简易GPS定位信息显示系统的毕业设计

1、毕业设计说明书毕业设计说明书 简易简易 GPS 定位信息显示系统的设计定位信息显示系统的设计 毕业生姓名毕业生姓名： 专业专业 ： 学号学号 ： 指导教师指导教师 ： 所属系（部）所属系（部） ： 二二一一年六月一一年六月 毕业设计评阅书毕业设计评阅书 题目：题目： 简易简易 GPSGPS 定位信息显示系统的设计定位信息显示系统的设计 系系 专业专业 姓名姓名 设计时间：设计时间： 评阅意见：评阅意见： 成绩：成绩： 指导教师：指导教师：（签字）（签字） 职职务：务： 200 年年月月日日 毕业设计答辩记录卡毕业设计答辩记录卡 系系 专业专业 姓名姓名 答答 辩辩 内内 容容 问问 题题 摘摘

2、 要要评评 议议 情情 况况 记录员：记录员： （签（签 名）名） 成成 绩绩 评评 定定 指导教师评定成绩指导教师评定成绩答辩组评定成绩答辩组评定成绩综合成绩综合成绩 注：评定成绩为注：评定成绩为 100 分制，指导教师为分制，指导教师为 30%，答辩组为，答辩组为 70%。 专业答辩组组长：专业答辩组组长：（签名）（签名） 200 年年月月 前言前言 GPS 作为最先进的空间定位技术，在社会建设中发挥了重要的作用。随着 GPS 定位技术的快速发展，其功能越来越强，精度越来越高，在测量领域的应用日益广 泛。 本文讨论了简易 GPS 定位信息显示系统的设计, 提出了对 GPS 全球定位系统定

3、位信息的接收以及对各定位参数数据的提取方法。在硬件方面，采用了 GPS25-LVS 作为卫星信息接收器；控制器选用 AT89C52 单片机，以串口方式 1 接收 GPS 信息； 设计了由 7 段共阳 LED 组成的显示器。在软件方面，进行了单片机的信息接收处理， 对内存中的信息存放地址进行了分配，并编制控制程序。最后对硬件和软件进行了 综合调试。实现了 LED 显示器轮流显示实时时间、纬度、经度。 该系统的时间为原子钟时间，因此非常精确。能满足一般应用项目的使用。 目录目录 第一篇 绪论.1 第一章 GPS 概述.1 第二章 本设计的目的和意义.2 第三章 本设计研究的内容和所做的工作 .4

4、第一节 本设计研究的内容 .4 第二节 本设计所做的工作 .4 第二篇 元件选择.5 第三篇 方案论证.9 第四篇 系统硬件电路设计.11 第五篇 硬件电路制作.15 第六篇 控制系统的软件设计.16 第一章 GPS25-LVS 的信息输出格式.16 第二章 单片机的信息接收处理 .17 第三章 内存中的信息存放地址分配 .18 第七篇 控制程序编制和调试.20 第八篇 硬件和软件综合调试及性能分析.28 第一章 硬件和软件综合调试 .28 第二章 性能分析 .30 结论.32 参考文献.33 致谢.34 第一篇 绪论 第一章第一章 GPSGPS 概述概述 GPS 作为最先进的空间定位技术，在

5、社会建设中发挥了重要的作用。随着 GPS 定位技术的快速发展，其功能越来越强，精度越来越高，在测量领域的应用日益广 泛。 GPS 系统的基本定位原理是：每颗 GPS 卫星时刻发布其位置和时间数据信号， 用户接收机可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度可以 计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集至少 4 颗卫星的数据时，就可以算出三 维坐标、速度和时间。 全球定位系统（Global Positioning System 简称 GPS）是美国第二代军用导航 系统，可实现全球范围内的实时导航和定位。GPS 由空间部分、地面监控部分、用 户设备部分组成。 GPS 系统的空间部分是指

6、 GPS 工作卫星星座，其由 24 颗卫星组成，其中 21 颗工 作卫星，3 颗备用卫星，均匀分布在 6 个轨道上。卫星轨道平面与地球赤道面倾角 为 55，各个轨道平面的升交点赤经相差 60，轨道平均高度为 20200km.卫星运 行周期为 11 小时 58 分（恒星时） ，同一轨道上的各卫星的升交角距为 90，GPS 卫 星的上述时空配置，基本保证了地球上任何地点，在任何时刻均至少可以同时观测 到 4 颗卫星，以满足地面用户实时全天候精密导航和定位。GPS 卫星的主体呈圆柱 形，直径约为 1.5m，重约 774kg，两侧各安装两块双叶太阳能电池板，能自动对日 定向，以保证卫星正常工作用电。每

