基于单片机的GPS定位信息显示系统设计PPT

1、LOGO导师导师：王：王庆龙庆龙基于单片机的基于单片机的GPS定位信定位信息显示系统设计息显示系统设计l班级班级：08级自动化级自动化（1）班班l姓名姓名：王致忠：王致忠l学号学号：0805070058论文结构和主要内容论文结构和主要内容u课题背景及意义课题背景及意义u论文主要内容论文主要内容uGPS定位信息显示系统方案设计定位信息显示系统方案设计u基于单片机的基于单片机的GPS硬件电路设计硬件电路设计u基于单片机的基于单片机的GPS软件设计软件设计u实验结果分析实验结果分析课题的背景及意义课题的背景及意义u1978年年2月月22日第一颗日第一颗GPS试验卫星的入轨运行，试验卫星的入轨运行，开

2、创了以导航卫星为动态已知点的无线电导航定位开创了以导航卫星为动态已知点的无线电导航定位的新时代。的新时代。GPS卫星所发送的导航定位信号，是一卫星所发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的空间信息资源。种可供无数用户共享的空间信息资源。uGPS卫星的入轨运行已经为大地测量学、地球动力卫星的入轨运行已经为大地测量学、地球动力学、地球物理学、天体力学、载人航天学、全球海学、地球物理学、天体力学、载人航天学、全球海洋学和全球气象学提供了一种高精度、全天时、全洋学和全球气象学提供了一种高精度、全天时、全天候的测量新技术。天候的测量新技术。论文主要内容论文主要内容u本次设计的主要任务是在本次设计的主

3、要任务是在GPS和单片机的理论知识和单片机的理论知识基础上，选择适当的单片机提取基础上，选择适当的单片机提取GPS接收接收模块所接模块所接收的数据，最终由液晶显示器显示接收到的数据。收的数据，最终由液晶显示器显示接收到的数据。u在此次设计过程中，主要熟悉所选用的在此次设计过程中，主要熟悉所选用的GPS接收模接收模块的性能指标，学习块的性能指标，学习NMEA封包并懂得如何使用封包并懂得如何使用NMEA输出命令，结合单片机的相关知识实现对输出命令，结合单片机的相关知识实现对GPS接收到的卫星信息进行提取，并在液晶显示器接收到的卫星信息进行提取，并在液晶显示器上选择性的显示需要的数据。上选择性的显示

4、需要的数据。GPS定位信息显示系统方案设计定位信息显示系统方案设计uGPS全球定位系统简介全球定位系统简介uGPS信号接收方案选择信号接收方案选择uGPS接收模块的研究接收模块的研究u总体方案的设计总体方案的设计GPS全球定位系统简介全球定位系统简介 全球定位系统由三部分组成：全球定位系统由三部分组成：u1. 地面控制部分，由主控站地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整负责管理、协调整个地面控制系统的工作个地面控制系统的工作)、地面天线、地面天线(在主控站的在主控站的控制下，向卫星注入寻电文控制下，向卫星注入寻电文)、监测站、监测站(数据自动数据自动收集中心收集中心)和通讯辅助系统和通讯辅助

5、系统(数据传输数据传输)组成。组成。u2. 空间部分，由空间部分，由24颗卫星组成，分布在颗卫星组成，分布在6个轨道个轨道平面上。平面上。u3. 用户装置部分，主要由用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天接收机和卫星天线组成。系统的结构框图如下图所示：线组成。系统的结构框图如下图所示：GPS信号接收方案选择信号接收方案选择u方案一：选择方案一：选择GPS接收芯片然后再根据芯片设计标准，接收芯片然后再根据芯片设计标准，设计外围电路和安装天线等，选择这个方案的优点是可以设计外围电路和安装天线等，选择这个方案的优点是可以掌握到掌握到GPS接收部分的电路设计技术，但是这个方案实接收部分的电路设计技术

6、，但是这个方案实现的难度较大，其次由于现的难度较大，其次由于GPS接收芯片一般都是厂商直接收芯片一般都是厂商直接供货，单独采购价格会很高。接供货，单独采购价格会很高。u方案二：选择成品方案二：选择成品GPS接收模块，这个方案的优点在于接收模块，这个方案的优点在于现阶段现阶段GPS接收模块的制造技术已经相当成熟，性能稳接收模块的制造技术已经相当成熟，性能稳定并且使用方便。并且在经过大规模的商业化生产后价格定并且使用方便。并且在经过大规模的商业化生产后价格已经很低，这些模块在市面上也能够容易的购买到。已经很低，这些模块在市面上也能够容易的购买到。u由此可知，选择由此可知，选择GPS接收模块就能够很

