基于单片机的简易gps定位信息显示系统的设计

基于单片机的简易gps定位信息显示系统的设计内容摘要：

编辑电文注入卫星，然后由卫星以广播星历的方式实时地传送给用户。 地面支撑系统包括 1 个主控站， 3 个注入站和 5 个监测站 ， 如图 ： 数 据 处 理 机接 收 机调 制 解调 机铯 锌 气 象 传 感 器观 测 星 历与 时 钟计 算误 差编 算 注 入导 航 电 文调 制 解 调 器数 据 处理 机指 令 发生 器高 功 率放 大 器数 据 存 储 器 与 外 部 设 备监 测 站主 控 站注 入 站 图 11 地面监控系统方框图 3)用户接收机 ： 自从 GPS全部建成以后，它将昼夜不停地发送导航定位信息，在地球地任何地方和任何时间实现实时定位。 这其中最终要地关键设备就 是用户接收机。 近十几年，世界各国地企业公司和研所单位都相继研制各种类型地接收机。 据 1998年 1月出版地《 GPS WORLD》统计，已有 60多家企业生产出 400多种型号地 GPS接收机。 GPS接收机可以按照不同要求进行分类 ， 如按编码信息分类，按接受地数据分类，按接收机通道分类、按照动态性能分类、按用途分类、按工作模式分类等。 但总起来说，可分为两大类 ： 导航型和测地型。 导航型接收机结构简单、体积小、耗电省、精度低、价钱便宜，一般采用单频 C/A码伪距接受技术，定位经度为 100m，用于航空、航海和陆地实时导航中 ： 现在 发展地差分 GPS技术，能使定位精度提高到 13米，大大拓宽了应用范围、有极少数接收机采用 P码接受技术，使单点定位精度达到 10m，这种接收机专为军用 [4]。 GPS接收机地种类虽然很多，但它的结构基本一致，分为天线单元和接受单元两大部分，如图 ： 基于单片机的简易 GPS 定位信 息显示系统设计 6 前 置 放 大 器频 率 变 换 器标频器频 率合 成器信号通道存 储 器电 源微 处理 机显 控 器数 控接 口P C 机接 受 单 元天 线 单 元 图 12 GPS接收机基本结构 ： 它是由接受天线和前置放大器组成。 GPS 接收机天线有 ： 定向天线、偶极子天线、微带天线、螺旋天线等。 对天线地性能要求是：高增益，低噪声系数、大的动态范围。 由于高性能 场效应 FET 放大器地出现，现在多采用有源微带天线 [5]。 ： a)通道单元 ： 它的主要功能是接收来自天线单元的信号，经过变频、放大、滤波等一系列处理过程，实现对 GPS 信号的跟踪、锁定、测量，提供计算位置的数据信息。 根据不同需要，可设计成 612 通道。 通道是由硬件和软件组成。 每个通道在某一时可跟踪一颗卫星。 当此卫星锁定后，便占据这一通道，直到此卫星信号失锁为止。 由于科学技术的反战，并行多通道接收机已经称为主趋势。 双通道和多路复用的接收机已经被淘汰。 在相关型接收机中，码延迟锁定环和载波相位锁定环是重要 的部件 [6]。 1）码延迟锁定环 (DLL)是将本地伪随机码与卫星的伪随机码对齐，实现卫星的根中、锁定、识别和伪距测量。 2）载波相位锁定环 (PLL)是利用本机的 COSTAS 环，将其载波相位与卫星载波相位锁定，藉以解调出导航电文，并进行载波相位测量。 b)计算和显示单元它的功能是 ： 1)工作开始的自检； 2)根据采集到的卫星星历，伪距观测量计算三维坐标和速度； 3)人机对话，按照输入航路点进行导航、输入卫星高度截止角、历元间隔、数据更新率、控制屏幕显示以及其他指令 [7]。 c)存储单元用于存储输入的各种数据 ，例如，初始化时间和坐标、导航点、星历、原始观测量等 [8]。 d)电源 机内装有专用锂电池 (3v)，专供接收机的时钟和 RAM 存储器保存星历和初始化数据用的，保证在关机时存储数据。 外接镉镍蓄电池向接收机供电 (12v)。 在使用 OEM芯片时，通常需要 TTL 电平 (5v)。 XX 学院毕业设计（论文） 7 GPS信号结构 GPS卫星信号包括三种信号分量 ： 载波、测距码和数据码。 时钟频率 f0=，利用频率综合器产生所需要的频率。 GPS信号的产生过程如图 ： 基 本 频 率 f 0 1 0 . 