简易GPS定位信息显示系统的设计

PAGEPAGEPAGEII阳泉职业技术学院毕业设计说明书毕业生姓名：何国杰专业：电气自动化技术学号：0507241071指导教师：刘爱萍所属系（部）：信息系二〇〇八年五月阳泉职业技术学院毕业设计评阅书题目：简易GPS定位信息显示系统的设计信息系电气自动化技术专业姓名何国杰设计时间：2008年03月17日~2008年05月18日评阅意见：成绩：指导教师：（签字）职务：200年月日阳泉职业技术学院毕业设计答辩记录卡信息系电气自动化技术专业姓名何国杰答辩内容问题摘要评议情况记录员：（签名）成绩评定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。专业答辩组组长：（签名）200年月PAGEPAGEii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阳泉职业技术学院毕业设计说明书PAGEPAGE36第一篇绪论第一章GPS概述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。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（GlobalPositioningSystem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（ColoradoSpings）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。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（GlobalPositioningSystem）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。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10-6，100km～500km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以内相对静态定位，仅需15～20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1～2分钟，动态相对定位测量时，流动站出发时观测1～2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。第三章本设计研究的内容和所做的工作第一节本设计研究的内容本设计是由AT89C52单片机控制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。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GPS25-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；3.6——6V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。GARMINOEM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CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes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）FlashROM·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1AT89C52单片机引脚图显示器件采用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0～9的显示。其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”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φ30μm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2～3mm）。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1.5～2.3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、TTL两种电平自动输出NMEA-01832.0格式（ASCⅡ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(SAoff)/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、19200bps可选数据格式：NEMAV2.0ASCII/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(LVCLVS或6-40V(HVCHVS)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-ohmmcx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℃-+储存温度：-40℃-+结构：单片集成主机板尺寸：45×69.8×11.8mm重量：40gNMEA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-TheNationalMarineElectronicsAssocia-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。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μPSD32××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4GPS25-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、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：

