基于单片机的gps定位信息显示系统设计毕业论文设计(编辑修改稿)

基于单片机的gps定位信息显示系统设计毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

程定时 /计数器中断 时钟频率 024MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 (1) 时钟电路 STC89C516RD+内部有一 个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 RXD 和TXD 分别是此放大器的输入端和输出端。 时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。 内部方式的时钟电路如图 (a) 所示，在 RXD 和 TXD 引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。 定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。 晶体振荡频率可以在 ～ 12MHz 之间选择，电容值在 5～ 30pF 之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用 [5]。 外部方式的时钟电路如图 （ b） 所示， RXD 接地， TXD 接外部振荡器。 对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度 ，一般采用频率低于 12MHz 的方波信号。 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1 和 P2，供单片机使用。 11 （ a） 内部方式时钟电路 （ b） 外部方式时钟电路 图 时钟电路 (2) 复位 复位是单片机的初始化操作。 其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从0000H 单元开始执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动 [6]。 除 PC 之外，复位操作还对其他一些寄存器有 影响，它们的复位状态如表 所示。 表 一些寄存器的复位状态 寄存器 复位状态 寄存器 复位状态 PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H RST 引脚是复位信号的输入端。 复位信号是高电平有效，其有效 时间应持续 24 个振荡周期 (即二个机器周期 )以上。 若使用颇率为 6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us 才能完成复位操作。 整个复位电路包括芯片内、外两部分。 外部电路产生的复位信号 (RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号 [7]。 12 SiRF Star II GPS 信号接收模块 该设计中 GPS 信号接收模块所选用的是 SiRF Star II GPS 接收模块，该模块是由美国瑟孚科技有限公司所生产。 主要使用到 的引脚如图 所示。 该 模块具有 12 通道并行接收能力，所接收的 GPS 信号属于民用频段的 L1 信号 （ ） ，在没有 SA干扰的情况下平均定位误差为 10 米，动态速度误差为 米 /秒，信号灵敏度达到 －142dBm，冷启动定位时间为 42 秒，热启动时间为 38 秒，重新定位时间仅仅需要 8 秒。 图 SiRF Star II 引脚 图 GPS 数据输出格式为标准的 NMEA－ 0183 标准，采集地理信息的更新速率为每 两秒一次，地图坐标系为 WGS－ 84 坐标系 [8]。 该模块 天线采用的是体积小、可靠性高、灵敏度高 的微带天线，该天线封装在 模块内部 ，更进一步的提高了整个模块的可靠性。 该模块实物图如图 所示。 13 图 GPS 接收模块 它的 工作电压为 － ， 工作电流仅为 75mA， 它由 GSP2e 数字 IC、 GRF2i射频 IC 和 GSW2 模块化软件组成。 GSP2e 主要集成了一个增强型 GPS 内核、一个 50MHz 的 ARM7 CPU、独立的内部总线和 外部总线 、 1Mb EDO DRAM、高精度实时时钟、 GPS 接收机 外部设备 和 2 个UART。 GRF2i 主要由片内压控振荡器和基准振荡器、集成中频滤波器 (IF)、集成 LNA 和数字接口等组成。 GSW2 模块化软件很容易集成到现有系统中，并提供功能强大的开发环境。 SiRF Star II 除增加了中央处理器和卫星信号追踪引擎 , SiRF Star II在芯片组中集成了兆位存储器 (DRAM) , 这个 是其它同类产品的八倍。 这使其不仅可执行各项 GPS 功能 ,还能为用户应用提供额外存储。 将 IF 滤波器集成到射频芯片内而无需新增外部滤波器 , 从而进一步降低了元件的数目并增加了可靠性。 该芯片的主要特征如表 所示。 表 SiRF Star II 主要 特征 SiRF Star II 特 点 功 能 用 处 信号捕捉 从有遮挡地区走出时快速重捕卫星信号 在遮挡环境下提供更多的定位结果 信号跟踪 跟踪弱信号比正常信号信 改善信号可利用性，在信号 14 噪比低 20dB 衰减严重的地方也可定位 单卫星定位 在短暂的仅能收到一颗卫星的情况下定位 在信号阻塞的地区也可定位，适于车载 GPS 多级 消除 误差 减小 GPS 反射径带来的误差 使 GPS 定位准确度提高到5m 差分 GPS 周期（大约 30 分钟）更新星历和修正时间 功率几乎变成了以前的20%，增加使用时间 功率 分配 1s内有 800ms 的时间接收机不工作， 仅仅有 200ms 的时间用于重捕、跟踪、定位 工作在不想频繁给出定位结果的情况下，节省功耗 OLED 液晶显示模块介绍 (1) OLED 液晶显示模块概述 OLED，即有机发光二极管（ Organic LightEmitting Diode） ，又称为有机电激光 显示（ Organic Electroluminesence Display, OELD）。 