2 3 M H zL 1 1 5 7 5 . 4 2 M H zC / A 码1 . 0 2 3 M H zP 码1 0 . 2 3 M H zL 2 1 2 2 7 . 6 M H zP 码1 0 . 2 3 M H z5 0 B P S数 据 码 ( 导 航 电 文 , 或 D 码 )* 1 5 4* 1 2 0/ 1 0 图 13 GPS信号的产生 GPS 工作所需的信号按如下图的方式进行合成，然后向全球发射，形成现在随时随地都能接收到信号 [9]。 对用户而言，最感兴趣的是测距码和数据流 (导航电文 )。 L 1 载 波B KΛ 216。 = 9 0 176。 JΣC / A 码电 文P 码L 2 载 波振 荡 器AGFCDLHΣ模 2 相 加 混 频 器Σ相 加 器 图 14 GPS信号构成图 基于单片机的简易 GPS 定位信 息显示系统设计 8 第 2 章 硬件电路设计 本设计采用的硬件主要包括： 本文介绍使用 GARMIN 公司的 GPS25LVS 系列 OEM (Original Equipment Manufacturer)、 AT89C51 芯片、 LED 显示模块、操作按键以及电源部分。 其中， 89C51 芯片是系统中心控制单元，它具有全双工异步通信口，可与 OEM板接口进行数据读取，处理和输出。 OEM 板与单片机进行串口通信时，由于都采用 TTL电平，故两者之间不需进行电平转换就可直接通信。 单片机在获得定位信息后，就可通过操作按键将定位信息显示在液晶显示模块上，其硬件电路框图如图所示。 电 源 显 示 模 块键 盘T X D 1R X D 1T X DR X DG N D G N DI N T 0O E M 板A T 8 9 C 5 1 图 21 硬件电路框图 GPS内部 最小系统介绍 所用单片机引脚介绍 本次设计所用主要芯片是 89C51，现对各组成部分的情况介绍如下：中央处理器，内部数据 存储器，内部程序存储器，定时器，串行口，中断控制系统，及时钟电路等等[10]。 信号引脚介绍： XX 学院毕业设计（论文） 9 8 9 C 5 1122 22 12 01 91 81 71 61 51 41 31 21 11 098765434 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 42 3（ T 2 ） P 1 . 0（ T 2 E X ） P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S T / V P D（ R X D ） P 3 . 0（ T X D ） P 3 . 1（ I N T O ） P 3 . 2（ I N T 1 ） P 3 . 3（ T 0 ） P 3 . 4（ T 1 ） P 3 . 5（ W R ） P 3 . 6（ R D ） P 3 . 7X T A L 2X T A L 1V S SV C CP 0 . 0 （ A D 0 ）P 0 . 1 （ A D 1 ）P 0 . 6 （ A D 6 ）P 0 . 5 （ A D 5 ）P 0 . 4 （ A D 4 ）P 0 . 3 （ A D 3 ）P 0 . 2 （ A D 2 ）P 0 . 7 （ A D 7 ）P 2 . 0 （ A 8 ）P 2 . 1 （ A 9 ）P 2 . 2 （ A 1 0 ）P 2 . 3 （ A 1 1 ）P 2 . 4 （ A 1 2 ）P 2 . 5 （ A 1 3 ）P 2 . 6 （ A 1 4 ）P 2 . 7 （ A 1 5 ）P S E NA L E / P R O GE A / V P P 图 22 89C51 引脚图 P0 口： P0 口是开漏双向口可以写为 1 使其状态为悬浮用作高阻输入 P0 也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节在访问外部数据存储器时作数据总线此时通过内部强上拉输出 1。 P1 口： P1 口是带内部上拉的双向 I/O 口向 P1 口写入 1 时 P1 口被内部上拉为高电平可用作输入口当作为输入脚时被外部拉低的 P1 口会因为内部上拉而输出电流。 