7、颗卫星带有四台高精度原子钟，其中 2 台为铷 钟，2 台为铯钟。GPS 卫星上设有微处理机，可以进行必要的数据处理工作，它主要 的 3 个基本功能：根据地面监控指令接收和储存由地面监控站发来的导航信息，调 整卫星姿态、启动备用卫星；向 GPS 用户播送导航电文，提供导航和定位信息；通 过高精度卫星钟向用户提供精密的时间标准。 地面监控部分由 5 个地面站组成。1 个主控站，其位于美国本土科罗拉多斯平 土（Colorado Spings）的联合空间执行中心 CSOC，3 个注入站，其分别设在印度洋 的迭哥加西、南大西洋的阿松森岛和南太平洋的卡瓦加兰。5 个监控站，其中 4 个 与主控站、注入站重

8、叠，另外一个设在夏威夷。主控站的主要任务为：根据各监控 站提供的观测资料推算编制各颗卫星的星历、卫星钟差、和大气层修正参数并把这 些数据传送到注入站；提供 GPS 系统的时间标准；调整偏离轨道的卫星，使之沿预 定的轨道运行；启用备用卫星以取代失效的工作卫星。注入站的主要任务为：在主 控站的控制下，把主控站传来的各种数据和指令等正确并适时地注入到相应卫星的 存储系统。监测站的主要任务为：给主控站编算导航电文提供观测数据，每个监控 站均用 GPS 信号接收机，对每颗可见卫星每 6 秒钟进行一次伪距测量和积分多普勒 观测，并采集气象要素等数据。 用户设备部分由 GPS 接收机硬件和相应的数据处理软件

9、以及微处理机及其终端 设备组成。其主要功能是接收 GPS 卫星发射的信号，获得必要的导航和定位信息及 观测量，并经简单数据处理实现实时导航和定位，用后处理软件包对观测数据进行 精加工，以获取精密定位结果。 第二章第二章本设计的目的和意义本设计的目的和意义 自从五七年第一颗人造卫星上天，六十年代的人造卫星导航定位技术，七十年 代美国军方开始发展 GPS（Global Positioning System）卫星导航定位系统，直至 1995 年 4 月 27 日美国国防部宣布“GPS 系统已具备全部运作能力” 。GPS 计划的实 现历时 23 年，耗资 200 多亿美元，前后共发射 35 颗卫星，目

10、前仍在轨道上正常工 作的有 25 颗卫星，其中 1 颗为实验卫星，24 颗为工作卫星。它具有海、陆、空全 方位实时三维导航与定位能力，是美国第二代卫星导航系统，其特点是全天候、高 精度、应用广，是迄今最好的导航定位系统。它广泛的应用价值，引起了各国科学 家的关注和研究，前苏联和西欧各国的科学家在积极开发利用 GPS 信号资源的同时， 还致力于研究开发各自的卫星导航定位系统，如前苏联建成的 GLONASS 卫星导航系 统，我国也在致力于发展自已的卫星导航定位系统。同时，它的出现也导致了测绘 行业一场深刻的技术变革。 GPS 全球定位系统在实际生活中被广泛应用，是当今信息时代发展中的重要组 成部分

11、。因其具有性能好、精度高、应用广的特点，使其成为了迄今最好的导航定 位系统。 GPS 导航定位系统之所以在许多领域得到广泛应用，出现了与 GPS 系统相关的 产业，这都得益于其本身所具有的诸多优点，概括起来主要有以下几个方面。 定位精度高：通过很多应用实践已经证明，GPS 相对定位精度在 50km 以内可达 10-6，100km500km 可达 10-7，1000km 以上可达 10-8，在 300-1500m 工程精密定位 中，1 小时以上观测的解算，其平面位置误差小于 1mm。基线边长越长越能突显是定 位精度高的优势。 观测时间短：由于 GPS 系统的不断完善，软件不断更新，目前 20km

12、 以内相对静 态定位，仅需 1520 分钟，快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距 在 15km 以内时，流动站只需观测 12 分钟，动态相对定位测量时，流动站出发时 观测 12 分钟，然后可随时定位，每站观测仅需几秒钟。 测站间无须通视：GPS 测量不要求站点间相互通视，只需测站上空开阔即可。 可提供三维坐标：经典大地测量将平面与高程采用不同方法施测，而 GPS 可同 时精确测定测站点的三维坐标，目前 GPS 水准可达到四等水准测量的精度。 操作简便：随着 GPS 机不断改进，自动化程度越来越高，体积也越来越小，重 量越来越轻，有的已达“傻瓜化”的程度。 全天候作业：使用 GPS

13、测量，不受时间限制，24 小时都可以工作，也不受起雾、 刮风、下雨下雪等气候的影响。 功能多、应用广：GPS 系统不仅可用于测量，还可用于测速、测时。测速精度 可达 0.1m/s，测时精度可达几十毫秒。随着人们对 GPS 系统的不断开发，其应用领 域正在不断地扩大。 由于 GPS 具有全球覆盖以及精度高、定位速度快、实时性好、抗干扰能力强等 特点，近年来在国内外得到了广泛的应用，在各个领域发挥了极大的作用，已成为 了信息时代不可以或缺的一部分。 第三章第三章 本设计研究的内容和所做的工作本设计研究的内容和所做的工作 第一节第一节 本设计研究的内容本设计研究的内容 本设计是由 AT89C52 单