7、好的作为本次设接收模块就能够很好的作为本次设计接收计接收GPS定位信息的解决方案，因此我选择的是第二定位信息的解决方案，因此我选择的是第二种方案。种方案。GPS接收模块的研究接收模块的研究u GPSGPS接收模块是接收机的关键部分，主要由低噪声接收模块是接收机的关键部分，主要由低噪声下变频器、并行信号通道、下变频器、并行信号通道、CPUCPU、储存器等组成。、储存器等组成。u工作原理：工作原理： GPSGPS接收模块接收天线获取的卫星信号接收模块接收天线获取的卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定

8、和测理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量。在获取了卫星的位置信息和测算出卫星信号传量。在获取了卫星的位置信息和测算出卫星信号传播时间之后，即可计算出天线位置。通过输入输出播时间之后，即可计算出天线位置。通过输入输出接口，与接口，与GPSGPS接收模块进行信息交换。接收模块进行信息交换。uGPSGPS接收模块内部结构如下图所示。接收模块内部结构如下图所示。总体方案的设计总体方案的设计u本次设计要求通过单片机控制本次设计要求通过单片机控制GPS器件实现定位显示器件实现定位显示功能。在这里使用功能。在这里使用51单片机作为处理器，利用单片机作为处理器，利用51单片单片机的串行接口接收机的串

9、行接口接收SiRF Star II GPS信号接收模块输信号接收模块输出的数据信号，并通过软件方法筛选出其中有用的定出的数据信号，并通过软件方法筛选出其中有用的定位数据，最后通过单片机的并行接口输出至液晶显示位数据，最后通过单片机的并行接口输出至液晶显示模块显示的方案。模块显示的方案。u该该GPS定位显示系统硬件由以下几部分组成：定位显示系统硬件由以下几部分组成： 1.接收部分：以接收部分：以SiRF Star II GPS信号接收模块为核心信号接收模块为核心的的GPS接收机接收机 ；2.控制电路：由控制电路：由51单片机作为微处理器控制单片机作为微处理器控制GPS信号信号 ；3.显示部分：显

10、示部分：12864LCD液晶显示模块；液晶显示模块； 4.电源电路部分：用以提供系统电源和电源电路部分：用以提供系统电源和LCD背光调节的背光调节的电压输出。电压输出。 GPSGPS接收模块将接收到的接收模块将接收到的GPSGPS卫星导航电文调制卫星导航电文调制解码，转换为标准格式后，送给单片机，当单解码，转换为标准格式后，送给单片机，当单片机接收到片机接收到GPSGPS发送过来的导航电文后，经过发送过来的导航电文后，经过片内程序的识别筛选，将筛选出来的导航电文片内程序的识别筛选，将筛选出来的导航电文送到显示模块，并且最后通过液晶显示器按照送到显示模块，并且最后通过液晶显示器按照要求显示出来。

11、要求显示出来。基于单片机的基于单片机的GPS硬件电路设计硬件电路设计 基于单片机的基于单片机的GPS定位信息显示系统硬件电路设计定位信息显示系统硬件电路设计主要由主要由GPS信号接收部分信号接收部分（SiRF Star II GPS信号接信号接收模块）、控制芯片（收模块）、控制芯片（STC89C52单片机）、显示部单片机）、显示部分（分（12864LCD液晶显示模块）这几部分构成。结构液晶显示模块）这几部分构成。结构框图如下图所示。框图如下图所示。硬件电路简介硬件电路简介STC89C52简介：简介：STC89C52是一个低电压，高性能是一个低电压，高性能CMOS 8 位单片机位单片机，采用，采

12、用40引脚双列直插封装方式。引脚图如下图引脚双列直插封装方式。引脚图如下图所示。所示。引脚说明：引脚说明：主电源引脚（主电源引脚（2根）：根）：VCC(Pin40) )：电源输入，接：电源输入，接5V电源；电源；GND(Pin20)：接地线。：接地线。外接晶振引脚（外接晶振引脚（2根）：根）：XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端；：片内振荡电路的输入端；XTAL2(Pin18)：片内振荡电路的输出端。：片内振荡电路的输出端。控制引脚（控制引脚（4根）：根）：RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现：复位引脚，引脚上出现2个机器周个机器周期的高电平将使单片机复位；期的高电平将使

