基于单片机的GPS接收机毕业设计方案

基于51单片机GPS接收机摘要全球定位系统(GPS)是由美国国防部开发一个优异无线电导航系统。该系统能够全天候、全方位为海陆空用户提供连续、高精度三维坐标、三维速度和时间等信息。它所含有很多优点是其它导航设备所无法比拟地。现在，GPS接收机作为一个优异导航和定位仪器，已在军事及民用领域得到广泛应用。本设计具体介绍了一个成本低又能满足性能使用要求经济型GPS接收机设计方案。此方案基于单片机、GPS模块和1602液晶显示器等硬件,并应用C语言实现了GPS信号提取、显示及基础键盘控制操作等。经过实践测试,这种接收机能够达成基础GPS信息接收和显示，能够做到体积小、精度高、连续导航，并可广泛应用于个人野外旅游探险、出租汽车定位及海上作业等领域。关键词：GPS，单片机，接收机，GR-87，LCDDesignofGPSReceiverBasedon51singlechipcomputerABSTRACTGlobalPositioningSystem(GPS)isthemostadvancedradionavigationsystemwhichwasdevelopedbytheU.SDepartmentofDefence.Thesystemcanbeusedunderanyweatherconditions,alldaylongandanywhereontheearth.Itcanprovideland,marineandairborneuserwithcontinuous,highlyaccuratethree-dimensionposition,velocity,timedataetc.Ithasvariousadvantagesthatareunexampledotherkindofnavigationequipment.NowGPSreceivers,asatypeofadvancedequipmentonnavigationandpositioning,havebeenwidelyusedinbothmilitaryandcivilfield.Thisdesignintroducedindetailonekindoflow-costeconomyGPSreceiver'sdesignproposalwhichcansatisfytheperformanceoperationrequirements.Thisplanisbasedonsinglechipcomputer、GPSand1602liquidcrystaldisplaymonitors,andhasrealizedtheGPSsignalextraction,thedemonstrationandthebasickeyboardcontroloperationandsoonusingtheClanguage.Bypracticalmeasurement,thereceivercanachieveGPSinformationreceiveanddisplay.Ithassmallsizeandlowcost,canbeusedinwildadventuretourism,taxipositioningandoperationsatsea.KEYWORDS:GPS，singlechipcomputer，receiver，GR-87，LCD目录前言 3第1章GPS系统介绍及设计方案选择 51.1GPS系统介绍 51.1.1GPS由来及发展 51.1.2GPS定位基础原理 51.1.3GPS接收机定位步骤 61.1.4任务描述 61.2设计方案选择 61.2.1方案一 71.2.2方案二 7第2章系统硬件设计 82.1单片机 82.2GPS模块 92.2.1概述 92.2.2关键技术参数 92.2.3管脚介绍 92.3显示部分 102.4电源部分 112.5晶体振荡器 112.6键盘部分 12第3章系统相关协议介绍 133.1GR-87协议 133.1.1协议介绍 133.1.2数据格式 133.2串行通信 143.2.1异步通信特点 143.2.2异步通信协议 143.2.3中止 153.3液晶显示协议 193.3.1基础操作时序 193.3.2显示和控制命令 19第4章系统软件设计 214.1系统软件概述 214.2软件程序编写 224.2.1初始化模块 224.2.2数据处理模块 224.2.3人机对话模块 264.3代码实现 28结论 30谢辞 31参考文件 32外文资料翻译 34前言GPS主系统是美国发射运行卫星系统，包含了27颗能连续发送地理位置海拔高度和时间信号卫星，24个正常使用，3个备用，这些卫星平均分布运行在六个轨道上。通常来说，在地面上GPS接收器能接收5～12个卫星信号，而为了取得地面上定位坐标，GPS导航最少需要4个卫星信号，三个用来确定GPS接收器纬度、经度和海拔高度，第四个则提供同时校正时间[1]。全球定位系统由三部分组成：太空卫星部份：由24颗绕极使用卫星所组成，分成六个轨道，运行于约0公里高空，绕行地球一周约12小时。每个卫星均连续着发射载有卫星轨道数据立即间无线电波，提供地球上多种接收机来应用。地面管制部份：这是为了追踪及控制上述卫星运转，所设置地面管制站，关键工作为负责修正和维护每个卫星能保持正常运转各项参数数据，以确保每个卫星全部能提供正确讯息给使用者接收机来接收。使用者接收机：追踪全部GPS卫星，并实时地计算出接收机所在位置坐标、移动速度立即间，多种蓝牙GPS即属于此部份。我们通常所说GPS,就是第3部分。它能够实时提供全天候、全球性三维定位、测速和授时功效卫星系统,含有测量精度高、速度快、用户数量不限、抗干扰能力强等一系列优点,除了可用于军事领域外,还能够广泛用于工农业生产、交通运输、野外探险等领域。自20世纪90年代GPS系统向全世界无偿开放以来,GPS系统已广泛应用在导航、大地测量、正确授时、线路巡检及车辆防盗等领域。接收机是取得GPS系统服务关键设备,现在已经有从手持式到台式数百种型号接收机可供用户选择。通用接收机功效齐全,除了信号接收单元外,往往还配置有显示单元和人机对话设备。这首先为用户提供了极大方便但GPS定位接收机价格比较昂贵而且使用灵活性低,难以满足特定条件下应用需求,造成了资金浪费。所以,众多用户期望根据自己使用环境和性能要求设计和使用个性化GPS定位接收机。本文首先介绍了GPS系统由来及其发展、基础概念、GPS接收机工作原理及接收机定位步骤。然后对单片机及其串口通信、GR-87及其NMEA-0183语句数据格、液晶显示器进行了具体叙述。而且设置了所需外围电路。接着具体地介绍了该GPS接收机软件设计过程。经过C语言实现了GPS信号提取、显示及基础键盘控制操作等。经过实践测试,这种接收机能够达成基础GPS信息接收和显示，能够做到方便灵活、优质价廉、精度高、连续导航、抗干扰能力强，并可广泛应用于个人野外旅游探险、出租汽车定位及海上作业等领域。