14、片机控制 GPS 模块较为精确地计算和显示实时时间、经 度、纬度等卫星信息。 此设计主要是在了解掌握了 GPS 和单片机的理论知识的基础上，选用 Atmel（爱特梅尔）公司的 AT89C52 提取 GPS 模块的接收数据并由 6 位 LED 显示器显 示接收数据。在此设计过程中，主要熟悉了简易 GPS 定位信息显示系统各性能指标， 学习 NMEA 封包并懂得使用 NMEA 输出命令，结合单片机串行通信知识能实现对 GPS 接收到的卫星信息进行提取，并在 6 位 LED 显示器上选择性的显示数据。 第二节第二节本设计所做的工作本设计所做的工作 本文讨论了简易 GPS 定位信息显示系统的设计, 提

15、出了对 GPS 全球定位系统定 位信息的接收以及对各定位参数数据的提取方法。在硬件方面，单片机采用 12MHz 晶振，以串口方式 1 接收 GPS 信息，P0 口和 P2 口用于 7 段共阳 LED 显示接口，LED 显示器轮流显示实时时间、纬度、经度或其他 GPS 信息数据。在软件方面，首先进 行了单片机的信息接收处理，给出了系统的软件流程图，然后对内存中的信息存放 地址进行了分配，并对控制程序进行了编制。最后对硬件和软件进行了综合调试。 第二篇 元件选择 简易 GPS 定位信息显示系统主要由三部分构成：卫星信息接收器、单片机控制 器和显示器件。 卫星信息接收器选用 GARMIN 公司的 G

16、PS25-LVS 系列 OEM 接收板。 GARMIN 公司总部座落在美国的 Kansas, 是目前世界上最大的导航型 GPS 生产的 专业厂家。GARMIN 公司在这一领域所取得的非凡成就及所做的巨大贡献是有目共睹 的。GARMIN 公司通过其遍及全球的代理商，维修中心，销售及技术支持人员等不断 反馈的市场信息，凭借自己的各项 GPS 专利技术，最先进的电子技术的应用，以及 对各行业用户使用特点的深刻认识，使 GARMIN 公司的产品在各方面性能指标上已远 远领先于同行业伙伴。 GPS25-LVS 是 GARMIN 公司 OEM 板系列中的主打产品。它具有全屏蔽的封装，抗 干扰性好；内置锂电

17、池保存数据，开机定位速度快；232 电平接口，可直接与计算 机相连，极易上手；3.66V 供电，电压范围宽；标准 NMEA-0183 输出，简单易 读；秒脉冲宽度可调，方便授时应用。 GARMIN OEM 板一直以定位速度快、工作稳定、耐电压冲击和高抗干扰性而深受 青睐。在车辆调度、精细农业、高速追击、普通授时等领域得到广泛应用。其极高 的性能价格比令许多 OEM 用户别无它求。 单片机控制器选用 Atmel（爱特梅尔）公司的 AT89C52 来提取 GPS 模块的接收 数据。 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复 擦写的 Flash

18、 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采 用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内 置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，在许多较复杂系统控制场合应用比较广 泛。 AT89C52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2 个外 中断口，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线， AT89C52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效

19、地降低开发成 本。 AT89C52 有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 其主要功能特性如下。 兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写(1000 次）Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz 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 AT89C52 单片机的引脚图如图 1 所示。 图 1 AT89C52 单片机引脚图 显示

20、器件采用 LED（发光二极管的英文缩写）显示器。它是一种通过控制半导 体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像 信号等各种信息的显示屏幕。 LED 显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动 态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒 体，目前，LED 显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、 新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。 LED 显示器结构： 基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图 12 排列而成的。可实现 09 的显示。其具体结构有“反射罩式” 、 “条形七段式

21、”及“单片集成式多位数字 式”等 （一）反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个 LED 贴在与反射罩的七个反射腔互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心 位置就是 LED 芯片。在装反射罩前，用压焊方法在芯片和印刷电路上相应金属条之 间连好 30m 的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的 印刷电路板与反射罩对位粘合，然后固化。 反射罩式数码管的封装方式有空封和实封两种。实封方式采用散射剂和染料的 环氧树脂，较多地用于一位或双位器件。空封方式是在上方盖上滤波片和匀光膜， 为提高器件的可靠性，必须在芯片和底板上涂以透明绝缘胶，这还可以提高光效率。 这种

22、方式一般用于四位以上的数字显示（或符号显示） 。 （二）条形七段式数码管属于混合封装形式。它是把做好管芯的磷化镓或磷化 镓圆片，划成内含一只或数只 LED 发光条，然后把同样的七条粘在日字形“可伐” 框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。 （三）单片集成式多位数字显示器是在发光材料基片上（大圆片） ，利用集成电 路工艺制作出大量七段数字显示图形，通过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电 路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。它们适用于小型 数字仪表中。 （四）符号管、米字管的制作方式与数码管类似。 （五）矩阵管（发光二极管点阵）也可采用类似于单片集成式多位数字显示