因为具备轻薄、省电等特性， 因此从 2020 年开始，这种显示设备在 MP3 播放器上得到了广泛应用，而对于同 属数码 类产品的 DC 与手机，此前只 是在一些展会上展示过采用 OLED 屏幕的工 程样品，还并未走入实际应用的阶段。 但 OLED 屏幕却具备了许多 LCD 不可比拟 的优势。 目前 OLED 显示屏广泛用于手机、 MP工控显示设备上，具有亮度高、显示精 度高、功耗低等特点 OLED 液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置 8192 个中文汉字（ 16X16 点阵）、128 个字符（ 8X16 点阵）及 64X256 点阵显示 RAM（ GDRAM）。 OLED 液晶显示模块引脚 如图 所示。 15 图 OLED 液晶显示引脚图 管脚从左到右定义为： GND： 电源地 VCC： 供电电源 、 5V 都可以 D0： CLK 时钟 D1： MOSI 数据 RES： 复位 DC： 数据 /命令 基于单片机的 GPS 硬件连接 介绍 整个硬件设计要求 GPS接收模块输出的信号通过 单片机 STC89C5 GPS信号接收模块、 12864液晶显示模块、电源相连接实现系统功能。 硬件电路设计 如图。 16 图 GPS硬件电路图 17 第 四 章 基于单片机的 GPS 软件设计 GPS 数据包介绍 输出数据格式 GPS 上电后，每隔一定的时间就会返回一定格式的数据，数据格式为： $信息类型， x， x， x， x， x， x， x， x， x， x， x， x， x 每行开头的字符都是‘ $’ ， 接着是信息类型，后面是数据，以逗号分隔开。 一行 完整的数据如下： $GPRMC,A,N,E,170809,A*60 信息类型为： GPGSV：可见卫星信息 GPGLL：地理定位信息 GPRMC：推荐最小定位信息 GPVTG：地面速度信息 GPGGA： GPS 定位信息 GPGSA：当前卫星信息 这里我们只介绍 GPRMC 和 GPGGA 的信息（因为后面介绍的 51 单片机程序只解析 了这两个数据包， 有兴趣想研究的朋友可以解析更多的数据包出来， 但是要考虑 单片机的运行速率， 因为 GPS 对单片机的串行输入会使单片机产生很多的串行中 断单片机要花很多时间处理。 如需更多的数据包格式介绍请查找 NMEA 0183 协议 的资料） GPRMC 数据详解： 18 $GPRMC,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12*hh 1 UTC 时间， hhmmss(时分秒 )格式 2 定位状态， A=有效定位， V=无效定位 3 纬度 (度分 )格式 (前面的 0 也将被传输 ) 4 纬度半球 N(北半球 )或 S(南半球 ) 5 经度 (度分 )格式 (前面的 0 也将被传输 ) 6 经度半球 E(东经 )或 W(西经 ) 7 地面速率 (~ 节，前面的 0 也将被传输 ) 8 地面航向 (~ 度，以真北为参考基准，前面的 0 也将被传输 ) 9 UTC 日期， ddmmyy(日月年 )格式 10 磁偏角 (~ 度，前面的 0 也将被传输 ) 11 磁偏角方向， E(东 )或 W(西 ) 12 模式指示 (仅 NMEA0183 版本输出， A=自主定位， D=差分， E=估算， N= 数据无效 ) 解析内容： ，这个是格林威治时间，是世界时间（ UTC） ，我们需要把它转换成北京时间 （ BTC） ， BTC 和 UTC 差了 8 个小时，要在这个时间基础上加 8 个小时。 ，在接收到有效数据前，这个位是‘ V’ ，后面的数据都为空，接到有效 数据后，这个位是‘ A’ ，后面才开始有数据。 ，我们需要把它转换成度分秒的格式，计算方法： 如接收到的纬度是： / 100 = 可以直接读出 45 度 – 45 * 100 = 可以直接读出 46 分 – 46 = * 60 = 读出 24 秒 所以纬度是： 45 度 46 分 24 秒。 19 ，这个位有两种值‘ N’ （北纬）和‘ S’ （南纬） ，这个位有两种值‘ E’ （东经）和‘ W’ （西经） ， 这个速率值是 海里 /时， 单位是节， 要把它转换成千米 /时， 根据： 1 海里 = 公里，把得到的速率乘以。 ，指的是偏离正北的角度 ，这个日期是准确的，不需要转换 数据详解 ： $GPGGA,1,2,3,4,5,6,7,8,9,M,10,M,11,12*xxCR LF $GPGGA：起始引导符及语句格式说明 (本句为 GPS 定位数据 )； 1UTC 时间，格式为 ； 2纬度，格式为 (第一位是零也将传送 )； 3纬度半球， N 或 S(北纬或南纬 ) 4经度，格式为 (第一位零也将传送 )； 5经度半球， E 或 W(东经或西经 ) 6定位质量指示， 0=定位无效， 1=定位有效； 7使用卫星数量，从 00 到 12(第一个零也将传送 ) 8水平精确度， 到 9天线离海平面的高度， 到 米 M 指单位米 10大地水准面高度， 到 米 M 指单位米 11差分 GPS 数据期限 (RTCM SC104)，最后设立 RTCM 传送的秒数量 12差分参考基站标号，从 0000 到 1023(首位 0 也将传送 )。 20 使用 软件通过电脑测试 GPS。 首先介绍测试前的准备（ TTL 转接板） GPS 的工作模式是 电源通电即从其 TXA 脚上输出 NMEA 格式的数据包（刚启 动和没有信号的情况下数据包是无效的）因此使用时只需要给 GPS 提供 5V 供电 并将 GPS 的 TXA 引脚接到单片机或者 TTL 转 USB 小板 （或者 TTL 转 DB9 小板） 的 RXD 上就行，而 GPS 的 RXA（ RXD）引脚则用不上 硬件准备 使用串口助手测试 GPS 时需要有 TTL 转 USB 或者 TTL 转 DB9 的转接小板 （带 DB9 口的可不使用转接板，但是部分 GPS 的 DB9 口是针座的 （公头），因为设 计的时候主要是为了兼容单片机及 ARM 开发板，由于台式机上的 DB9 串口座也 是公头的，因此需要一根母对母的串口线来连接 GPS 与电脑），本店有 TTL 转 USB 小板 由于 51 单片机开发板下载电路是通过 RS232 转 TTL 的 MAX232 （或者 是 STC232）芯片或者是 USB 转 TTL 的 PL2303 芯片来实现转换的，因此可以借用该 电路实现 GPS 与电脑的通信。 拔下开发板电源。