11G1Y1-1Y4输出控制，低电平有效，高电平高阻

21A1输入端，对应的输出为1Y1

32Y4输出端，对应的输入为2A4

41A2

52Y3

61A3

71Y2

81A4

92Y1

10GND地

112A1

121Y4

132A2

141Y3

152A3

161Y2

172A4

181Y1

192G2Y1-2Y4输出控制端

20VCC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22～47μF的低频电容，在中间的电源与地线间并上0.1μF左右的高频小电容去耦，每四个14脚以上的芯片附近也须加上22μF电解电容和0.1μF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GARMINGPS25-LVSOEM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GPS25-LVS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V2.0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，PGRMV，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$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<CR><LF>传送的信息说明如下：$GPGGA起始引导符及语句格式说明（本句为GPS定位数据）<1>UTC时间，时时分分秒秒格式<2>纬度，度度分分.分分分分格式（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，度度分分.分分分分格式（第一位零也将传送）<5>经度半球，E或W（东经或西经）<6>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<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，0.5到99.9<9>天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米M指单位米<10>大地水准面高度，-999.9到9999.9米M指单位米<11>差分GPS数据期限（RTCMSC-104），最后设立RTCM传送的秒数量（如无DGPS为0）<12>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$开始的所有ASCII码的校验和<CR>此项在GPS25-LVS板中不传送<LF>此项在GPS25-LVS板中不传送OEM板输出的信息可在PC机的超级中端中显示，也可在GARMIN公司提供的GPSCFG.EXE设置软件中显示，如在PC机上看到的实时接收GPGGA语句为$GPGGA,114641,3002.3232,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。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“$”，然后再接收信息内容，在收到“*”字符ASCⅡ码后再接收二个字节结束接收,然后根据语句标识区分出信息类别以对收到ASCⅡ码进行处理显示。注意：在处理北京时间时应在UTC时间上加上8小时才是准确的北京时，在超出24小时时应作减24小时处理。串口中断程序的处理流程如下图5。图5串口中断程序流程图第三章内存中的信息存放地址分配为了存放接收及处理后的时间及经纬度数据，在内存中划出了固定的空间。其中40H～5FH用于存放接收到的时间及经纬度数据，68H7FH存放处理后的时间及经纬度数据。内存中的信息存放地址分配表如表1所列。表1内存中的信息存放地址分配表5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H57H56H55H54H53H52H51H50H004641，3002.3232时分秒度分分小数部分接收时间信息存放单元接收纬度信息存放单元4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H47H46H45H44H43H42H41H40H,N/S,122061157,E/W,南北度分分小数部分东西纬度信息接收经度信息存放单元7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H77H76H75H74H73H72H71H70H0046410A0A300A020A0A0C时分秒不亮度分N处理后时间显示数据存放单元处理后纬度显示数据存放单元6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H1220A060A0B度分E处理后纬度显示数据存放单元第七篇控制程序编制和调试以下是简易GPS定位信息显示器单片机控制源程序：;******************************;*GPS方位显示系统*;******************************;用AT89C52单片机;本程序接收GPS的$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、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68H—7FH，时间接收数据在7AH—7BH（秒）、7CH—7DH（分）、;7EH—7FH（时）;定时器T2定义T2CONEQU0C8H;T2控制寄存器T2MODEQU0C9HTL2EQU0CCH;T2计数寄存器低字节TH2EQU0CDH;T2计数寄存器高字节TR2EQU0CAH;T2启动位RCAP2LEQU0CAH;T2计数重栽寄存器低字节RCAP2HEQU0CBH;T2计数重栽寄存器高字节DISPSPEQU2FH;显示首址指针SFLAGBIT00H;信息头标志OKG1FLAGBIT01H;G1OKPFLAGBIT02H;POKG2FLAGBIT03H;G2OKG3FLAGBIT04H;G3OKAFLAGBIT05H;AOKDFLAGBIT06H;OK;*******************中断入口程序*****************ORG0000HLJMPSTARTORG0003HRETIORG000BH RETIORG0013H RETI ORG001BH RETI ORG0023H LJMPINTS ORG002BH RETI;********************主程序*******************START:MOVPSW,#00H;设第0组寄存器MOVSP,#30H;设置堆栈指针MOVSCON,#01010000B;串口工作方式1(8BITUART)允许接收MOVT2CON,#00110000B;T2CONMOVA,#0B2HMOVTL2,A;设置波特率(4800)MOVRCAP2L,AMOVA,#0FFHMOVTH2,AMOVRCAP2H,AMOVR0,#40H;清40-7F内存单元MOVR7,#40HCLEARDISP:MOV@R0,#00HINCR0DJNZR7,CLEARDISPMOV20H,#00H;清标志单元MOVR0,#5FH;GPS数据在40-5F内MOVR3,#20H;接收32个数据SETBES;允许串口中断MOVIP,#00H;低优先级SETBREN;启动串口接收CLRTI;清串口发送中断标志位CLRRI;清串口接收中断标志位SETBTR2;启动定时计数器2SETBEA;开放所有中断START1:MOVDISPSP,#78H;显示首址为78HMOVR2,#03H;显示首址变化次数3START2:LCALLDISPLAYMOVA,DISPSPSUBBA,#08HMOVDISPSP,A;显示首址减8DJNZR2,START2MOVR2,#03HSJMPStart1;***********************显示程序*****************DISPLAY:MOVR4,#0FFHDISPLAY1:MOVR1,DISPSPMOVR5,#0FEHPLAY:MOVA,R5MOVP2,AMOVA,@R1MOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRMOVP0,ALCALLDL1MSINCR1MOVA,R5JNBACC.7,ENDOUTRLAMOVR5,AAJMPPLAYENDOUT:DJNZR4,DISPLAY1MOVP2,#0FFHMOVP0,#0FFHRETTAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,086H,0C8H;“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6”，“7”，“8”，“9”，“RET;**********************延时程序******************DL1MS:MOVR6,#14HDL1:MOVR7,#19HDL2:DJNZR7,DL2DJNZR6,DL1RET;*****************中断接收程序*******************INTS:PUSHACCJBCRI,RXINTSCLRTILJMPINTSOUTRXINTS:MOVA,SBUFJBDFLAG,DF;是$GPGGA，转AF接收时间数据JBAFLAG,AF;判断是否是“,”JBG3FLAG,G3F;判断是否是AJBG2FLAG,G2F;判断是否是第三个GJBPFLAG,PF;判断是否是第二个GJBG1FLAG,G1F;判断是否是PJBSFLAG,SF;判断是否是第一个GXRLA,#24H;判断是否是“$”JZSYESMOV20H,#00H;不是$,清所有标志LJMPINTSOUTSYES:SETBSFLAG;是$，设标志LJMPINTSOUTSF:XRLA,#47H;是第一个“G”吗？JZG1YES;是G，转G1yesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTG1YES:SETBG1FLAGINTSOUT:POPACCRETIG1F:XRLA,#50H;是“P”吗？JZPYES;是P，转PyesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTPYES:SETBPFLAGLJMPINTSOUTPF:XRLA,#47H;是第二个“G”吗？JZG2YES;是G，转G2yesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTG2YES:SETBG2FLAGLJMPINTSOUTG2F:XRLA,#47H;是第三个“G”吗？JZG3YES;是G，转G3yesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTG3YES:SETBG3FLAGLJMPINTSOUTG3F:XRLA,#41H;是“A”吗？JZAYES;是A，转AyesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTAYES:SETBAFLAGLJMPINTSOUTAF:XRLA,#2CH;是“,”吗？JZDYES;是“,”，转DyesMOV20H,#00HLJMPINTSOUTDYES:SETBDFLAGLJMPINTSOUT;接收GPS时间数据，共32个字节，在40-5F单元DF:MOV@R0,ADECR0DJNZR3,INTSOUTMOVR3,#20H;数字ASCⅡ码转换成数字MOVR0,#40HDF1:MOVA,@R0CLRCSUBBA,#30HMOV@R0,AINCR0DJNZR3,DF1MOVA,5FH;格林时转换成北京时间（时加8）MOVB,#10MULABADDA,5EHADDA,#08HCLRCCJNEA,#18H,DF2;是否大于24DF2:JCDF3SUBBA,#18H;大于24减24DF3:MOVB,#10;时十位、个位恢复为BCD码DIVABMOV5FH,AMOV5EH,BMOV7FH,5FH;将收到数据移入显示单元MOV7EH,5EHMOV7DH,5DHMOV7CH,5CHMOV7BH,5BHMOV7AH,5AHMOV79H,#0AHMOV78H,#0AHMOV77H,58HMOV76H,57HMOV75H,#0AHMOV74H,56HMOV73H,55HMOV72H,#0AHMOV71H,#0AHMOV70H,#0CHMOV6FH,4CHMOV6EH,4BHMOV6DH,4AHMOV6CH,#0AHMOV6BH,49HMOV6AH,48HMOV69H,#0AHMOV68H,#0BHMOVR3,#20HMOVR0,#5FHMOV20H,#00HLJMPINTSOUTEND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查样机线路的正确性，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求。应特别注意电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误，并重点检查扩展系统总线是否存在相互间的短路或与其它信号线的短路。对于样机所用电源事先必须单独调试，调试好后，检查其电压值、负载能力、极性等均符合要求，才能加到系统的各个部件上。在不插片子的情况下，加电检查各插件上引脚的电位，仔细测量各电位是否正常，尤其应注意单片机插座上的各点电位是否正常，若有高压，联机时将会损坏开发机。（二）联机调试通过脱机调试可以排除一些明显的硬件故障。有些硬件故障还是要通过联机调试才能发现和排除。联机前先断电，把单片机仿真器的仿真插头插到样机的单片机插座上，检查一下开发机与样机之间的电源、接地是否良好。一切正常，即可打开电源。通电后执行单片机仿真开发器读写指令，对用户样机的存储器、I/O端口进行读写操作、逻辑检查，若有故障，可用示波器观察有关波形（如选中的译码输出波形、读写控制信号、地址数据波形以及有关控制电平）。通过对波形的观察分析，寻找故障原因，并进一步排除故障。可能的故障有：线路连接上有逻辑错误、有断路或短路现象、集成电路失效等。在用户系统的样机（主机部分）调试好后，可以插上用户系统的其它外围部件如键盘、显示器、输出驱动板、A/D、D/A板等，再对这些部件进行初步调试。在调试中若发现用户系统工作不稳定，可能有下列情况：电源系统供电电源不足，联机时公共地线接触不良；用户系统主机板负载过大；用户系统各级电源滤波不完善等。对于工作不稳定的问题一定要认真查出原因，加以排除。软件调试方法：（一）软件调试方法与所选用的软件结构和程序设计技术有关