23、器 工艺方法制作。 LED 显示器分类： （一）按字高分：笔画显示器字高最小有 1mm（单片集成式多位数码管字高一 般在 23mm） 。其他类型笔画显示器最高可达 12.7mm（0.5 英寸）甚至达数百 mm。 （二）按颜色分有红、橙、黄、绿等数种。 （三）按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。 （四）从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。 LED 显示器的参数： 由于 LED 显示器是以 LED 为基础的，所以它的光、电特性及极限参数意义大部 分与发光二极管的相同。但由于 LED 显示器内含多个发光二极管，所以需有如下特 殊参数： （一）发光强度比 由于数码管各段在同样的驱动

24、电压时，各段正向电流不相同，所以各段发光强 度不同。所有段的发光强度值中最大值与最小值之比为发光强度比。比值可以在 1.52.3 间，最大不能超过 2.5。 （二）脉冲正向电流 若笔画显示器每段典型正向直流工作电流为 IF，则在脉冲下，正向电流可以远 大于 IF。脉冲占空比越小，脉冲正向电流可以越大。 第三篇 方案论证 GPS 接收板在市场上品种较多，GARMIN 公司的 GPS25-LVS 系列 OEM 接收板具有 很高的性价比，是目前应用最广泛的 GPS 接收处理板，能满足各种导航和实时领域 的需要。GPS25-LVS 系列 OEM 板采用单一 5V 供电，内置保护电池，RS-232、TT

25、L 两 种电平自动输出 NMEA-0183 2.0 格式（ASC字符型）语句。其主要性能特点如下。 专利技术：12 并行通道 PhaseTrac12 定位时间：重新捕获2sec 自动搜索：90sec 热启动：15sec 冷启动：45sec 更 新 率：1/sec-1/900sec 可调 位置精度：15mRms(SA off)/10m(差分) 速度精度：0.1m/s ； 速度限制：515m/s 坐标系统：102 个预定义,1 个自定义； 加速度限制：6g 电气特性：两个 RS-232 兼容串行口 CMOS 通讯速率：300、600、1200、2400、4800、9600、 19200 bps 可

26、选 数据格式：NEMA V2.0 ASCII/二进制可设置 输入数据：初始位置/日期/时间,2D/3D 方式 坐标系统,RTCM-104 差分校正 输出数据：速度、时间、机器/卫星状态、几何因子及误差估计 秒脉冲输出：1pps 精度1us 输入电压：3.66V(LVC LVS 或 6-40V(HVC HVS)可选 后备电源：可充板置 3V 锂电(10 年寿命) 功 耗：0.9W 灵 敏 度：-166dBW 天线接口：50-ohm mcx 接头有源(5V)或无源天线 电源/数据口：单排 12 插针 工作温度：-30-+85 储存温度：-40-+90 结 构：单片集成主机板 尺 寸：4569.81

27、1.8mm 重 量：40g NMEA 协议是为了在不同的 GPS（全球定位系统）导航设备中建立统一的 BTCM（海事无线电技术委员会）标准，由美国国家海洋电子协会（NMEA-The National Marine Electronics Associa-tion）制定的一套通讯协议。GPS 接收机 根据 NMEA-0183 协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口传送到 PC 机、PDA 等设备。 NMEA-0183 协议是 GPS 接收机应当遵守的标准协议，也是目前 GPS 接收机上使 用最广泛的协议，大多数常见的 GPS 接收机、GPS 数据处理软件、导航软件都遵守 或者至少兼容这个协议

28、。 不过，也有少数厂商的设备使用自行约定的协议比如 GARMIN 的 GPS 设备（部分 GARMIN 设备也可以输出兼容 NMEA-0183 协议的数据） 。 考虑到端口的使用要求，决定使用 4 组端口的 AT89C52 单片机作为控制器，用 LED 共阳显示器及 GPS25-LVS 系列 OEM 接收板实现系统功能。简易 GPS 定位信息显 示器电路设计框架图如图 2 所示。 图 2 简易 GPS 定位信息显示器电路设计框架 第四篇 系统硬件电路设计 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内 部的功能单元，如 ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统

29、等不能满足应用系统 的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的 配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A 转 换器等，要设计合适的接口电路。 系统的扩展和配置应遵循以下原则： （一）尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、 模块化打下良好的基础。 （二）系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留 有适当余地，以便进行二次开发。 （三）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相 互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实殃，以简化硬件结构。 但必须注意，由软件

30、实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用 CPU 时 间。 （四）系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用 CMOS 芯片单片机构成 低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 （五）可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件 选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。 （六）单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统 工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。 （七）尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰 也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集