13、单片机复位；ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号；：地址锁存允许信号；PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号；：外部存储器读选通信号； EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。存储器读指令。可编程输入可编程输入/输出引脚（输出引脚（32根）：根）：STC89C52单片机有单片机有4组组8位的可编程位的可编程I/O口，分别为口，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有口，每个口有8根引脚，共根引脚，共32根。根。P0

14、口（口（Pin39Pin32）：）：8位双向位双向I/O口线，名称为口线，名称为P0.0P0.7；P1口（口（Pin1Pin8）：）：8位准双向位准双向I/O口线，名称为口线，名称为P1.0P1.7；P2口（口（Pin21Pin28）：）：8位准双向位准双向I/O口线，名称为口线，名称为P2.0P2.7；P3口（口（Pin10Pin17）：）：8位准双向位准双向I/O口线，名称为口线，名称为P3.0P3.7SiRF Star II GPS信号接收模块信号接收模块GPS信号接收模块所选用的是信号接收模块所选用的是SiRF Star II GPS接收模接收模块块, ,主要使用到的引脚图和实物图如图

15、所示。该模块具有主要使用到的引脚图和实物图如图所示。该模块具有12通道并行接收能力，所接收的通道并行接收能力，所接收的GPS信号属于民用频段的信号属于民用频段的L1信号（信号（1575.42MHz），在没有），在没有SA干扰的情况下平干扰的情况下平均定位误差为均定位误差为10米，动态速度误差为米，动态速度误差为0.1米米/秒，信号灵秒，信号灵敏度达到敏度达到142dBm，冷启动定位时间为，冷启动定位时间为42秒，热启动秒，热启动时间为时间为38秒，重新定位时间仅仅需要秒，重新定位时间仅仅需要8秒。秒。12864液晶显示模块液晶显示模块12864液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置液晶显示模块，

16、可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字、个中文汉字、128 个字符及个字符及64X256 点阵显点阵显示示RAM。12864液晶显示模块引脚如图所示。液晶显示模块引脚如图所示。主要技术参数和显示特性：主要技术参数和显示特性：u电源：电源：VDD 3.3V5V； u显示内容：显示内容：128 列列 64 行；行； u显示颜色：黄绿；显示颜色：黄绿； u配置配置LED 背光；背光； u多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等；式等；u逻辑工作电压逻辑工作电压(VDD)：4.55.5V； u电源地电源地(GND)：0V； u工作温

17、度：工作温度：060(常温常温) / -2075（宽温）。（宽温）。引脚说明：引脚说明：基于单片机的基于单片机的GPS硬件连接图硬件连接图基于单片机的基于单片机的GPS软件设计软件设计NMEA-0183数据格式：数据格式：这种格式所输出的语句采用的是这种格式所输出的语句采用的是ASCII字符码，包含了纬度字符码，包含了纬度、经度、速度、日期、时间、航向、以及卫星信号情况等信、经度、速度、日期、时间、航向、以及卫星信号情况等信息。其串行通信默认参数为：波特率息。其串行通信默认参数为：波特率=9600bps，数据位，数据位=8bit，开始位，开始位=1bit，停止位，停止位=1bit，无奇偶校验。

18、，无奇偶校验。本设计所使用的语句：本设计所使用的语句：推荐最小推荐最小GPS/TRANSIT数据（数据（GPRMC），其结构为：），其结构为：u$GPRMC,，*hhu其中其中“GP”为交谈识别符；为交谈识别符；“RMC”为语句识别符；为语句识别符；“hh”为校验和，其代表了为校验和，其代表了“$”与与“*”之间所有字符的之间所有字符的按位异或值。按位异或值。$GPRMC语句数据区的内容为：语句数据区的内容为：u 定位点的协调世界时间（定位点的协调世界时间（UTC），），hhmmss（时分秒（时分秒）格式；）格式；u 定位状态，定位状态，A有效定位，有效定位，V无效定位；无效定位；u 定位点纬

