 370B GPS 接收模块 C3 370B 是一款韩国 JCOM 出产的内置天线 GPS 接收模块 其定位快速 低耗电 搜星质量上乘 在众多 GPS 接收机中工作稳定 性能较为出众 它的 输出 输入信息具有格式清晰 信息量大 数据结构完整等优点 非常适合于 二次开发 13 各引脚功能如下 1 EN 校准器使能端 上电或低电压时启用 2 0V VCC 时禁用 2 VCC 提供电压 5 0V 3 TXA 串行输出端口 4 RXA 串行输入端口 5 GND 接地 6 BOOT 模块启动端口 VCC 复位时模块启动进入特殊调试模式 单片机 AT89C51 串口 TXD RXD 分别与 C3 370B 的 RXA TXA 进行连 接 用于对 C3 370B 进行设置后 采集 C3 370B 的 GPS 定位和时间信息 14 EN 引脚为校准器使能端 接单片机的 P3 6 通过其选用校准器 上电或低电 压时启用 在 2 0V 到 VCC 之间禁用 BOOT 引脚为模块启动端口 与单片机 的 P3 7 相连 VCC 复位时模块启动进入特殊调试模式 5 4 系统电源设计 本系统中各模块所用芯片的工作电压如表 3 所示 由于本系统中所有芯片 的工作电压都维持在 5V 左右 所以可以采用 5V 的直流电源来供电 模块单片机看门狗及 EEPROM GPS液晶显示 模块 芯片AT89C51X5045C3 370B12864 工作电 压 V 5 02 7 5 53 6 5 53 0 5 5 为了确保系统电路的安全可靠 应提供稳定的电源电压 可考虑增加 DC DC 转换器 这里设计了一个简单的 LM7805 稳压电路 是最常用的线性降 压型 DC DC 转换器 LM7805 是常见的三端稳压集成电路 78 系列的一种 用 78 系列三端稳 压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少 电路内部还有过流 过热及调整 管的保护电路 使用起来可靠 方便 而且价格便宜 该系列集成稳压IC 型号中的 78 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压 由此可见 LM7805 的输出电压恰好为 5V 刚好是 51 系列单片机运行所需的电压 11 LM7805 作为三端稳压集成电路 显而易见 它有三个引脚 分别是输入 端 接地端和输出端 TO 220 的标准封装 当输出电流较大时 应配上散热 板和接地脚相连 当稳压管温度过高时 稳压性能将变差 甚至损坏 6 参考文献 1 HONG Huanfeng LI Chuanwei Adhibition of electrical isolationin electrical controlling circuits J Machine Building microcontroller P LCD display 8 1 Overall Design AT89C51 microcontroller hardware design using the GPS system as a microprocessor AT89C51 ATMEL produced by the US low voltage high performance CMOS8 bit microcontroller on chip 4K bytes of Flash rewritable read only program memory ROM and 128 bytes of random access memory RAM the device uses ATMEL s high density nonvolatile memory technology production compatible with standard MSC 51 instruction set the eight chip general purpose central processing unit CPU and a Flash memory cell 7 Peripheral circuits from the keyboard a watchdog and EEPROM module LCD module GPS module 1 keyboard module This design uses a 4 4 matrix keyboard directly with AT89C51 the I O port for connection Using the keyboard for control data selectively output 2 liquid crystal display module LCD module to achieve the function is to display the location information from the microcontroller output including longitude latitude altitude and other three dimensional coordinates and time SCM can optionally display one or both data display several data 3 GPS module GPS module is the whole design of the most important core module function of the module is to receive an internal positioning data to the microcontroller through serial communication and then the data corresponding to the control and processing by the microcontroller 9 2 Shows The Circuit Design Interface 51 series of LCD module there are two one for direct access method an indirect control Direct access method is to LCD module as a memory or I O devices to treat directly linked to the microcontroller bus the microcontroller to access memory or I O devices manipulate LCD module Indirect control is a single chip analog LCD timing work through software implementation and LCD connected to the module 8 I monitor DB0 DB7 pin microcontroller P1 port O port serial connection for data transmission RS pin is connected to the MCU P2 0 through its high level select display data or instruction data RW EN pin is connected to the MCU P2 1 P2 2 two pins at the same time high reading of the data is completed the two pins simultaneously dropped to the low level data is written to the instruction register or data register IR DR CS1 CS2 pin is connected to the MCU P2 3 P2 4 select chip left right panel signal RST pin is connected to the MCU P2 5 can send its signal through the MCU reset VLCD VEE pins are the LCD drive voltage and drive negative voltage both sliding rheostat a 10K connection and end of the ground while meeting the requirements of both voltage pin LED LED pin LED backlight power supply which Positive pin is connected to the power supply the negative pin through a transistor 9012 and a 1K resistor to the microcontroller ports P2 6 12 Liquid crystal display constituted by the module program with the same type of dot matrix LCD module compared to not only the hardware circuit structure is simple the price and the module is also slightly lower than the same graphic dot matrix LCD module And the module low power consumption small size flexible interface mode simple operation to meet the requirements of the design so a 12864 LCD display is a better solution 10 3 GPS Module Design GPS module is the core of the circuit design directly determines the location information is transmitted to the relevant requirements on the microcontroller positioning speed and performance levels This design uses a JCOM C3 370B GPS receiver module C3 370B JCOM produced in Korea is a built in antenna GPS receiver module positioning fast high power consumption search star quality stable and in many GPS receivers the performance is more superior its output input information has a format clear informative complete data structure etc is very suitable for secondary development 13 Pin function as follows 1 EN calibration enable end when the power or low voltage is enabled 2 0V VCC is disabled 2 VCC providing a voltage 5 0V 3 TXA serial output port 4 RXA serial input port 5 GND Ground 6 BOOT module start port VCC reset module boot into a special debug mode SCM AT89C51 serial TXD RXD respectively C3 370B of RXA TXA connection after C3 370B set for C3 370B acquisition of GPS location and time information 14 EN pin is calibrated enable end then the MCU P3 6 through its selection of the calibrator on power or low voltage enable disable in between 2 0V to VCC BOOT pin module start port and P3 7 microcontroller connected VCC reset module boot into a special debug mode Hardware connection diagram shown in Figure 7 11 4 System Power Supply Design The chips used in the modules of the operating voltage as shown in Table 3 Because of this system all the chip s operating voltage is maintained at about 5V so you can use the 5V DC power supply to power ModuleSCMWatchdog and EEPROM GPSLCD module ChipAT89C51X5045C3 370B12864 Operatin g voltage V 5 02 7 5 53 6 5 53 0 5 5 To ensure safe and reliable system circuit should provide a stable power supply voltage may consider increasing the DC DC converter where the design of a simple LM7805 voltage regulator circuit is the most common linear step down DC DC converter LM7805 is a common three terminal regulator IC 78 series A with 78 series three terminal regulator IC to form the external components required for minimal power supply internal circuit as well as overcurrent overheating protection and adjustment pipe circuit use reliable convenient and cheap The family of integrated voltage regulator IC Part 78 behind the figures represent the three terminal integrated voltage regulator circuit output voltage output voltage shows LM7805 is exactly 5V just the 51 series MCU operating voltage required 11 LM7805 as a three terminal regulator IC it is obvious that it has three pins which are input and output ground TO 220 standard package When the output current is large it should be coupled with the heat radiating plate and ground pin is connected to the regulator when the temperature is too high the regula