如果采用模块程序设计技术，则逐个模块调试好后，再进行系统程序总调试。如果采用实时多任务结构程序，一般逐个任务进行调试，下面进一步予以说明。（二）模块结构程序要一个个子程序分别调试。调试子程序时，一定要符合现场环境，即入口条件和出口条件。调试的手段可采用单步运行的方式和断点运行的方式，通过检查用户系统CPU的现场、RAM的内容和I/O口的状态，检测程序执行结果是否符合设计要求。通过检测，可以发现程序中的死循环错误、机器码错误及转移地址错误，同时也可以发现用户系统的硬件故障、软件算法及硬件设计错误。在调试过程中不断调整用户系统的软件和硬件，逐步通过一个个程序模块。各程序模块通过以后，可以把有关的功能块联合起来一起进行整体程序综合调试。在这个阶段若发生故障，可以考虑各子程序运行时是否破坏现场，缓冲单元是否发生冲突，标志位的建立和清除在设计上有否失误，堆栈区域是否溢出，输入设备的状态是否正常，等等。若用户系统是在单片机的仿真开发器的监控程序下运行时，还要考虑用户缓冲单元是否和监控程序的工作单元发生冲突。单步和断点调试后，还应进行连续调试，这是因为单步运行只能验证程序的正确与否，而不能确定定时精度、CPU的实时响应等问题。待全部调试完成后，应反复运行多次，除了观察稳定性以外，还要观察用户系统的操作是否符合原始设计要求、安排的用户操作是否合理等，必要时还要作适当的修改。（三）实时多任务结构程序调试方法与上述方法有许多相似之处，只是实时多任务操作系统的应用程序是由若干任务组成，一般是逐个任务进行调试，在调试某一个任务时，同时也调试相关的子程序、中断程序和一些操作系统的程序。逐个任务调试好以后，再使各个任务同时进行，如果操作系统中没有错误，一般情况下操作系统就能正常运行。（四）在全部调试和修改完成后，将用户软件固化于EPROM（或EEPOM）中，插入用户样机后，用户系统即能脱离开发机独立工作，至此系统的研制完成。本设计是按照上面的方法先进行电路板的静态测试，然后通电检测，再结合软件进行调试，最后接上GPS有源天线并将天线置于露天场所进行综合调试。性能分析本文介绍了简易GPS定位信息显示系统设计的方法。GPS应用越来越广泛，此设计只是应用的基础和开端。在实际应用中我们要结合各个领域的特殊情况和特定的技术需求，进行有针对性的处理和设计。GPS提供的定位信息包括了经度、纬度、海拔、速度、航向、磁场、时间、卫星个数及其编号等卫星信息，其接收数据方法类似，故本设计只是提取了其中的部分价值性较高的数据信息。GPS可通过NMEA输入命令对串行通讯参数进行设置，实现个性化显示格式，本设计只使用了其默认的设置参数。简易GPS定位信息显示系统的时间为原子钟时间，因此非常精确。而定位经纬度的误差是由OEM板的性能决定的，GPS25-LVS系列方位定位精度可达到10m左右，能满足一般应用项目的使用。结论本说明书讨论了简易GPS定位信息显示系统的设计,该设计是由单片机控制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。毕业设计是专科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。此次毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料，相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。

