基于单片机的简易GPS定位信息显示系统设计)

-基于单片机的简易GPS定位信息显示系统设计系：电子与通信工程系学生姓名：专业课：号码：讲师：2012年10月9日说清楚我提交的基于单片机的简易GPS定位信息显示系统的设计，是我在导师的指导下，参考相关工作，独立分析研究的结果。本文不包括由其他个人发表或撰写的研究成果，但论文中引用的除外。对本文的研究做出重要贡献的个人和团体在本文中做出了明确的解释并表达了他们的感激之情。作者签名：日期：摘要全球定位系统是当今信息时代发展的重要组成部分。由于其性能好、精度高、应用范围广，被广泛应用于陆地、海洋、航空航天等领域。本文提出了一种以单片机为核心控制设备的GPS实时显示系统，以及GPS接收模块和实时显示模块等功能电路。摘要：从硬件设计和软件设计两个方面阐述了MCS-51系列单片机如何与GPS接收模块实现串行通信，结果显示GPS定位信息，并利用Proteus仿真软件对其性能进行仿真和测试。该设计电路简单、成本低、性能好，具有一定的实用价值。关键词：全球定位系统；单片机；串行通信；实时显示模块摘要全球定位系统是当今信息时代全球定位系统发展的重要组成部分。由于其性能好、精度高、应用范围广的特点，被广泛应用于陆地、海洋、航空、航天等领域。本文介绍了一种以单片机为核心控制装置，由GPS接收模块、显示模块等功能电路组成的GPS实时显示系统的设计。摘要：本文从硬件设计和软件设计两个方面，阐述了MCS-51系列单片机与GPS接收模块实现串行通信，结果显示GPS定位信息，并使用Proteus仿真软件。模拟测试的性能。该设计具有电路简单、成本低、性能好的优点，具有一定的实用价值。【关键词】:全球定位系统；微控制器；串行通信；实时显示模块内容一.概述1(一)系统设计背景和意义1(二)系统设计的主要内容1两个全球定位系统定位信息显示系统方案设计1(1)全球定位系统简介1(2)全球定位系统信号接收方案解决方案2(3)全球定位系统接收模块3介绍(4)总体方案的设计3三种硬件电路设计4(一)总体硬件结构图4(二)单片机性能概述5(3)卫星二号星全球定位系统信号接收模块7(4)实时显示模块概述8(5)电路原理图104.软件设计10(a)软件设计理念10(2)程序流程图10(3)模块软件设计11五软件调试和模拟测试14(一)软件调试14(2)模拟测试过程14Vi .摘要16谢谢你17参考文献17附录1电路原理图18附录2模拟电路示意图19附录3源程序20一.概述(一)系统设计背景和意义全球定位系统是全球定位系统的英文缩写。它提供实时全天候和全球导航服务，并用于情报收集、应急通信和其他一些目的。目前，它已经广泛应用于陆地、海洋和空中三大领域。例如，全球定位系统技术在陆地上的应用可以应用于各种车辆驾驶状况的监测。在海洋应用中，全球定位系统技术可用于确定远洋船舶的最佳路线。在航空航天应用中，全球定位系统技术可以应用于民用飞机在运输过程中的自主导航。当前全球定位系统技术中最重要的是如何解决全球定位系统信号能否被准确接收和调制的问题。此外，准确显示当时地点的经度、纬度和时间也直接关系到这项技术是否具有良好的实用价值。今天，有许多基于这种全球定位系统技术和基本功能开发的产品，如全球定位系统手机、全球定位系统导航设备等。GPS技术具有功能强大、扩展性好的优点，但也存在价格高、电路复杂的缺点。本文旨在设计一种基于单片机的简易GPS定位信息显示系统。整个系统结构简单，基本性能齐全，价格低廉，具有一定的实用价值。(2)系统设计的主要内容根据单片机和全球定位系统的理论知识，选择合适的单片机和全球定位系统接收模块，通过全球定位系统接收和提取卫星信息。单片机作为核心部件对提取的信息进行分析和处理，液晶显示器构成显示电路，实时准确显示所需数据。设计完成后，用Proteus软件对其性能进行仿真和测试。2.全球定位系统定位信息显示系统的设计(1)全球定位系统简介全球定位系统是新一代空间卫星导航和定位系统全球定位系统的缩写，由美国于20世纪70年代开发。全球定位系统技术在研究初期的主要目的是收集信息。此外，包括对核武器的实时监测，陆、海、空三大领域的全天候、实时和无泄漏导航服务也是其主要目的之一。目前，全球定位系统技术也广泛应用于应急通信等军事和经济领域。全球定位系统技术作为一个整体是相对复杂的，但它可以从不同的技术领域分为以下三个主要部分：首先是地面控制部分。它主要包括主控站、地面天线、无线电台和通信辅助系统。第二，空间控制部分。目前，全球共有24颗卫星分布在6个不同的轨道平面上，为全球定位系统技术提供了主要的信息获取来源。第三，用户设备部分。这部分主要包括卫星天线和全球定位系统接收器。这三个部分的关系图如图1所示。图1全球定位系统的组成其主要工作原理是地面监测部分计算卫星和全球定位系统接收机(即用户设备部分)信号之间的时间间隔，并利用公式计算用户设备和参考卫星之间的距离。在这个过程中，天空中总共需要3颗以上的卫星来接收信息。然后在三维坐标系中，利用距离计算公式求解观测点的位置坐标。