P1 口第 2 功能： T2(P1。 0)定时 /计数器 2 的外部计数输入 /时钟输出 (见可编程输出 )。 T2EX(P1。 1)定时 /计数器 2 重装载控制。 P2 口： P2 口是带内部上拉的双向 I/O 口向 P2 口写入 1 时 P2 口被内部上拉为高电平可用作输入口当作为输入脚时被外部拉低的 P2 口会因为内部上拉而输出电流 (见 DC电气特性 )在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和 16 位地址(MOVX @DPTR)此时通过内部强上拉传送 1 当使用 8 位寻址方式 (MOV @Ri)访问外部数据存储器时， P2 口发送 P2 特殊功能寄存器的内容。 P3 口： P3 口是带内部上拉的双向 I/O 口向 P3 口写入 1 时 P3 口被内部上拉为高电平可用作输入口当作为输入脚时被外部拉低的 P3 口会因为内部上拉而输出电流 (见 DC 电气特性 )P3 口还具有以下特殊功能。 RXD(P3。 0) 串行输入口 TXD(P3。 1) 串行输出口 INT0(P3。 2) 外部中断 0 INT1(P3。 3) 外部中断 T0(P3。 4) 定时器 0 外部输入 T1(P3。 5) 定时器 1 外部输入 WR(P3。 6) 外部数据存储器写信号 RD(P3。 7) 外部数据存储器读信号 基于单片机的简易 GPS 定位信 息显示系统设计 10 ALE：地址锁存使能在访问外部存储器时输出 脉冲锁存地址的低字节在正常情况ALE输出信号恒定为 1/6 振荡频率并可用作外部时钟或定时注意每次访问外部数据时一个 ALE脉冲将被忽略 ALE可以通过置位 SFR 的 auxlilary0 禁止置位后 ALE只能在执行MOVX 指令时被激活。 PSEN：程序存储使能当执行外部程序存储器代码时 PSEN 每个机器周期被激活两次在访问外部数据存储器时 PSEN 无效访问内部程序存储器时 PSEN 无效。 EA：当此脚为低电平时，对 ROM 的操作限定在外部程序存储器，而它为高电平时，则对 ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存 储器。 XTAL1：晶体 1 反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入。 XTAL2：晶体 2 反相振荡放大器输出。 GPS 复位电路 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，为了摆脱困境，也需要按复位键以重新启动 [11]。 在振荡器工作时将 RST 脚保持至少两个机器周期高电平 12 时钟模式为 24 个振荡器周期 6 时钟模式为 12 振荡器周期可实现复位为了保证上电复位的可靠 RST 保持高电平的时间至少为振荡器启动时间通常为几个毫秒再加上两个机器周期复位后振荡器以12 时钟模式运行当已通过并行编程器设置为 6 时钟模式时除外。 单片机在 RESET 为高电平控制下，程序计数器（ PC）和特殊功能寄存器的复位如表 2－ 1 所示。 单片机的复位并不影响芯片内部 RAM 状态，只要 RESET 引脚保持高电平，单片机将循环复位。 在复位有效期间内， ALE﹑ PSEN 将输出高电平。 表 21 复位后寄存器状态 寄存器 复位状态 寄存器 复位状态 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0—P3 0FFH SCON 00H IP 000000B SBUF 不定 IE 0000000 PCON 00000 本次设计复位电路，如下图： XX 学院毕业设计（论文） 11 图 23 复位电路的设计 GPS 时钟电路 时钟电路产生与单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现 ，电路应在唯一的时钟信号控制下严格的按时序进行工作。 而时序所研究的则是指令执行中各信号之间的相互时间的关系。