31、成的 功能越来越强，真正的片上系统 SoC 已经可以实现，如 ST 公司新近推出的 PSD32系列产品在一块芯片上集成了 80C32 核、大容量 FLASH 存储器、 SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。 简易 GPS 定位信息显示器电路原理如图 3 所示。单片机采用 12MHz 晶振，以串 口方式 1 接收 GPS 信息，P0 口和 P2 口用于 7 段共阳 LED 显示接口，LED 显示器轮流 显示实时时间、纬度、经度或其他 GPS 信息数据。 图 3 简易 GPS 定位信息显示器电路原理图 GPS25-LVS 系列 OEM 接收板采用 12 脚的接口，接口各引脚

32、的功能如图 4 所示。 设计中使用了串口 1 或 12 脚的 NMEA 输出，串口 1 可用于 PC 机对 OEM 接收板进行参 数设置，12 脚 NMEA 输出用于单片机信息处理。 图 4 GPS25-LVS 板引脚接口功能 单片机和卫星接收器的串行通信，需要接上一个 MAX232 芯片。MAX232 芯片是 美信公司专门为电脑的 RS-232 标准串口设计的接口电路,使用+5v 单电源供电。 内部结构基本可分三个部分： 第一部分是电荷泵电路。由 1、2、3、4、5、6 脚和 4 只电容构成。功能是产生 +12v 和-12v 两个电源，提供给 RS-232 串口电平的需要。 第二部分是数据转

33、换通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 脚构成两个数据 通道。其中 13 脚（R1IN） 、12 脚（R1OUT） 、11 脚（T1IN） 、14 脚（T1OUT）为第一 数据通道。8 脚（R2IN） 、9 脚（R2OUT） 、10 脚（T2IN） 、7 脚（T2OUT）为第二数据 通道。 TTL/CMOS 数据从 T1IN、T2IN 输入转换成 RS-232 数据从 T1OUT、T2OUT 送到电 脑 DP9 插头；DP9 插头的 RS-232 数据从 R1IN、R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、R2OUT 输出。 第三部分是供电。15 脚 DNG、

34、16 脚 VCC（+5v） 。 74LS244 是 8 路 3 态缓冲驱动,也叫做线驱动或者总线驱动门电路，可以增加 P2 口 的驱动能力。简单地说，它有 8 个输入端，8 个输出端。 各引脚定义如下： 1-1G 1Y1-1Y4 输出控制，低电平有效，高电平高阻 2-1A1 输入端，对应的输出为 1Y1 3-2Y4 输出端，对应的输入为 2A4 4-1A2 5-2Y3 6-1A3 7-1Y2 8-1A4 9-2Y1 10-GND 地 11-2A1 12-1Y4 13-2A2 14-1Y3 15-2A3 16-1Y2 17-2A4 18-1Y1 19-2G 2Y1-2Y4 输出控制端 20-VC

35、C 电源正 晶振，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩 小后就成了电脑中各种不同的总线频率。 晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精 密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性，如果给他通 电，他就会产生机械振荡，反之，如果给他机械力，他又会产生电，这种特性叫机 电效应。他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等 密切相关。由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非 常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。 根据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个

36、电磁振荡回路，即谐振回 路。他们的机电效应是机-电-机-电.的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路 是电场-磁场的不断转换。在电路中的应用实际上是把它当作一个高 Q 值的电磁谐振 回路。由于石英晶体的损耗非常小，即 Q 值非常高，做振荡器用时，可以产生非常 稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。 另外，进行单片机系统硬件电路设计时还应当考虑诸多干扰因素。影响单片机 系统可靠安全运行的主要因素来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结构 设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些干扰因素，常会导致单片机系统运 行失常，轻则影响产品质量和产量，重则会导致事故，造成重大经

37、济损失。 第五篇 硬件电路制作 制作硬件电路首先应根据电路原理图，使用计算机绘图软件，如 protel,绘制 出系统硬件电路原理图。其次将购买的器件焊接在线路板上，为保证所设计系统能 在现场可靠工作，制作时要注意以下几点。 （一）尽量采用高质量的印制电路板，孔化电阻、线距、熔剂、阻焊剂、打孔 精度、镀金厚度、基板质量、是否数控打孔和热风整平等因素，都会影响应用系统 的调试、使用和寿命，差的板半年左右就出问题，而且时好时坏，很难维修。 （二）在电路板上尽量多加去耦电容，一般在电路板电源入口处并上 2247F 的低频电容，在中间的电源与地线间并上 0.1F 左右的高频小电容去耦， 每四个 14 脚

38、以上的芯片附近也须加上 22F 电解电容和 0.1F 的高频小电容去耦。 这样能保证减小电源线及地线上的毛刺，保证可靠工作。 （三）很好的安排地线、电源线走线，电源线尽量粗、尽量多、尽量组成网络。 模拟地、数字地、电源地、大地分开走线，在一点上可靠连接。小信号、模拟信号 用屏蔽线，在板上走线时尽量靠近地线，远离大电流信号线、电源线。数字部分既 会干扰小信号线，又会受大电流信号及电源线干扰，也要很好安排。 （四）直流供电尽量使用开关电源，开关电源很少受市电的电压波动、频率波 动的影响，也能隔离从电源线进入的传导干扰。输入输出接口应尽量采用光电隔离 器，使控制系统做成全浮空的系统，使之不受传导干扰