第1章GPS系统介绍及设计方案选择1.1GPS系统介绍1.1.1GPS由来及发展导航卫星定时测距全球定位系统(NavigationSatelliteTimingandRangingGlobalPositionSystemGPS)是美国第二代卫星导航系统。它在1973年底由美国陆海空三军等单位协调分工提出能替换旧式导航设备,为军用舰船、飞机车辆等用户提供全球全天候、连续实时服务高精度三维导航系统。系统由空间部分、地面监控部分和地面接收机部分组成。定位服务包含精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。PPS授权精密定位系统用户需要密码设备和特殊接收机。SPS对于一般民用用户,供全世界用户无偿、无限制地使用[2]。因为GPS含有全球覆盖和精度高、定位速度快、实时性好、抗干扰能力强等特点,多年来在中国外得到广泛应用,在各个领域发挥了极大作用,已成为信时代不可缺乏一部分。多种GPS民用产品开发,已是经济和社会发展肯定要求,其前景将会很宽广和光明,尤其是在中国,经过这些年来对它认识不停加深,中国GPS开发应用也一定会以科技力量推进经济和社会发展一颗巨星,对中国经济和社会发展产生重大影响。1.1.2GPS定位基础原理GPS定位技术基础原理是采取测量学中通用测距交会方法．GPS接收机在某一时刻接收到4颗以上GPS卫星信号导航电文,经过变频、放大、滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星号跟踪、锁定、测量,从而产生计算位置数据信息(包含:纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星情况等),经由I/O口输出串行数据．1.1.3GPS接收机定位步骤1．搜索可用卫星，接收卫星信号，和卫星信号同时，提取导航电文信息；2．从导航电文中获取计算位置所需信息，这些信息应该包含时钟信息和星历等数据；3．计算卫星正确位置，这包含计算卫星高度和方位角，从而进行必需对流层校正；4．计算伪距，并进行电离层校正等；5．反复上述过程，对全部可用卫星进行对应计算；6．进行其它必需校正，比如依据卫星信号抵达GPS接收机时间，校正地球旋转所造成卫星位置偏差；7．依据定位原理，计算出GPS接收机初始位置，并将其转换成所需坐标格式进行显示或输出；8．加入闰秒和UTC（标准世界时）时间赔偿计算目前正确时间；9．分析可用卫星信息，计算最好DOP(DilutionofPrecision)，进行选星，并计算和修正GPS接收机位置，给出GPS接收机三维坐标和正确时间信息。1.1.4任务描述我们针对全球定位系统GPS，自行研制了一套GPS接收机，含有接收、处理、显示信息能力并能进行键盘操作。本设计着重对NMEA-0183语句数据格式、单片机串行通信、液晶显示格式进行了具体叙述,同时给出了硬件电路和软件设计。工作要求：正确地进行定位，显示出纬度、经度、速度、时间、方位角、天空中卫星总数和使用卫星数。经过按键能够进行复位和页面切换功效。1.2设计方案选择1.2.1方案一系统由GPS-OEM板、电平转换电路(MAX232)、控制电路(8051单片机)、显示部分(SED1335彩色液晶显示器)组成。但在和单片机进行串行通信时因为电平不一样，必需附加电平转换电路(MAX232)而且价格比较昂贵。单片机采取8051功效全方面，但其内部ROM通常是掩膜ROM，不可更新改写。SED1335彩色液晶显示器其有效显示点阵为320×240,显示颜色为4色，但依据我们设计要求，单色显示完全能够。故不采取。1.2.2方案二系统由GPS模块(GR-87)、控制电路(89C51单片机)、显示部分(SMC1602液晶显示器)组成。HOLUXGR-87是一个高性能，低功耗，小型而且很轻易联合GPS模块。该芯片每次将跟踪12枚卫星，应用广泛。而且不用附加电平转换电路，能够直接和单片机进行串行通信。单片机采取89C51，其功效完全能够满足设计要求，而且相对于8051，其内部ROM是FLASH-ROM，可数次更新改写，价格也廉价。1602字符型液晶模块是一个用5x7位图形来显示字符单色液晶显示器，显示2行16个字，能够满足设计要求而且经济实惠。能够看出方案二愈加实用，依据现实生活需要,设计采取此方案。第2章系统硬件设计课题要求研制GPS接收机要含有接收、处理、显示信息、键盘操作，硬件上必需有对应接收处理部分、显示部分和配置输入部分。同时需要处理器实现各部分功效联结。因为单片机集成度高，系统结构简单，价格低廉，同时技术成熟，处理器部分使用单片机实现。本课题设计硬件系统关键由：单片机、GPS模块、显示部分等组成。图2-1所表示:图2-1系统框图2.1单片机硬件关键控制任务是由单片机来完成，单片机采取使硬件电路设计大大简化，而性能愈加可靠。现在，可采取微处理器有很多个，如:MCS-51、Me6sol、280、eopsoo、等8位单片机，即使16位单片机在1982年已经问世，但其发展并不象大家想象那样快，尽管在一些性能指标方面超出了8位单片机，但从性能价格比及开发周期等综合效益上不如8位单片机，所以应用并不普及。在此次设计中，采取MCS-51系列单片机，即使信号处理和计算功效相对差些，但其结构简单、体积小、性价比高、可靠性高、功耗小及应用范围广，适合于小型化作业。所以，笔者选择了AT89C51单片机作为微控制器。它含有全双工异步通信口,可和GR-87接口进行数据读取,处理和输出。GPS信号接收和处理部分和单片机进行串口通信时,因为全部采取TTL电平,故二者之间不需进行电平转换就可直接通信。2.2GPS模块2.2.1概述依据设计需要，GPS模块选择GR-87。HOLUXGR-87是一个高性能，低功耗，小型而且很轻易联合GPS模块，它每次将跟踪12枚卫星，应用广泛。当GR-87系统最初自检完成后，它开始处理卫星所取得数并自动跟踪。在正常情况下，它需要大约45秒达成位置进行定位，但假如ephemeris数据知道，只用38秒即可。在被计算了以后，正当位置、速度和时间等信息被传送到输出通道，经过串口传送到单片机设备。GR-87利用最初数据，比如前被存放位置、日期和卫星轨道数据，完成最大获取。2.2.2关键技术参数1．输入电压：3.3-5.5VDC输入。输入电流；少于80mA(没有天线)；2．RF接口：天线连接器类型：MMCX，2.8VDC产品(任意产品VCC_IN)；3．极小信号跟踪：-159dBm；4．连续端口：二个全双工串行通信CMOS3V接口，可选择波特速率(4800默认，9600，19200，38400)本设计选择4800；NMEA0183版本2.2ASCII输出(GGA，GSA，GSV，RMC(VTG，任意GLL和ZDA))；DGPS协议RTCMSC-104消息类型1，2和9；SiRF二进制位置，速度，高度，状态输出。2.2.3管脚介绍表2-1管脚管脚管脚名称功效描述1VCC-5V+3.5~5.5Vdc电量输入2TXA串行数据输出端口A（CMOS3V：Voh2.4VVol0.4VIoh=Iol=2mA）3RXA串行数据输入端A(CMOS3V：

