GPS定位系统-职业大学

1、扬 州 市 职 业 大 学毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目： GPS定位系统系 别：电子工程学院专 业：电子信息工程技术班 级：电信111姓 名：刘珊珊学 号：指导教师：朱海星完成时间：2014.4.30基于单片机的GPS定位信息显示系统设计刘珊珊摘要：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。因其具有性能好、精度高、应用广的特点，使其成为了迄今为止最好的定位导航系统。本论文详细介绍了一种基于单片机、GPS接收模块、1602液晶显示模块等器件的GPS实时显示功能的实现。分别从硬件设计和软件设计等方面对其作了详细的阐述，并且结合硬件的特点研究了MCS5

2、1系列单片机如何与GPS接收模块实现串行通信，设计的产品体积小巧、携带方便，是可以独立使用的全天候实时的定位导航设备。关键词： GPS；单片机；GPS接收模块；1602液晶屏目 录1 绪论11.1 课题背景11.2 课题的目的及意义22 GPS定位信息显示系统方案设计32.1 GPS全球定位系统简介32.2 GPS信号接收方案选择52.3 GPS接收模块的研究52.4 总体方案的设计63 基于单片机的GPS硬件电路设计83.1 基于单片机的GPS硬件电路总体结构83.2 基于单片机的GPS定位信息显示系统设计硬件电路简介83.2.1 STC89C52简介83.2.2 LEA-5S GPS信号接

3、收模块123.2.3 1602液晶显示模块介绍133.3系统各个部分电路详解153.3.1 系统整体电路原理图153.3.2 系统电源系统163.3.3 GPS模块及其原理图163.3.4 单片机系统及液晶电路174 基于单片机的GPS软件设计194.1 NMEA-0183数据格式194.1.1 输入语句194.2基于单片机的GPS软件设计思路224.2.1 软件流程图224.2.2 主函数部分235 系统调试与实验结果255.1电路焊接的基础知识及注意事项255.1.1 电子元器件检测255.1.2 电板焊接255.1.3 电板焊接的注意事项265.2 硬件调试265.3 实验结果27总 结

4、28致 谢29参考文献301 绪论1.1 课题背景1978年2月22日第一颗GPS试验卫星的入轨运行，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。GPS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1。陆地、海洋和空间的广大用户，只要持有一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收机，就可以全天时、全天候和全球性的测量运动载体的七维状态参数和三维状态参数。其用途之广，影响之大，是其他无线电接收装置都望尘莫及的。不仅如此，GPS卫星的入轨运行，还为大地测量学、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

5、术。纵观现状，GPS技术有如下用途。GPS技术的陆地应用GPS技术在陆地上的开发应用可以体现在许多方面，如：各种车辆的行驶状态监控；旅游者或旅游车的景点导游；应急车辆的快速引导行驶；高精度时间比对和频率控制；大气物理观测；地球物理资源勘探；工程建设的施工放样测量；大型建筑和煤气田的沉降检测；板内运动状态和地壳形变测量；陆地以及海洋大地测量基准的测定；工程、区域、国家等各种类型大地测量控制网的测量和建设等。GPS技术的海洋应用GPS技术在海洋方面有着极其重要的作用，比如：远洋船舶的最佳航线测定；远洋船队在途中航行的实时调度和监测；内河船只的实时调度和自主导航测量；海洋救援的搜索和定点测量；远洋渔

6、船的结队航行和作业调度；海洋油气平台的就位和复位测定；海底沉船位置的精确探测；海底管道铺设测量；海岸地球物理勘探；水文测量；海底大地测量控制网的布测；海底地形的精细测量；船运货物失窃报警；净化海洋；海洋纠纷或海损事故的定点测定；港口交通管制；海洋灾难检测等。GPS技术的航空应用GPS技术在航空方面的应用主要体现在：民航飞机的在途自主导航；飞机精密着陆；飞机空中加油控制；飞机编队飞行的安全保护；航空援救的搜索和定点测量；机载地球物理勘探；飞机探测灾区大小和标定测量；摄影和遥感飞机的七维状态参数和三维姿态参数测量等。GPS技术的航天应用GPS技术在航天方面同样也有着很重要的作用：低轨道通讯卫星群的