19、度，定位点纬度，ddmm.mmmm（度分）格式；（度分）格式；u 纬度半球，纬度半球，N（北半球）或（北半球）或S（南半球）；（南半球）；u 定位点经度，定位点经度，dddmm.mmmm（度分）格式（度分）格式;u 经度半球，经度半球，E（东经）或（东经）或W（西经）；（西经）；u 地面速率，地面速率，000.0999.9节；节；u 地面航向，地面航向，000.0359.9度；度；u UTC日期，日期，ddmmyy（日月年）格式；（日月年）格式；u 磁偏角，磁偏角，000.0180度；度；u 磁偏角方向，磁偏角方向，E（东）或（东）或W（西）；（西）；u 工作模式：工作模式：A=自主，自主，D

20、=差分，差分，E=评估，评估，N=数据数据无效。无效。 基于单片机的基于单片机的GPS软件开发环境软件开发环境Keil uVision2本次设计所采用的软件是本次设计所采用的软件是Keil uVision2基于单片机的基于单片机的GPS软件设计思路软件设计思路该软件分为了液晶模块初始化模块，数据接收模块该软件分为了液晶模块初始化模块，数据接收模块，单片机模块这三个主要模块。其程序流程图如图，单片机模块这三个主要模块。其程序流程图如图所示：所示：系统调试与实验结果系统调试与实验结果硬件调试：硬件调试：u检查所设计的硬件电路板所有的器件和引脚是否检查所设计的硬件电路板所有的器件和引脚是否正确。正确

21、。u将仿真插头插入单片机插座进行调试，检查各接将仿真插头插入单片机插座进行调试，检查各接口是否满足设计的要求。口是否满足设计的要求。u将写入程序的单片机插入硬件电路单片机管座，将写入程序的单片机插入硬件电路单片机管座，查看液晶显示器查看液晶显示器12864显示结果是否符合设计要求显示结果是否符合设计要求。u将程序代码经过将程序代码经过Keil软件仿真生成的（软件仿真生成的（.hex）文）文件，用编程器将生成的文件导入单片机件，用编程器将生成的文件导入单片机STC89C52中。中。软件调试：软件调试：u检查检查12864液晶显示模块程序，观察在液晶显示液晶显示模块程序，观察在液晶显示器上是否能够

22、显示相应的字符。器上是否能够显示相应的字符。u检查显示模块程序。检查显示模块程序。u检查检查GPS模块程序，通过观察模块程序，通过观察12864液晶显示液晶显示情况理解情况理解GPS信息接收状况。信息接收状况。u通过通过GPS模块程序和模块程序和12864液晶显示模块程序液晶显示模块程序的结合，观看的结合，观看12864液晶显示器上的液晶显示器上的GPS显示显示信息。信息。实验结果：实验结果： 经过软件部分和硬件部分的调试，最后实现了经过软件部分和硬件部分的调试，最后实现了其功能。其功能。GPS初始化如图所示。初始化如图所示。时间、经纬度显示结果如下图所示。时间、经纬度显示结果如下图所示。实验

23、结果分析实验结果分析:上图所示的实验结果所处位置是在合肥学院竹苑上图所示的实验结果所处位置是在合肥学院竹苑A座座419寝室寝室测试的结果。谷歌地图显示这个位置的经纬度如图下所示。测试的结果。谷歌地图显示这个位置的经纬度如图下所示。uGPS定位显示系统设计所测量出来的结果中，时间是定位显示系统设计所测量出来的结果中，时间是很精确的，但是经纬度有所差异，根据我的装置显示很精确的，但是经纬度有所差异，根据我的装置显示的结果是北纬的结果是北纬31度度45分分15秒，东经秒，东经117度度14分分51秒。谷歌地图上显示的结果是北纬秒。谷歌地图上显示的结果是北纬31.7505度，东经度，东经117.253

24、0度。经过单位换算可知，谷歌地图显示的度。经过单位换算可知，谷歌地图显示的结果是北纬结果是北纬31度度45分分18秒，东经秒，东经117度度15分分10秒秒。u由于我所选用的由于我所选用的GPS接收模块的版本比较低，而且在接收模块的版本比较低，而且在实验过程中有其他因素干扰，比如天气方面的影响，实验过程中有其他因素干扰，比如天气方面的影响，以及在谷歌地图上点选的位置有误差，最终使得我所以及在谷歌地图上点选的位置有误差，最终使得我所测量的结果与谷歌地图之间有些许误差，但是误差是测量的结果与谷歌地图之间有些许误差，但是误差是能够被接受的，因此，本次试验结果是可靠的，有效能够被接受的，因此，本次试验结果是