Vih≧0.7*VCCVil≦0.3*VCC)4RXB串行数据输入端B(CMOS3V：

Vih≧0.7*VCCVil≦0.3*VCC)5GND接地6时钟/复位时钟：1PPS时钟信号输出(Vil≦0.2V脉冲

宽度10ms)。

复位：复位输入2.3显示部分液晶显示LCD（LiquidCrystalDisplay），是利用液晶材料在电场作用下发生位置改变，而遮蔽/通透光线性能制作成为一个关键平板显示器件。通常使用LCD器件有TN型（TwistNematic，扭曲向列型液晶）、STN型（SuperTN，超扭曲向列型液晶）和TFT型（ThinFilmTransistor，薄膜晶体管型液晶）。TN、STN、TFT型液晶，性能依次增强，制作成本也随之增加。TN和STN型常见作单色LCD。STN型能够设计成单色多级灰度LCD和伪彩色LCD，TFT型常见作真彩色LCD。采取LCM液晶显示模块作为人机交互界面。液晶显示模块是一个将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起组件。字符型液晶显示模块现在在国际上已经规范化，不管显示器规格怎样改变，其电特征和接口形式全部是统一。从性价比等方面考虑，这里选择长沙太阳人电子生产字符型液晶显示模块SMC1602，它是一个用5x7位图形来显示字符液晶显示器，依据显示容量能够分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等。本设计以常见2行16个字1602液晶屏来组成整个系统显示模块。SMC1602采取标准16脚接口，具体定义以下:表2-216脚接口引线号符号名称功能1Vss接地0V2VDD电路电源5V±10%3VL液晶显示偏压信号调整对比度4RS寄存器选择信号H:数据寄存器L:指令寄存器5R/W读/写信号H:读L:写6E片选信号下降沿触发,锁存数据7|14DB0|DB7数据线数据传输15BLA背光源正极提供背光16BLK背光源负极提供背光关键技术参数：表2-3技术参数显示容量16×2个字符芯片工作电压4.5—5.5V工作电流2.0mA(5.0V)模块最好工作电压5.0V字符尺寸2.95×4.35(WXH)mm2.4电源部分本电路使用集成稳压芯片7805，它能够把频率为50Hz、有效值为220V单相交流电压转换为幅值稳定5V直流电压。其关键原理是把单相交流经过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳定直流电压。2.5晶体振荡器石英晶体振荡器是高精度和高稳定度振荡器，被广泛应用于单片机、计算机、遥控器等各类振荡电路中，和通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。图2-2所表示。图2-2石英晶体振荡器2.6键盘部分切换按键由单片机P2.0控制，接上拉电阻，未按时P2.0为高电平。切换键盘输入信息过程是：首先，单片机判定是否有键按下；然后，单片机把该键代表信息转换成对应代码,图2-3所表示。复位按键由单片机RST控制,图2-2所表示。图2-3页面切换按键第3章系统相关协议介绍3.1GR-87协议3.1.1协议介绍GR-87接口协议是以美国国家海洋电子协会（NMEA-TheNationalMarineElectronicsAssociation）制订NMEA-01832.0版协议为依据。NMEA-0183数据格式设置为1个起始位,8个数据位,1个停止位,无奇偶校验,波特率默认为4800。NMEA-0183输出数据为ASCII码,常见语句包含GPGGA、GPGLL、GPGSA、GPRMC等,其内容关键有经度、纬度、高度、速度、时间等[4]。3.1.2数据格式依据所需数据需要,只选择GPGGA、GPGSV、GPRMC语句。1．$GPGAA——GPS定位信息

例：$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,0000*1F它起始引导符及语句格式说明(只列出了系统关心部分参数)：字段2：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段3：纬度N（北纬）或S（南纬）字段4：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段5：经度E（东经）或W（西经）字段6：GPS状态，0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，3=无效PPS，6=正在估算字段7：正在使用卫星数量（00-12）（前导位数不足则补0）字段9：海拔高度（-9999.9-99999.9）2．GPGSV——可见卫星信息

例：$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,,13,32,252,45*70它起始引导符及语句格式说明(只列出了系统关心部分参数)：字段3：目前可见卫星总数（00-12）（前导位数不足则补0）3．$GPRMC——推荐定位信息例：$GPRMC,024813.640,A,3158.4608,N,11848.3737,E,10.05,324.27,150706,,,A*50它起始引导符及语句格式说明(只列出了系统关心部分参数)：字段1：UTC时间，hhmmss.sss格式字段7：速度，节，Knots或Km/h字段8：方位角，度3.2串行通信串行通信指数据是一位一位按次序传送通信方法。同时和异步全部属于串行数据传送方法。因为本设计只包含异步通信，所以关键介绍异步通信（以AT89C51为例）。3.2.1异步通信特点一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，而且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束,字符之间没有固定时间间隔要求。每一个字符前面全部有一位起始位（低电平，逻辑值），字符本身由5-8位数据位组成（本设计中为8位，要求低位在前，高位在后），接着字符后面是一位校验位（本设计中无校验位），最终是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定长空闲位（可有可无）。停止位和空闲位全部要求为高电平（逻辑值１），这么就确保起始位开始处一定有一个下跳沿。3.2.2异步通信协议1．起始位通信上没有数据被传送时，处于逻辑1状态。当发送设备要发送一个字符数据时，首先发出一个逻辑0信号，这个逻辑低电平就是起始位。起始位经过通信线传向接收设备，接收设备检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收数据位信号。