7、实时轨道测量；卫星入轨和卫星回收的实时点位测量；载入航天器的在轨防护探测；星载GPS的遮掩天体大小和大气参数测量；对地观测卫星的七维状态参数和三维状态参数测量2。1.2 课题的目的及意义本次设计的主要任务是在GPS和单片机的理论知识基础上，选择合适的GPS接收模块和单片机处理接收的数据并且由液晶显示模块显示接收的数据。在此次设计过程中，主要熟悉所选用的GPS接收模块的性能指标，学习如何使用NMEA输出命令，结合单片机的相关知识能实现对GPS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。由此可见，GPS技术已经延伸到各个领域的方方面面，但是要完成以上所述的各种用途，最基本的就

8、是要具备能够接收GPS信号并且能够调制输出的设备，而这种设备最基本的功能就是能够显示当时所处地点的经纬度以及UTC标准时间。现在世面上已经有许多基于GPS接收模块所开发的产品，如GPS手持机、车载GPS导航仪等等，虽然其功能强大，但价格相对而言比较昂贵，而且对于普通应用没有必要。所以基于这种情况下，本次设计针对普通用户使用GPS的切实需要，设计并制作基于单片机的GPS定位信息显示系统。2 GPS定位信息显示系统方案设计2.1 GPS全球定位系统简介 全球定位系统(GPS)是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球

9、性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成部分。(1)全球定位系统由三部分构成：l 地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成。l 空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上。l 用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成3。这三部分的相互关系如图2-1所示。图2-1 GPS全球定位系统组成1978年2月22日，第一颗GPS试验卫星的发射成功，标志着工程研制阶段的开始。1989年2月14日，第一颗GPS工作卫星

10、的发射成功，宣告GPS系统进入了生产作业阶段。GPS系统经过16年的发射试验卫星，到开发GPS信号应用，进而发射工作卫星，终于在1994年3月建成了信号覆盖率达到了98的GPS工作星座，它由24颗Block2卫星卫星组成。Block2卫星如图2-2所示。图2-2 Block2卫星图(2)全球定位系统有很多特点，其主要特点如下：l 全天候；l 全球覆盖；l 三维定速定时高精度；l 快速省时高效率；l 应用广泛多功能。24颗GPS卫星在离地面2万公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时接收到6颗以上GPS卫星的定位信息。只要有4颗卫星的定位信息，GP

11、S接收机就能向用户提供三维坐标、时间及移动速度等信息参数。由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收设备的距离，根据三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。美国政府宣布从2000年起，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用

12、信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米。为了达到更高的定位精度，往往还采用了差分GPS(DGPS)技术，建立基准站(差分台)进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。2.2 GPS信号接收方案选择要实现在液晶显示器上显示出接收到的GPS数据信息，首先要实现GPS信号的接收。在接收GPS信号方案上可以有两种选择。第一种方案是选择GPS接收芯片然后再根据芯片设计标准，设计外围

13、电路和安装天线等，选择这个方案的优点是可以掌握到GPS接收部分的电路设计技术，但是这个方案的缺点也是显而易见的，首先实现的难度较大，不容易成功，其次由于GPS接收芯片一般都是厂商直接供货，单独采购价格会很高。第二种方案是选择成品的GPS接收模块，采用这个方案的优点是由于现阶段GPS接收模块的制造技术已经相当成熟，性能稳定并且使用非常方便，定位成功后直接就可以通过模块输出GPS相关信息。并且在经过大规模的商业化生产后价格已经能被我们所接受，这样的模块在市面上也能够容易的购买到。从上面的分析可以知道，选择GPS接收模块就能够很好的作为本次设计接收GPS定位信息的解决方案，因此我选择第二种方案来完成

14、本次设计。2.3 GPS接收模块的研究GPS接收模块是接收机的关键部分，而且型号很多，功能各异，一般组成结构主要由低噪声下变频器、并行信号通道、CPU、储存器等组成。GPS接收模块通过它的接收天线获取卫星信号，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、锁定和测量。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。用户通过输入输出接口，与GPS接收模块进行信息交换，实现功能。GPS接收模块内部结构如图2-3所示。图2-3 GPS接收模块内部结构2.4 总体方案的设计本次设计要求通过单片机控制GPS器件实现定位信息显示功能。在这里使用常见的