但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对电子元器件的不了解，等等。这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。总之，在做这次毕业设计的过程中，既复习了已学的专业知识，又学会了新的知识，是自己人生一次难得的学习经历，更是对自己综合能力的考验和提高！

参考文献一、工具书：[1]余锡存.单片机原理及接口技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000[2]贾好来.MCS-51单片机原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2006[3]楼然苗.单片机课程设计指导[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007[4]邱致和，王万义.GPS原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2001[5]电子电气综合实训系统使用说明书[M].北京：精仪达盛科技有限公司，2000[6]胡健.单片机原理及接口技术[M].北京：机械工业出版社，2005[7]戴佳，戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计[M].北京：电子工业出版社，2006[8]胡辉.单片机原理及应用设计[M].北京：水利水电出版社,2005[9]蔡明文，冯先成.单片机课程设计[M].武汉：华中科技大学出版社,2007[10]彭为.单片机典型系统设计实例精讲[M].北京:电子工业出版社,2006二、参考资料:[1]刘振峰.浅谈智能车辆的GPS定位和推算定位技术[J].科技情报开发与经济,2003.5[2]周海燕.基于GP2015射频前端电路的GPS的接收机设计[J].大众科技,2007.12[3]肖剑飞.嵌入式GPS通用卫星模拟器的设计与实现[J].空间电子技术,2007.4[4]黄少锋,张尊泉,邓斌,黄斌.基于单片机采集与显示GPS定位信息系统的设计[J].空军雷达学院学报,2007.1[5]王占猛.GPS与单片机接口程序设计[J].电子测试,2007,7

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