39、的影响。 （五）某些小信号线、器件、电路板应加电磁屏蔽板或罩。 （六）按照电路原理图焊接 GARMIN GPS25-LVS OEM 接收板、AT89C52 单片机、 LED 显示器以及一些辅助器件的时候要保持细心和谨慎。 第六篇 控制系统的软件设计 第一章第一章 GPS25-LVSGPS25-LVS 的信息输出格式的信息输出格式 GPS25-LVS 的通信波特率默认值为 4800，1 个起始位，8 个数据位，1 个停止位， 无奇偶校验。通常使用 NMEA-0183 格式输出，数据代码为 ASCII 码字符。NMEA-0183 是美国海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式，目前广泛使用 V2.

40、0 版本。由 于该格式为 ASCII 码字符串，比较直观和易于处理，在许多高级语言中都可以直接 进行判别、分离，以提取用户所需要的数据。GPS25-LVS 系列 OEM 板可输出 12 句语 句，分别是 GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG，LCGLL，LCVTG，PGRME，PGRMF，PGRMT，PGR MV，GPGLL。不同的语句中传送不同的信息，如 GPGGA 语句中传送的格式为 $GPGGA,M,M,*hh 传送的信息说明如下： $GPGGA 起始引导符及语句格式说明（本句为 GPS 定位数据） UTC 时间，时时分分秒秒格式 纬度，度度分分.分分分分格式（第一

41、位是零也将传送） 纬度半球，N 或 S（北纬或南纬） 经度，度度分分.分分分分格式（第一位零也将传送） 经度半球，E 或 W（东经或西经） GPS 质量指示，0 为方位无法使用，1 为非差分 GPS 获得方位， 2 为差分方式获得方位（DGPS） ，6 为估计获得 使用卫星数量，从 00 到 12（第一个零也将传送） 水平精确度，0.5 到 99.9 天线离海平面的高度，-9999.9 到 9999.9 米 M 指单位米 大地水准面高度，-999.9 到 9999.9 米 M 指单位米 差分 GPS 数据期限（RTCM SC-104） ，最后设立 RTCM 传送的秒数量（如无 DGPS 为 0

42、） 差分参考基站标号，从 0000 到 1023（首位 0 也将传送。如无 DGPS 为 0） *语句结束标志符 hh 从$开始的所有 ASCII 码的校验和 此项在 GPS25-LVS 板中不传送 此项在 GPS25-LVS 板中不传送 OEM 板输出的信息可在 PC 机的超级中端中显示，也可在 GARMIN 公司提供的 GPSCFG.EXE 设置软件中显示，如在 PC 机上看到的实时接收 GPGGA 语句为 $GPGGA,3002.3232,N,12206.1157,E,1,03,12.9,53.2,M,11.6,M,*4A 这是一条 GPS 定位数据信息语句，意思为 UTC 时间为 11

43、 时 46 分 41 秒，位置在 北纬 30 度 2.3232 分，东经 122 度 6.1157 分，普通 GPS 定位方式，接收到 3 颗卫星， 水平精度 12.9 米，天线离海平面高度 53.2 米，所在地离地平面高度 11.6 米，校验 和为 4AH。 第二章第二章单片机的信息接收处理单片机的信息接收处理 在单片机串口收到信息后，先判别是否为语句引导头“$” ，然后再接收信息内 容，在收到“*”字符 ASC码后再接收二个字节结束接收,然后根据语句标识区分 出信息类别以对收到 ASC码进行处理显示。 注意：在处理北京时间时应在 UTC 时间上加上 8 小时才是准确的北京时，在超 出 24

44、 小时时应作减 24 小时处理。 串口中断程序的处理流程如下图 5。 比较前6字节，信 息处理并移入显示 单元，清、 标志 1次接收到？ 中断接收开始 是*吗？ 是？ 置结束接收标志移入内存，置允许接收标志 移入内存 中断返回 图 5 串口中断程序流程图 第三章第三章 内存中的信息存放地址分配内存中的信息存放地址分配 为了存放接收及处理后的时间及经纬度数据，在内存中划出了固定的空间。其 中 40H5FH 用于存放接收到的时间及经纬度数据，68H7FH 存放处理后的时间及经 纬度数据。内存中的信息存放地址分配表如表 1 所列。 表 1 内存中的信息存放地址分配表 5F H 5E H 5D H 5

45、C H 5B H 5A H 59 H 58 H 57 H 56 H 55 H 54 H 53 H 52 H 51 H 50 H 004641 ， 3002.3232 时分秒度分分小数部分 接收时间信息存放单元接收纬度信息存放单元 4F H 4E H 4D H 4C H 4B H 4A H 49 H 48 H 47 H 46 H 45 H 44 H 43 H 42 H 41 H 40 H ,N/ S ,122061157,E/ W , 南 北 度分分小数部分东 西 纬度信 息 接收经度信息存放单元 7F H 7E H 7D H 7C H 7B H 7A H 79 H 78 H 77 H 76 H