15、MCS-51型单片机作为处理器，利用MCS-51单片机的串行接口接收LEA-5S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。该GPS定位信息显示系统硬件部分主要由以下几个部分组成： (1) 接收部分：以LEA-5S模块为核心的GPS接收机； (2) 控制电路：由51单片机作为微处理器控制GPS信号； (3) 显示部分：1602LCD液晶显示模块； (4) 电源电路部分:采用电池供电用以提供系统工作时所必须的电压。 单片机系统：本次设计使用51单片机STC89C52作为微处理器，控制GPS数据的读取和传输过程。利用其串行接口

16、接收LEA-5S接收模块输出的NMEA-0183语句数据，并将接收到的数据经过筛选和处理后到1602液晶显示器显示。 外围电路：外围电路一部分是由GPS接收器件及其辅助电路组成，一部分是LCD液晶显示模块的电源电路和显示电路。LEA-5S接收模块主要由变频器、信号通道、存储器、中央处理器和输入输出接口构成。它接收天线获取的卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量定位。 单片机控制程序：编写程序，实现单片机控制系统的初始化，控制GPS器件完成数据的采集,进行相应的信号处理，并通过单片机接口输出至液晶显示模块显示必要的数据。由此可知：GPS

17、接收模块将接收到的GPS卫星导航电文调制解码，转换为标准格式后，送给单片机，当单片机接收到GPS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。3 基于单片机的GPS硬件电路设计3.1 基于单片机的GPS硬件电路总体结构根据总体设计方案，该基于单片机的GPS硬件电路设计主要由GPS信号接收部分（LEA-5S信号接收模块）、控制芯片（STC89C52单片机）、显示部分（1602LCD液晶显示模块）这几部分构成。其大体结构框图如图3-1所示。单片机 STC89C52LCD1602液晶显示GPS接收模块按键切换显示界面系统电源

18、图3-1 基于单片机的GPS硬件总体结构框图3.2 基于单片机的GPS定位信息显示系统设计硬件电路简介3.2.1 STC89C52简介STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8 位单片机，采用40引脚双列直插封装方式。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容4。STC89C52引脚如图3-2所示：图3-2 STC89C52引脚图(1) 其引脚说明如下：l 主电源引脚（2根）： VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源； GND(Pin20)：接地线。l 外接晶振引脚（2根）： XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端； X

19、TAL2(Pin18)：片内振荡电路的输出端。l 控制引脚（4根）： RST (Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位； ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号； PSEN(Pin29)：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。l 可编程输入/输出引脚（32根）： STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有8根引脚，共32根。 P0口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7；

20、P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7； P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7； P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7。 STC89C52主要功能如表3.1所示。表3.1 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2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

21、能(2) 时钟电路STC89C52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3-3(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1.212MHz之间选择，电容值在530pF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3-3（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

22、振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。 （a）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路图3-3 时钟电路(3) 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3.2.2所示。表3.2 一些寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0

23、000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXXBSBUF不定IE0XBPCON0XXX0000BTMOD00HRST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。3.2.2 LEA-5S GPS信号接收模块该设计中GPS信号接收模块所选用的是LEA-5S GPS

24、接收模块，该模块是由瑞士公司生产，大品牌，高性能。GPS信号接收模如图3-4。信号接收模块技术指标如下: （1） 主要特性l 50个通道卫星接收功能；l 200万个以上的相关系引擎l 可同步追踪GPS及伽俐略导航卫星信号l 提供多种接口：UART，USB，IIC，SPI（2） 性能参数：l 接收器类型： 50个接收通道l GPS L1频率，C/A码l SBAS：WAAS，EGNOS，MSAS，GAGANl 启动时间：冷启动29 secl 热启动1 secl 辅助启动1 secl 首次定位时间：1 secl 最大更新速率：4Hzl 灵敏度：冷启动-144dBm；跟踪灵敏度-160dBm；l 捕获