起始位所起作用就是设备同时，通信双方必需在传送数据位前协调同时。2．数据位当接收设备收到起始位后，紧接着就会接收数据位。89C51采取是9或8位数据传送，这些数据被接收到移位寄存器中，组成传送数据字符。在传送过程中，数据位从最低有效位开始发送，依次次序在接收设备中被转换为并行数据。3．停止位停止位是一个字符数据结束标志，能够是1位、1.5位或2位高电平。接收设备收到停止位后，通信线路上便又恢复逻辑1状态，直至下一个字符数据起始位到来。4．波特率通信线上传送全部位信号全部保持一致信号连续时间，每一位信号连续时间全部由数据传送速度确定，这个传送速度即波特率。波特率设置方法见.3中止中止系统简单实用，其基础特点是：有5个固定可屏蔽中止源，3个在片内，2个在片外，它们在程序存放器中各有固定中止入口地址，由此进入中止服务程序；5个中止源有两级中止优先级，可形成中止嵌套。中止系统结构：5个中止源符号、名称及产生条件以下：INT0：外部中止0，由P3．2端口线引入，低电平或下跳沿引发。INT1：外部中止1，由P3．3端口线引入，低电平或下跳沿引发。T0：定时器／计数器0中止，由T0计满回零引发。T1：定时器／计数器l中止，由T1计满回零引发。TI／RI：串行I／O中止，串行端口完成一帧字符发送／接收后引发。依据需要，本设计只应用了TI/RI一个中止源。串行中止有发送(TI)和接收(R1)区分；其打开是否，受中止本身许可位和全局许可位控制。89C51有4个用于中止控制寄存器IE、IP、TCON（用6位）、SCON（用2位）。下面分别对它们进行介绍：中止许可寄存器—IE：表3-1中止许可寄存器EAESET1EX1ET0EX0EA：全局中止许可位。EA＝0，关闭全部中止；EA＝1，打开全局中止控制，在此条件下，由各个中止控制位确定对应中止打开或关闭。ES：串行I／O中止许可位。ES＝1，打开串行I／O中止；ES＝0，关闭串行I／O中止。中止优先寄存器—IP：因为本设计只应用一个中止源，不用优先级设置，在此不予介绍。T0/T1中止控制寄存器—TCON：表3-2中止控制寄存器TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0除了TR1和TR0，其它6个用于中止控制，因为本设计中未使用定时器做中止，在此不予具体介绍。因为在设计中使用定时器来设置串行通信波特率，在此对定时器给予介绍：以上TR1和TR0用于定时器开启；TMOD则用于控制订时器工作模式，如3-3表所表示：表3-3定时器控制寄存器GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0由表可见，TMOD高4位用于T1，低4使用于T0，4种符号含义以下：GATE：门控制位。GATE和软件控制位TR、外部引脚信号INT状态,共同控制订时器／计数器打开或关闭。C／T：定时器／计数器选择位。C/T＝1，为计数器方法；C／T＝0，为定时器方法。当定时器/计数器为定时工作方法时，计数器加1信号由振荡器12分频信号产生，即每过一个机器周期，计数器加1，直至计满溢出为止。显然，定时器定时时间和系统振荡频率相关。因一个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率f=1/12fosc。假如晶振为12MHz，则计数周期为：T=1/（12×106）Hz×1/12=1μs；当定时器/计数器为计数工作方法时，经过引脚T0和T1对外部信号计数，外部脉冲下降沿将触发计数。计数器在每个机器周期S5P2期间采样引脚输入电平。若一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。以后机器周期S3P1期间，新计数值装入计数器。所以检测一个由1至0跳变需要两个机器周期，故外部事年最高计数频率为振荡频率1/24。比如，假如选择12MHz晶振，则最高计数频率为0.5MHz。即使对外部输入信号占空比无特殊要求，但为了确保某给定电平在改变前最少被采样一次，外部计数脉冲高电平和低电平保持时间均需在一个机器周期以上[5]。M1M0：工作方法选择位，定时器／计数器4种工作方法由M1M0设定。如表3-4所表示：表3-4工作方法选择M1M0工作方法功效描述00工作方法013位计数器01工作方法116位计数器10工作方法2自动再装入8位计数器11工作方法3定时器0：分成两个8位计数器；

定时器1：停止计数定时器/计数器方法控制寄存器TMOD不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置定时器工作方法，低半字节定义为定时器0，高半字节定义为定时器1。复位时，TMOD全部位均为0。串行中止单片机串行接口是一个可编程全双工串行通信接口。它可用作异步通信方法（UART），和串行传送信息外部设备相连接。经过管脚RXD（P3.0，串行数据接收端）和管脚TXD（P3.1，串行数据发送端）和外界通信。SBUF是串行口缓冲寄存器，包含发送寄存器和接收寄存器。它们有相同名字和地址空间，但不会出现冲突，因为它们两个一个只能被CPU读出数据，一个只能被CPU写入数据。串行口控制和状态寄存器为SCON和PCON。1．SCON用于定义串行口工作方法及实施中止接收和发送控制。字节地址为98H，其各位定义如表3-5所表示：表3-5串行控制寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1：串行口工作方法选择位，其定义如表3-6所表示：表3-6串行口工作方法选择SM0、SM1工作方法功效描述波特率00方法08位移位寄存器Fosc/1201方法110位UART可变10方法211位UARTFosc/或fosc/3211方法311位UART可变其中fosc为晶体震荡器频率。依据NMEA-0183数据格式及设计要求，选择工作方法1REN：接收许可控制位。由软件置位以许可接收，又由软件清0来严禁接收。TI：发送中止标志。在方法0中，第8位发送结束时，由硬件置位。在其它方法发送停止位前，由硬件置位。TI置位既表示一帧信息发送结束，同时也是申请中止，可依据需要，用软件查询措施取得数据已发送完成信息，或用中止方法来发送下一个数据。TI必需用软件清0。RI：接收中止标志位。在方法0，当接收完第8位数据后，由硬件置位。在其它方法中，在接收到停止位中间时刻由硬件置位（例外情况见于SM2说明）。RI置位表示一帧数据接收完成，可用查询措施获知或用中止措施获知。RI也必需用软件清0。以上只列出了本设计所关心说明。2．PCON是为了在单片机上实现电源控制而附加。其中最高位是SMOD。SMOD=1时，方法1、方法2和方法3波特率加倍。本设计SMOD设置为0。波特率设置：波特率，即数据传送速率，表示每秒传送二进制代码位数，它单位是b/s。异步通信传送速率为50—19200b/s.因为本设计选择工作方法1，这里只介绍方法1波特率设置规则。单片机工作方法1通常选择定时器T1作为波特率发生器。