此外，由于来自卫星的时钟信号和来自地面用户设备的时钟信号之间不可避免地存在误差现象，因此也有必要考虑由时间差引起的距离偏差。(2)全球定位系统信号接收方案的关键问题为了在液晶显示器上准确、实时地显示接收到的全球定位系统数据信息，核心问题是如何处理卫星信号与全球定位系统接收芯片之间的数据通信。本设计的难点是如何编写软件程序来接收全球定位系统模块信息。此外，整个外围电路和天线模块应按照核心芯片的设计标准进行设计，以保证在全球定位系统完成接收卫星信息后，能够准确计算观测点的经纬度和高度，并通过定位模块的输出在显示电路模块上显示结果。(3)全球定位系统接收模块介绍GPS接收机是整个系统的关键模块。目前，市场上有多种类型的GPS接收模块，不同类型的接收模块在结构、功能和价格上也有差异。然而，其基本结构通常由天线、前置放大器、变频器、并行信号通道、中央处理器、输入/输出端口、内部存储器等组成。其基本原理图如图2所示。图2全球定位系统接收模块内部结构当全球定位系统接收器捕捉到来自卫星的信号时，它将跟踪信号以确保一系列连续的测距。然后测量信号将被解调并转换成导航信息。在此过程中，还考虑了载波相位的计算和伪距测量的处理。最后，计算定位点的相关坐标信息。在整个过程中，为了保证信息采集的实时性，要求用户通过输入输出接口方便地与GPS接收模块交换信息，即系统应有友好的人机交互界面。(4)总体方案设计根据系统的设计要求，要求实现以单片机为核心控制设备的GPS设备定位信息显示系统。目前，市场上有多种功能不同的单片机。考虑到单片机的功能、通用性、可扩展性和性价比，本次设计将采用通用的MCS-51单片机作为处理器。在GPS信号接收部分，SiRF Star II GPS信号接收模块与MCS-51单片机串行接口相连，实现数据信号输出。通过软件设计，对接收信号进行筛选、计算和输出，获得定位数据信息。最终的计算结果将通过单片机并行接口模块输出，并由液晶显示器组成的显示电路显示。整个全球定位系统定位信息显示系统的硬件结构主要包括以下几个部分：首先是接收模块电路。该系统主要包括一个以SiRF Star II GPS接收模块为核心的GPS接收机，主要负责锁定卫星并输出捕获码的最大相关，然后利用同步技术通过估计伪距和载波相位来计算用户位置、速度和时间等数据信息。第二，控制电路模块。它主要包括由51单片机组成的核心电路，主要负责控制读取和传输全球定位系统数据的过程，对数据进行滤波并发送到显示电路。第三，显示电路部分。它主要包括一个由液晶显示器组成的显示电路，通过与单片机接口的正确连接，实现定位数据的实时显示。第四，电源部分。为整个系统提供电源，保证系统的正常运行。该设计还包括一些外围电路，主要负责接收天线获取卫星信号后，在信号转换、放大、滤波等一系列处理过程中起到相应的辅助作用，并配合主控电路和接收模块锁定、定位、测量和输出显示结果。此外，在由控制电路完成的信息采集、跟踪和计算过程中，无论是卫星导航参数测量、伪距和伪距变化率测量、最终位置信息计算、经纬度转换显示、输入输出端口管理等。必须由软件指令控制。因此，软件设计也是总体规划的重要组成部分。综上所述，本文将详细讨论硬件电路和软件设计。三硬件电路设计(一)总体硬件结构图整体硬件结构框图如图3所示。图3硬件总体结构框图(2)单片机性能概述1.STC89C52引脚功能本次设计选用的单片机型号为STC89C52，由中国深圳鸿景科技有限公司生产。单片机采用40引脚双列直插式封装，采用ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造。STC89C52与工业标准MCS-51指令集和输出引脚直接兼容。STC89C52引脚如图4所示图4 STC89C52引脚图引脚描述如下：1)主电源引脚(2引脚):VCC(Pin40):电源输入端口，通常连接至5V电源；GND(引脚20):地面端口。2)外部晶体振荡器引脚(2个引脚):XTAL1(引脚19):芯片内部振荡电路的输入端口；XTAL2(引脚18):芯片内部振荡电路的输出端口。3)控制销(2个):ALE/PROG(Pin30):用于控制数据锁存许可信号；PSEN(Pin29):用于控制外部存储器的读选通信号；4)程序设计单片机有4组8位可编程输入/输出端口，分别为P0、P1、P2和P3。每个端口有8个引脚，总共32个引脚。每个端口的功能见表1:表1输入输出端口功能综上所述，整个系统的主要功能如表2所示：表2 STC89C52主要功能2.钟脉冲电路时钟电路有内部产生和外部产生两种模式。本设计采用内部时钟电路模式。其中外部定时元件与X1和X2引脚相连，内部振荡器产生自激振荡。外部定时元件由并联的应时晶体和电容器组成，以形成谐振电路。为了确保最佳的定时效果并产生所需的时钟信号，在该电路中，将选择尺寸约为530pF的电容器来产生1.212兆赫的晶体振荡频率，以实现最佳的定时效果。时钟电路如图5所示。图5时钟电路图3.重接电路复位信号从复位引脚输入。整个电路主