25、灵敏度-160dBml 定位精度：Auto 2.5ml SBAS 2ml 定时精度：RMS30nsl 99%60nsl 极限速度：500m/sl 运行温度：-4085l 芯片尺寸：1612.22.4 mml 模块尺寸：4.5cm4.5cm（3）电气性能：l 工作电压：2.7V3.6Vl 功耗：全速模式135mW 3.0Vl ECO模式129mW 3.0Vl 备用电池：1.4V3.6V，25uA(4) 接口协议：l 串行接口：1 UART1 USB V2.0全速12Mbit/sl 1 IIC1 SPIl 其他接口：1时间脉冲输出；1外部中断输入l 协议：NMEA，UBX二进制图3-4 GPS信号

26、接收模块3.2.3 1602液晶显示模块介绍1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602液晶显示模块如图3-5所示。图3-5 1602LCD显示屏1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的

27、，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。(1)管脚功能1602采用标准的16脚接口如图3-6所示，其中：第1脚：VSS为电源地。第2脚：VCC接5V电源正极。第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平1时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：

28、D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。图3-6 1602管脚3.3系统各个部分电路详解3.3.1 系统整体电路原理图原理图如图3-7所示： 图3-7 系统整体电路原理图3.3.2 系统电源系统考虑到系统携带方便故采用3节5号电池供电，经测量电压为4.8V 符合系统电量需求。因为新电池开始放电会不稳所以加了电容滤波，这样使电源更加稳定。GPS系统电源系统电路图如图3-8所示：图3-8 GPS系统电源系统电路图3.3.3 GPS模块及其原理图经过查看资料购买的GPS模块为TTL电平，所以可以直接跟单片机通信，不用电平转换，模块的发送端TXD直接跟单

29、片机RXD相连即可。GPS模块及其原理图如图3-9所示： 图3-9 GPS模块及其原理图3.3.4 单片机系统及液晶电路如图3-10所示为单片机系统和液晶驱动电路，因为GPS模块波特率为9600bps所以单片机晶振选用11.0592M，单片机复位电路为上电复位，P3.2引脚接一个按键可以切换经纬度和时间的显示。本设计的液晶驱动电路为了和单片机连线方便故液晶数据口接的单片机P2口，RS，RW，EN分别接单片机P0.0P0.2，因为单片机P0口为开漏输出所以要加上10K的上拉电阻。图3-10 单片机系统和液晶驱动电路4 基于单片机的GPS软件设计4.1 NMEA-0183数据格式NMEA0183是

30、美国国家海洋电子协会（National Marine Electronics Association）为海用电子设备制定的标准格式。它是在过去海用电子设备的标准格式0180和0182的基础上，增加了GPS接收机输出的内容而完成的。目前广泛采用的是Ver 2.00版本。现在除少数早期的GPS接收机外，几乎所有的GPS接收机均采用了这一格式。此协议是为了在不同的GPS导航设备中建立统一的RTCM标准。这种格式的广泛使用使得GPS接收模块的通用化和互换性大大提高。这种格式所输出的语句采用的是ASCII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息。其串行通信默认参数为：波特

31、率=9600bps，数据位=8bit，开始位=1bit，停止位=1bit，无奇偶校验。帧格式形如：$aaccc,ddd,ddd,ddd*hh (1) “$”：帧命令起始位；(2) aaccc：地址域，前两位为识别符，后三位为语句名；(3) dddddd：数据； (4) “*”：校验和前缀； (5) hh:校验和（check sum），$与*之间所有字符ASCII码的校验和（各字节做异或运算，得到校验和后，再转换16进制格式的ASCII字符。） (6) :CR（Carriage Return） + LF（Line Feed）帧结束，回车和换行。4.1.1 输入语句NMEA-0183输入语句是指G

32、PS接收模块可以接收的语句。输入语句包括初始位置，时间，秒脉冲状态，差分模式，NMEA输出间隔等设置信息。这些语句是GPS接收机可以接受的语句。一般情况下初始化信息语句为PGRMI。 GPRMI，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)*hh(1) 纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）； (2) 纬度半球N（北半球）或S（南半球）； (3) 经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）； (4) 经度半球E（东经）或W（西经）； (5) UTC日期，ddmmyy（日月年）格式； (6) UTC时间，hhmmss（时分秒）格式； (7) 接收机命令