当T1作为波特率发生器时，通常选择定时器模式2（能够自动重装初值定时器），比较实用。应设置定时器T1为定时方法（C/T=0），让T1计数内部脉冲，即计数率为fosc/12。先设定TH1和TL1定时计数初值为X，那么每过（256-X）个机器周期，定时器就会产生一次溢出。所以，T1溢出率=T1计数率/产生溢出所需周期数；波特率=定时器T1溢出率3.3液晶显示协议3.3.1基础操作时序1.读状态：输入：RS=L,RW=H,E=H输出：D0_D7=状态字2.写指令：输入：RS=L,RW=L,D0_D7=指令码，高脉冲输出：无3.读数据：输入：RS=H,RW=H,E=H输出：D0_D7=数据4.写数据：输入：RS=H,RW=L,D0_D7=数据，E=高脉冲输出：无3.3.2显示和控制命令模块内部字符发生内存（CGROM)已经存放了160个不一样点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母大小写、常见符号、和日文假名等，每一个字符全部有一个固定代码。1．1602液晶模块内部控制器共有11条控制指令，它读写操作、屏幕和光标操作全部是经过指令编程来实现。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置指令2：光标复位，光标返回到地址00H指令3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:屏幕上全部文字是否左移或右移。高电平表示有效，低电平则无效指令4：显示开关控制。D：控制整体显示开和关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：控制光标开和关，高电平表示有游标，低电平表示无游标B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁指令5：光标或显示移位元S/C：高电平时移动显示文字，低电平时移动光标指令6：功效设置命令DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:低电平时显示5x7点阵字符，高电平时显示5x10点阵字符指令7：字符发生器RAM地址设置指令8：DDRAM地址设置指令9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或数据，假如为低电平表示不忙。指令10：写数据指令11：读数据2．液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在实施每条指令之前一定要确定模块忙标志为低电平，表示不忙，不然此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符,如表3-8所表示:表3-81602内部显示地址显示位序号12345……40DDRAM地址(HEX)第一行0001020304..………………..27第二行4041424344…..67

第4章系统软件设计4.1系统软件概述系统软件步骤是：开机上电后初始化，然后单片机开始接收GPS模块发送数据，并判定数据是否有效，若数据有效则显示所需信息，数据无效则等候直至收到有效数据。在等候过程中，单片机响应键盘输入信息，但键盘输入不是必需。系统图图5.1所表示：图5-1系统总步骤图系统软件由以下模块组成：初始化模块、数据处理模块和人机对话模块。初始化模块完成开机上电后对单片机和液晶显示器初始化。对单片机设置串口工作模式和中止工作模式；对液晶显示器设置开机画面和显示模式。数据处理模块关键是从GPS模块接收数据，判定数据有效性，对有效数据进行对应格式处理，然后等候送液晶显示器显示。数据处理模块工作从开机上电开始一直连续不停进行，直到关机为止。人机对话模块关键是对应显示器显示。该部分完成从单片机读数据到液晶显示器和从液晶显示器读数据到单片机双向传输工作。4.2软件程序编写4.2.1初始化模块1．单片机依据3.2对单片机串行通信具体介绍可知：本设计选择串行通信工作方法1并许可接收；选择定时器1，模式2；依据波特率为4800b/s,计算出定时器计数初值；开启定时器1；开总中止、串口中止。2．液晶显示经过初始化函数LCMInit()进行初始化，然后又调用显示字符串函数方便让屏幕显示"GPSMonitorV1.2"字样，表示准备工作，接着延时400Ms然后调用清屏函数进行一次清屏。4.2.2数据处理模块数据处理模块负责处理从GPS模块接收到数据。因为这些数据格式符合NMEA0183ASCII码接口协议，所以接收到数据会转换为需要信息。1．接收总步骤图图5-2接收总步骤图2．命令类型判定步骤图（以GPGGA为例）图5-3命令类型判定步骤图 当类型数据接收完成，先判定类型。本设计中有3种类型数据，即GPGGA、GPGSV、GPRMC。假如接收到是GPGGA，则将命令类型置1，接收命令模式赋为2，逗号和位数均清空。3．GPGGA数据存放步骤图图5-4GPGGA数据存放步骤图开始接收类型数据。此时，当逗号计数为2且位计数小于9，就将纬度数据一位一位存放起来（存放一位后RI便置0以接收下一位）。当接收数据为“，”时，则逗号计数加1为3同时位计数清空，假如位计数小于1，则将纬度方向数据一位一位存放起来（同上）。当逗号计数再加1为4时同时位计数清空，这时位计数只要小于10，就将经度数据一位一位存放起来（同上）。依次类推，会顺次将经度方向、定位判定、定位使用卫星数、高度处理存放起来。然后会接收到“*”，说明整句接收完成并将其置为结束模式。同理可知，GPGSV、GPRMC语句接收过程。4.2.3人机对话模块人机对话模块关键是显示器工作。显示器经过初始化、设置才能正确显示信息，才能够对输入信息显示出来。这个关键点在前面已经有描述.1．显示总步骤图图5-5显示步骤图2．GPRSM信息显示步骤图图5-6GPRSM信息显示步骤图GPS接收机打开后，假如有GPS信号，首先检测是否有按键切换显示。假如没有，则屏幕显示第一页，反之显示第二页（这里只介绍第二页显示）。当接收有效数据为GPRMC，其数据均在第二业显示，先显示时间，然后假如GPS未定位，则屏幕第一行首末均显示".-"；假如已定位，则显示速度，接着显示方位角，然后刷新计数器清空。同理可知，另外两种命令显示（均显示在第二页）。3．页面切换步骤图图5-7页面切换步骤图4.3代码实现单片机开发中除必需硬件外，一样离不开软件，我们写汇编语言源程序要变为CPU能够实施机器码有两种方法，一个是手工汇编，另一个是机器汇编，现在已极少使用手工汇编方法了。机器汇编是经过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机汇编软件有早期A51，伴随单片机开发技术不停发展，从普遍使用汇编语言到逐步使用高级语言开发，单片机开发软件也在不停发展，Keil软件是现在最流行开发MCS-51系列单片机软件，这从多年来各仿真机厂商纷纷宣告全方面支持Keil即可看出。