46、 75 H 74 H 73 H 72 H 71 H 70 H 0046410A0A300A020A0A0C 时分秒不亮度分 N 处理后时间显示数据存放单元处理后纬度显示数据存放单元 6F H 6E H 6D H 6C H 6B H 6A H 69 H 68 H 1220A060A0B 度分 E 处理后纬度显示数据存放单元 第七篇 控制程序编制和调试 以下是简易 GPS 定位信息显示器单片机控制源程序： ;* ;* GPS 方位显示系统 * ;* ;用 AT89C52 单片机 ;本程序接收 GPS 的$GPGGA 信息中的时间数据，采用 12MHZ 晶振，4800 波特率接收 ;使用资源：R0、

47、R1、R3、R5、R6、R7，定时器 T2（作波特率发生器） ，20H 单元 ;显示缓冲单元在 68H7FH，时间接收数据在 7AH7BH（秒） 、7CH7DH（分） 、 ; 7EH7FH（时） ;定时器 T2 定义 T2CON EQU 0C8H ; T2 控制寄存器 T2MOD EQU 0C9H TL2 EQU 0CCH ; T2 计数寄存器低字节 TH2 EQU 0CDH ; T2 计数寄存器高字节 TR2 EQU 0CAH ; T2 启动位 RCAP2L EQU 0CAH ; T2 计数重栽寄存器低字 节 RCAP2H EQU 0CBH ; T2 计数重栽寄存器高字 节 DISPSP E

48、QU 2FH ;显示首址指针 SFLAG BIT 00H ;信息头标志 OK G1FLAG BIT 01H ;G1 OK PFLAG BIT 02H ;P OK G2FLAG BIT 03H ;G2 OK G3FLAG BIT 04H ;G3 OK AFLAG BIT 05H ;A OK DFLAG BIT 06H ;OK ;*中断入口程序 * ORG 0000H LJMP START ORG 0003H RETI ORG 000BH RETI ORG 0013H RETI ORG 001BH RETI ORG 0023H LJMP INTS ORG 002BH RETI ;*主 程 序 *

49、START: MOV PSW, #00H ; 设第 0 组寄存器 MOV SP, #30H ; 设置堆栈指针 MOV SCON, #B ; 串口工作方式 1 (8 BIT UART) 允许接收 MOV T2CON, #B ; T2CON MOV A,#0B2H MOV TL2, A ;设置波特率 ( 4800) MOV RCAP2L, A MOV A,#0FFH MOV TH2, A MOV RCAP2H, A MOV R0, #40H ;清 40-7F 内存单元 MOV R7, #40H CLEARDISP: MOV R0, #00H INC R0 DJNZ R7,CLEARDISP MOV

50、 20H, #00H ;清标志单元 MOV R0,#5FH ;GPS 数据在 40-5F 内 MOV R3,#20H ;接收 32 个数据 SETB ES ; 允许串口中断 MOV IP, #00H ; 低优先级 SETB REN ; 启动串口接收 CLR TI ; 清串口发送中断标志位 CLR RI ; 清串口接收中断标志位 SETB TR2 ; 启动定时计数器 2 SETB EA ; 开放所有中断 START1: MOV DISPSP,#78H ;显示首址为 78H MOV R2,#03H ;显示首址变化次数 3 START2: LCALL DISPLAY MOV A,DISPSP SUB

51、B A,#08H MOV DISPSP,A ;显示首址减 8 DJNZ R2,START2 MOV R2,#03H SJMP Start1 ;*显示程序 * DISPLAY: MOV R4,#0FFH DISPLAY1: MOV R1,DISPSP MOV R5,#0FEH PLAY: MOV A,R5 MOV P2,A MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DL1MS INC R1 MOV A,R5 JNB ACC.7,ENDOUT RL A MOV R5,A AJMP PLAY ENDOUT: DJNZ R4,DISPLAY

52、1 MOV P2,#0FFH MOV P0,#0FFH RET TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,086H,0C8H ; “0” ， “1” ， “2” ， “3” ， “4” ， “5” ， “6” ， “7” ， “8” ， “9” ， “灭？” ， “E” ， “N” RET ;*延时程序 * DL1MS: MOV R6,#14H DL1: MOV R7,#19H DL2: DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET ;*中断接收程序 * INTS: PUSH ACC JBC RI,RXINTS

53、 CLR TI LJMP INTSOUT RXINTS: MOV A,SBUF JB DFLAG,DF ;是$GPGGA，转 AF 接收时间数据 JB AFLAG,AF ;判断是否是“,” JB G3FLAG,G3F ;判断是否是 A JB G2FLAG,G2F ;判断是否是第三个 G JB PFLAG,PF ;判断是否是第二个 G JB G1FLAG,G1F ;判断是否是 P JB SFLAG,SF ;判断是否是第一个 G XRL A,#24H ;判断是否是“$” JZ SYES MOV 20H,#00H ;不是$,清所有标志 LJMP INTSOUT SYES: SETB SFLAG ;是