33、，A=自动定位，R=机器重新启动。4.1.2 输出语句LEA 5S的输出语句有十余种 ,其主要语句有GPALM（历书数据）、GPGGA(GPS标准数据,定位数据)、GPGSV（卫星状态）、GPGSA、GPRMC、GPVTG、PGRME、PGRMF、PGRMT、PGRMV（GARMIN定义的语句,3D速度信息）、LCGLL、LCVTG（NMEA标准语句）等。几种常用的数据格式如下：（1） GPS标准数据（GPGGA），其结构为：$GPGGA,a),b),c),d),e),f),g),h),i),j),k),l),m),n)*o) a) UTC时间，格式为hhmmss.sss；b) 纬度，格式为d

34、dmm.mmmm（前导位数不足则补0）；c) 纬度半球，N或S（北纬或南纬）；d) 经度，格式为dddmm.mmmm（前导位数不足则补0）；e) 经度半球，E或W（东经或西经）；f) 定位质量指示，0=定位无效，1=定位有效；g) 使用卫星数量，从00到12（前导位数不足则补0）；h) 水平精确度，0.5到99.9；i) 天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米 ；j) 高度单位，M表示单位米；k) 大地椭球面相对海平面的高度，-999.9到9999.9米；l) 高度单位，M表示单位米； m) 差分GPS数据期限（RTCM SC-104），最后设立RTCM传送的秒数量； n) 差分参

35、考基站标号，从0000到1023（前导位数不足则补0）； o) 校验和。（2） 可视卫星状态输出语句（GPGSV），其结构为：$GPGSV, a),b),c),d),e),f),g),., d),e),f),g),*h) a) 总的GSV语句电文数； b) 当前GSV语句号； c) 可视卫星总数，00至12； d) 卫星编号，01至32； e) 卫星仰角，00至90度； f) 卫星方位角，000至359度,实际值； g) 信噪比（C/No），00至99dB；无表未接收到讯号；h) 校验和。（3） 推荐最小GPS/TRANSIT数据（GPRMC），其结构为：$GPRMC, a),b),c),d)

36、,e),f),g),h),i),j),k),l)*hh其中“GP”为交谈识别符；“RMC”为语句识别符；“hh”为校验和，其代表了“$”与“*”之间所有字符的按位异或值（不包括这两个字符）。$GPRMC语句数据区的内容为：a) 定位点的协调世界时间（UTC），hhmmss（时分秒）格式；b) 定位状态，A有效定位，V无效定位；c) 定位点纬度，ddmm.mmmm（度分）格式；d) 纬度半球，N（北半球）或S（南半球）；e) 定位点经度，dddmm.mmmm（度分）格式;f) 经度半球，E（东经）或W（西经）；g) 地面速率，000.0999.9节；h) 地面航向，000.0359.9度；i)

37、UTC日期，ddmmyy（日月年）格式；j) 磁偏角，000.0180度；k) 磁偏角方向，E（东）或W（西）；l) 工作模式：A=自主，D=差分，E=评估，N=数据无效j。4.2基于单片机的GPS软件设计思路系统上电进行初始化，然后单片机开辟一段缓冲区，打开串口中断准备接收GPS数据包，接收完成后单片机从数据包中的$GPRMC 和$GPGGA语句提取经度、纬度和时间、日期并进行数据处理，然后驱动液晶进行显示。4.2.1 软件流程图软件流程图如4-1所示：系统初始化解析GPRMC、GPGGA数据并切换显示界面GPS是否已经连接GPS是否已经定位N Y N Y 图4-1 软件流程图4.2.2 主

38、函数部分main()lcd_system_reset(); /1602液晶初始化lcd_data_port = 0xff; lcd_bad_check();/液晶坏点检测 sys_init(); /系统初始化while(1) if(buf_full=0) dsp_count+; if(dsp_count=65000) /如果GPS没连接显示No GPS connect. lcd_command_write(0x01); lcd_write_string(0,0,No GPS connect.); while(buf_full=0); lcd_command_write(0x01); dsp_c

39、ount=0; else if(chk_key() /按键切换界面 page +;if(page = 3)page = 1; lcd_command_write(0x01); if(page = 1) /第一个界面 Dis_play1();/显示第一个界面 else if(page = 2)/第二个界面 Dis_play2(); /显示第二个界面 5 系统调试与实验结果完成了系统的硬件设计、制作和软件编程之后，将焊接无误的实物进行硬件和软件系统调试，使系统能够按照设计意图正常运行。5.1电路焊接的基础知识及注意事项5.1.1 电子元器件检测电板在焊接之前必须进行电子元器件检测，以防电子元器件损