Keil提供了包含C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功效强大仿真调试器等在内完整开发方案，经过一个集成开发环境将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲硬盘空间、WIN98、NT、WIN、WINXP等操作系统。所以本设计使用C语言编程。结论本课题是在了解了目前GPS导航系统条件下，自行开发一套GPS接收机。GPS接收机开发和研制，关键是了解GPS原理，熟悉GPS接收机工作原理及其各部分工作步骤。GPS信号处理这一块由GR-87实现，经过GR-87和MCS-51兼容系列单片机串口相连，配置了所需外围电路，同时配有液晶显示器，能够显示字符，并具体介绍了该GPS接收机硬件和软件设计。开发GPS接收机已经能够正常工作，同时显示定位精度和定位速度等各方面指标全部满足要求。经过试验模拟仿真，结合本课题人机界面、参数设置和计算等，能够满足课题要求，能够实现导航功效。经过本课题完成，我对GPS原理有了深入了解，熟练地掌握了GPS接收机工作原理。同时，我对单片机应用有了更深入掌握，提升了单片机外围电路设计和软件设计经验能力。这些对我以后工作提升全部有所帮助。同时，因为水平有限和时间问题，有很多不足。没有进行误差分析，定位数据可能有误差，这有待改善和提升。谢辞在此，首先，我要感谢老师！老师学识渊博、治学严谨、耐心细致。在毕业设计期间，不管是在资料查找、原理讲解，还是在做人处世风格上，全部让我受益匪浅，得到启示是难以详尽。在这里我要向老师表示最忠心最真挚地感谢！我有很多基础理论知识掌握不牢，一面帮我查缺补露，一面发挥我专长，让我课题能够顺利有序地进行到满足要求。其次，我还要感谢我们课题组***等同学，在共同学习中，我们互帮互助，愉快地完成了毕业设计！另外,还要感谢以前代课老师,她们在各方面全部给于了我不少帮助,愿她们工作愉快,身体健康!最终，向在这三年期间帮助过、关心过我老师和同学致以忠心地感谢！愿大家身体健康、工作愉快轻松、生活幸福安康！谢谢大家！参考文件[1]刘基余,李征航等.全球定位系统原理及应用.北京:测绘出版社,1993[2]洪大永.GPS全球定位系统技术及应用.福建:厦门大学出版社,1998[3]张守信.GPS卫星测量定位理论和应用.长沙:国防科技大学出版社,1996[4]刘基余.GPS卫星导航定位原理和方法.北京:北京科学出版社,[5]李贵奇，吴延忠等.地球同时卫星定位.北京:北京解放军出版社，1991[6]王广运，陈增强等.GPS精密测地系统原理.北京:测绘出版社，1989[7]邱致和，王万义.GPS原理和应用.北京:电子工业出版社，[8]李华.MCS－51系列单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学，1993[9]何立民.单片机高级教程.北京：北京航空航天大学出版社，[10]高锋.单片微型计算机原理和接口技术.北京:科学出版社，[11]窦振中.单片机外围器件实用手册.北京:北京航空航天大学出版社，1998[12]肖洪兵.跟我学用单片机.北京:北京航空航天大学出版社,.8[13]李广第.单片机基础.北京:北京航空航天大学出版社，1999[14]徐惠民,安德宁.单片微型计算机原理接口和应用.北京:北京邮电大学出版社，1996[15]GB9078-1996,工业炉窑大气污染物排放标准.[16]何立民.从Cygnal80C51F看8位单片机发展之路.单片机和嵌入式系统应用，，第5期,P5~8[17]WolfW,孙玉芳等译.嵌入式计算系统设计原理.北京:机械工业出版社,[18]洪大永.GPS全球定位系统技术及应用.厦门：厦门大学出版社，1998[19]李朝青.单片机原理及接口技术.北京：北京航空航天大学出版社,[20]刘瑞华.MCS-51单片机和GPS-OEM板串行通信.电子通讯技术，，（5）：93-95外文资料翻译1.GPSobtainsthewide-spreadapplication,butitstillhadtheinsufficiency.GPShasbecomeaglobalhighandnewtechnologyindustry,whichisonekindofinformationinfrastructureandisenteringpeople'sdailylifegradually.Theexistenceinsufficiencyisveryobvious,itisthesystemwhichcontrolsbymilitary,anditisimpossibleatanytimeanyplaceguaranteecivil;Inthebustlingstreets,thejungle,orinthemaskandtheenvironmentbadsituation,itsusabilityisrestricted;Thesinglesystemitselfhasthelimitation,anditisimpossibletoguaranteeanyapplication.2.GLONASSreceivestheattention,butitisactuallydisappointing.GLONASSoncegavepeopletheveryoptimisticscene,therealityisheartlessbecauseoftheeconomicalandthetechnicaldualreasons,whichenableitonlyworksincompletely,nowonlyhastheinsufficiencytenstarwork,andisveryunstable.3.Galileoiforestallsopponentbyashowofstrength,withGPScombinationapplicationforoverallmentality.TheGalileoplanliftsuphighthepurecivilflag,feelsrelievedforthehumanwiththesecuritysense.MoreoveritsannouncepubliclyandtheGPScompatibleinteraction,strengtheneditsattractionandthecompetitivepower,aswellasserviceguaranteepledge.Therichlycolorfulservicemaysatisfythedifferentscaleandtheapplicationdomaindemand.4.Themulti-systemcombinationisbetterandbetter,usingtheequipmentislimd.Manyyearslater,possiblyhasmanysatellitenavigationalsystemintheskymovement,isthebetterandbetter,oneisnotunnecessary;second,cannotdotoousingthereceivercomplex,willotherwiseincreasethecostlargely,thebeingunablemasspromotion;third,willreceiveafterthesatellitenumberwillachievecertainnumber,thesatellitesignalmany(willnotbringtheobviousadvantageagain.Generallyhasthepairofsystemfoot.5.Theenhancementsystememergesoneafteranotherincessantly,thefinaloutletisthemulti-system'scombination.Nowvarioussatellitenavigationenhancementsystememergesoneafteranotherincessantly,onlysaysbythemacrozonalityenhancementsystem,hasUS'sWAAS,Europe'sEGNOS,China'sCWAAS,Japan'sQZSS(alsohasonekindisMSAS).Oncehastwocompletewholeworldguidancesystem(GNSS)work,in-orbitsatellitereaches50-60,wasnotunnecessarytoconstructthesemacrozonalitiestostrengthenissystematic.Moreismustwalkbotheconomizes,andhandlesmattersroadoftheinternationalcooperation.Themilitaryandciviliandualpurposeandpublicandprivatebuildsisthedevelopmenttrendwhichonekindisnoteworthy.1.IttakesmilitaryGPSandGLONASSannouncedsuccessivelyimplementsthemilitaryandciviliandualpurposepolicy.ThemilitarycontrolsGPSandGLONASSannouncedsuccessivelyimplementsthemilitaryandciviliandualpurposepolicy,thisaccidentally,thesatellitenavigationalsystemisonekindofverygoodinformationresourcebynomeansthatitsconstruction'sgoalliesinuses,onlythenwidelyapplies,canmanifestitsvalue.Certainly,GPSopenscivilisalsobetweentheAmericanDepartmentoftransportationandDepartmentofDefensethelong-termnegotiationsachievement,assoonasletsloose,reallytheeffectisunusual,insteadhashelpedmilitary'sbusy,alsocausestheAmericannationalprestigetoinspiregreatly,andpromotedthesystemtechnologyandtheuserreceivertechnologygreatly,onlywillthenhavetheGPSmodernization.2.Galileoemphasizesitspurecivilnature,infactmayalsoformilitary.WhatGalileosaidispurecivil,infactmaytakeinthesameoldwaymilitary,moreovertheperformanceandaprecisionspotareunambiguous.Becauseitsservicedividesintoseveralranks,somesingleplanepointingaccuracymayreach1m,isthemilitarylevelcompletely.3.Providesinmanykindsofservices,ismostobviousbyPRSmilitary.GalileoProvidesfivekindofservices;first,samefree“serves(OS)publicly”withtheGPSstandardpositioningservice;second,“commercialservice(CS)”;third,“thesafetyserves(SoL)”;fourth,“thesearchrescueserves(SAR)”;fifth,“thepublicspecialpermissionserves(PRS)”.WithOS,CS,SoLcompare,PRSmayprovideahigher-levelprotection,resiststothespatialsignal(SIS)attack,thegoalisimprovestheSISusabilityprobability,theachievementdealswiththeeconomicalterrorism,maliciousorthehostiledisturbancecountermeasuremeasure,thisistheobviousmilitarycharacteristic.4.Ittakesanitemofnationaltheinformationinfrastructure,civilthisshouldbeanapplicationkey.Thesatellitenavigationalsystemtakesanitemofnationaltheinformationinfrastructure,shoulduseandmaximumlimitplayitsrolefully,particularlythecivildomainisextremelybroad,takeGPSastheexample,above95%iscivil.5.Themilitaryandthecivilsignalseparatesispossiblyawisemove.Inordertoguaranteethatmilitaryandcivilianbothsides'respectiveuse,shouldbetterbegeneralseparateswiththesignalandthecivilsignal,GPSM-codeandGalileoPRSareseparatesalone.Peoplemusttakeseriouslytoapplyequipment'sresearchanddevelopmentandtheindustrialproductionfully,thisissystemsuccessfulimportantsymbol.1.Satellitenavigationalsystemconstructionmustcarryouttheapplicationfinally,itisitsstartingpointandthehometoreturn.Usingisthesystemconstructionprimarypurpose,thereforesystemdesign'sstartingpointmustconsiderforthepracticalapplication,musttoapplytheequipmentcreationfineprerequisite.TheGPSenhancementsystemcomesinhandythesamesignal,namelythekindofGPSsignal,bringsconvenientlytotheuser,actuallydoesnotaddanyburden.2.GPSsuccessliesinitsapplicationtobeverysuccessful,theGLONASSfaultystrokeinhandwritingistheapplicationdifference.GPSstartsusingthereceiverwhenonlyonekind,tenyearslaterdevelops100manykinds,atthebeginningofneweststatisticsindicatedthathasachieved500manykinds.TheGPSreceiverandextendedthesystemtoformaglobalhigh-techindustry,verywidelyisappliedthenationaleconomymanydomains3.Japan'ssuccessliesinthevehiclesguidancetobeverysuccessfulwithotherapplicationsystem,winsintheUS.Insatellitenavigationapplicationindustrialproductionaspect,JapanesecomparedtoAmericanevenbetter,particularlyinthevehiclesguidanceandthesurfacenavigationapplyinthemarket,Japanholdstheobvioussuperiority,theannualproductionamountstoseveralbillionsUSdollars.4.From“Beidouone”intheapplicationpromotionabsorbsexperience.“Beidou”star“Beidou”theconstellationbuildsearlyoneselftocomplete,userquantityactuallycannotcomeup,theprimarycauseistheusermachinecannotfollow,lacksequipmentwhichgoesthroughastrategicpasscomesinhandy.Inthemasterplanandtheworldintegrationowesadurationanddegreeofcooking.5.Peoplemuststrengthenvigorouslyappliestheequipmentandsystem'sresearchdevelopmentandthemanufacturing.Inordertocausethesystemconstructiongoaltolandonfeet,certainlymuststrengthenvigorouslyappliestheequipmentandsystem'sresearchdevelopmentandthemanufacturing,thisaspectispreciselyourcountry'sweaklink,shouldplacethisworkintheprimordialconsiderationposition.Withthecorrespondenceandsoonothersystem'sfusionandtheseepage,areitsvitalityformidablemanifestations.1.GPSapplication'sbigdisappointmentislacksthepositionalinformationthetransmissiontool.Enablesthesatellitenavigationwithcommunicationssystem'suniontohavebrightprospects,thiswasthemassiveapplicationexamplehadproventhefact,thevehiclessupervisorysystemwhichdevelopedvigorouslyinChinaismosthasthetypicalsignificancethemodelforpainting.Moreoverthedifferentapplicationconditionandtheenvironment,eachkindofwirelesscommunicationsystemhasitsopportunity2.Mosthastheprospectsfordevelopmentwithcommunicationssystem'sfusionintotheindustrialdomain.Thesatellitenavigationmosthastheapplicationprospectthedomainmovesthepositionservice,particularlywithhoneycombhandset'sfusion,thisisthesignificantthemewhichAmericanE911andEurope'sE112raises,isthewholeworldmosthastheprospects