54、$，设标志 LJMP INTSOUT SF: XRL A,#47H ;是第一个“G”吗？ JZ G1YES ;是 G，转 G1yes MOV 20H,#00H LJMP INTSOUT G1YES: SETB G1FLAG INTSOUT: POP ACC RETI G1F: XRL A,#50H ;是“P”吗？ JZ PYES ;是 P，转 Pyes MOV 20H,#00H LJMP INTSOUT PYES: SETB PFLAG LJMP INTSOUT PF: XRL A,#47H ;是第二个“G”吗？ JZ G2YES ;是 G，转 G2yes MOV 20H,#00H LJMP

55、INTSOUT G2YES: SETB G2FLAG LJMP INTSOUT G2F: XRL A,#47H ;是第三个“G”吗？ JZ G3YES ;是 G，转 G3yes MOV 20H,#00H LJMP INTSOUT G3YES: SETB G3FLAG LJMP INTSOUT G3F: XRL A,#41H ;是“A”吗？ JZ AYES ;是 A，转 Ayes MOV 20H,#00H LJMP INTSOUT AYES: SETB AFLAG LJMP INTSOUT AF: XRL A,#2CH ;是“,”吗？ JZ DYES ;是“,” ，转 Dyes MOV 20H,

56、#00H LJMP INTSOUT DYES: SETB DFLAG LJMP INTSOUT ;接收 GPS 时间数据，共 32 个字节，在 40-5F 单元 DF: MOV R0,A DEC R0 DJNZ R3,INTSOUT MOV R3,#20H ;数字 ASC码转换成数字 MOV R0,#40H DF1: MOV A,R0 CLR C SUBB A,#30H MOV R0,A INC R0 DJNZ R3,DF1 MOV A,5FH ;格林时转换成北京时间（时加 8） MOV B,#10 MUL AB ADD A,5EH ADD A,#08H CLR C CJNE A,#18H,D

57、F2 ;是否大于 24 DF2: JC DF3 SUBB A,#18H ;大于 24 减 24 DF3: MOV B,#10 ;时十位、个位恢复为 BCD 码 DIV AB MOV 5FH,A MOV 5EH,B MOV 7FH,5FH ;将收到数据移入显示单元 MOV 7EH,5EH MOV 7DH,5DH MOV 7CH,5CH MOV 7BH,5BH MOV 7AH,5AH MOV 79H,#0AH MOV 78H,#0AH MOV 77H,58H MOV 76H,57H MOV 75H,#0AH MOV 74H,56H MOV 73H,55H MOV 72H,#0AH MOV 71H,

58、#0AH MOV 70H,#0CH MOV 6FH,4CH MOV 6EH,4BH MOV 6DH,4AH MOV 6CH,#0AH MOV 6BH,49H MOV 6AH,48H MOV 69H,#0AH MOV 68H,#0BH MOV R3,#20H MOV R0,#5FH MOV 20H,#00H LJMP INTSOUT END 从 GARMIN 公司网上下载 GPS25-LVS 系列产品应用软件（文件名为 gpscfg） ，设 置时选择 PC 机的串口 1（COM1）或串口 2（COM2）与 OEM 板的串口 1 进行连接，设 置内容主要是 OEM 板的通信波特率及输出语句。本设计

59、选择 4800 波特率，选择 GPGGA 单语句输出。 第八篇 硬件和软件综合调试及性能分析 第一章第一章 硬件和软件综合调试硬件和软件综合调试 单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分不开的，许多硬件故障是在调试软 件时才发现的。但通常是先排除系统中明显的硬件故障后才和软件结合起来调试。 常见的硬件故障： （一）逻辑错误 样机硬件的逻辑错误是由于设计错误和加工过程中的工艺性错误所造成的。这 类错误包括：错线、开路、短路、相位错等几种，其中短路是最常见的故障。在印 刷电路板布线密度高的情况下，很容易因工艺原因造成短路。 （二）元器件件失效 元器件失效的原因有两个方面：一是器件本身已损坏或性能不能

60、符合要求；二 是由于组装错误造成的元器件失效，如电解电容、二极管的极性错误，集成块安装 方向错误等。 （三）可靠性差 引起系统不可靠的因素很多，如金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时 坏，经不起振动；内部和外部的干扰、电源纹波系数过大、器件负载系数过大等造 成逻辑电平不稳定； 另外，走线和布局的不合理等也会引起系统可靠性差。 （四）电源故障 若样机中存在电源故障，则加电后将造成器件损坏。电源的故障包括：电压值 不符合设计要求，电源引出线和插座不对应，电源功率不足、负载能力差等。 硬件调试方法： （一）脱机调试 脱机调试是在样机加电源之前，先用万用表等工具，根据硬件电气原理图和装 配图仔细检