40、坏。电子元器件的主要参数包括特性参数、规格参数和质量参数。特性参数用于描述电子元器件在电路中的电器功能；描述电子元器件的特性参数的数量称为他们的规格参数，规格参数包括称值、额定值和允许偏差值等；质量规格参数用于度量电子元器件的质量水平，通常描述了元器件的特性参数、规格参数随环境因素变化的规律，或者划定了他们不能完成功能的边界条件。5.1.2 电板焊接(1)生产工具、原材料电烙铁、锡条、助焊剂、斜口钳、镊子、插好元器件的线路板、切脚机。(2)手工焊锡的正确操作顺序l 准备施焊：准备焊锡丝和烙铁。强调的是烙铁头部要保持干净，即可以沾上焊锡（俗称吃锡）。l 加热被焊件：将烙铁接触接点，首先要保证烙铁

41、加热焊接各部件，其次要注意让烙铁头锥面接触热容量较大的焊件，烙铁头的侧面或边缘部分接触热容量较小的焊件，保证焊件均匀受热。l 熔化焊料：当焊件受热到熔化焊料温度后，将焊锡丝至于焊点，焊料开始熔化并温润焊点。l 移开焊锡：当熔化一定量的焊锡后，将焊锡丝焊锡丝移开。l 移开烙铁：当焊锡完全湿润焊点后以移开烙铁，注意移开烙铁的方向应该大于45度的方向。(3)焊点的要求l 焊点可靠，具有良好的导电性，必须防止虚焊。l 焊点应具有足够的机械强度。l 焊点表面应呈现光滑、清洁状态。5.1.3 电板焊接的注意事项(1) 在焊接之前，元器件不得插错、漏插现象；(2) 注意操作员双手及操作工具、设备卫生，确保产

42、品清洁；(3) 焊接不良的线路必须重焊；(4) 线路板不得有短路、断路、虚焊、少焊、铜箔脱落、堆锡现象；(5) 对于过高元件，如电解电容、三极管焊盘必须补焊到饱满；(6) 安全放置补焊烙铁，防止事故发生；(7) 发现电参数异常时，及时用仪器校队，避免误判。5.2 硬件调试硬件调试的主要任务是排除硬件故障，其中包括设计的错误和工艺性故障等。(1) 检查所设计的硬件电路板所有的器件和引脚是否正确。第一步，我用数字万用表进行了逐一对点的检查，检查各导线间是否有短路与开路的故障。第二步测输入5V电源（0V地）线是否与电路中的对应点的电源（地）线相连接是否正确；及检查开关是否正常，是否连接正确。测芯片管

43、座与芯片管座之间用导线连接起来的对应脚是否导通和截止。(2) 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。(3) 将程序代码经过Keil软件仿真生成的（.hex）文件，用编程器将生成的文件导入单片机STC89C52中。(4) 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12864显示结果是否符合设计要求。5.3 实验结果经过软件部分和硬件部分的调试，最后实现在GPS和单片机的理论知识基础上，选择合适的GPS接收模块和单片机处理接收的数据并且由液晶显示模块显示接收的数据。在此次设计过程中，主要熟悉了所选用的GPS接收模块的性能指标，学习了如何使用NMEA输出命令，

44、结合单片机的相关知识能实现对GPS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。总 结将GPS定位系统作为我们毕业设计的主要课题是经过我们深思熟虑之后作出的决定，同时也是对我们三年学习生活的总结与检验，通过学习与实践，我们受益匪浅。该系统设计了简易GPS定位系统，并结合虚拟GPS软件。有GPS软件产生导航电文，并将导航等电文通过虚拟串口发送给单片机。单片机处理之后在液晶屏上输出所采集到的位置、速度、时间等信息。通过这次毕业设计，对单片机的设计与运用，我付出了大量的时间，但是，我得到的收获远远不是这些时间可以衡量的，它将是我终生的财富，必将给我今后的学习和工作带来更多的收益。通过