基于51单片机的GPS经纬度测量仪设计与制作

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目录

1产品功能分析.........................................................................................................2

2设计方案遴选.........................................................................................................2

2.1单片机的选择..........................................................................................2

2.2系统框图设计..........................................................................................3

3产品硬件设计.........................................................................................................3

3.1STC89C51RC单片机核心电路设计.............................................................3

3.2按键电路设计..........................................................................................5

3.3LCD1602液晶显示模块电路.......................................................................6

3.4VK2635U7G5LFGPS信号接收模块电路.....................................................7

4产品软件设计.........................................................................................................8

4.1主程序流程图..........................................................................................9

4.2LCD1602液晶显示程序设计.....................................................................10

4.3程序........................................................................................................11

4.4产品程序清单........................................................................................11

5产品使用说明.......................................................................................................12

5.1产品装配图............................................................................................12

5.2产品调试................................................................................................12

5.3产品使用说明........................................................................................13

6产品设计技术标准...............................................................................................15

7参考资料...............................................................................................................15

附录.............................................................................................................................15

附录1元器件清单.......................................................................................15

附录2电路原理图.......................................................................................16

附录3PCB设计图........................................................................................17

附录4产品实物图.......................................................................................18

附录5主程序代码.......................................................................................19

8致谢.......................................................................................................................24

1

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基于51单片机的经纬度测量仪设计与制作

1产品功能分析

产品的功能是通过VK2635U7G5LFGPS信号接收模块定位信号，然后通过

VK2635U7G5LFGPS信号接收模块的发送和接收端来给单片机进行处理。这是一

个尺寸小、方便携带、能够单独使用的实时的定位导航产品。

首先接上电源，给电源上电；再按下控制电源的开关，这时液晶显示屏上

会出现GPSSearching...，当GPS接收到信号时，液晶显示屏上第一行显示时

间，第二行显示卫星数、精度，过一会后第一行显示经度、第二行显示纬度。

按下按键，GPS重新接收信号。

这个产品在设计时运用了模块化的思想，把产品分为几个模块，主要是因

为产品在分为几个模块后方便软件的调试，也方便当产品出现问题时也能更好

的发现出错的原因，该产品在设计时分为了三个模块，分别是单片机模块，

LCD1602液晶显示模块和VK2635U7G5LFGPS信号接收模块。

2设计方案遴选

当进行硬件搭建电路前一定要选择好且合适的产品器件，来使器件发挥完

美的功能和实现应有的成品效果。要得到一个完整的GPS经纬度测量仪就需

要由很多个零部件组合而成，有很多个不同的模块可以用来供给我们选择，这

就需要我们在经济水平以及产品兼容性上来考虑，产品的基本形式是由定位功

能和显示功能组成。

2.1单片机的选择

方案1：使用STM32系列单片机

STM32系列单片机主要是为需求成本低,功耗低,性能高的微控制器，是一

款适用于嵌入式应用设计的ARM，因为STM32单片机中应用的内核具有先进的

架构，所以使得这个单片机在实施性能和功耗方面都具有很强的表现，因此在

集成和整合方面就有了比较大的优势，开发起来也非常的方便。但对于一个学

生来讲STM32单片机成本偏高，使用起来也较为复杂。

2

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方案2：使用51系列单片机

51单片机既是一个非常简单容易上手，同时又是一个十分经典的单片机，

从里面的硬件到软件都有一套完整的操作系统，功能十分完备，所以使用起来

也非常简单。但是51单片机对芯片的保护能力比较差，很容易就会把芯片烧

坏。

综合自己的能力、产品功能的需求、技术成熟程度以及成本，所以我选择

了51系列的单片机。

2.2系统框图设计

产品系统框图的设计如下：

图2.1系统框图

3产品硬件设计

这个产品是由STC89C51RC单片机组成的系统，LCD1602液晶显示器，按键

模块，GPS模块以及电源组成。主要利用GPS模块检测到的实际的参数值，再

把GPS模块收到的实际的参数值显示在LCD1602液晶显示器上面来。电路板

上面一共有两个按键，一个是电源的开关按键，另一个是复位按键。

3.1STC89C51RC单片机核心电路设计

STC89C51RC是采用8051核芯片。选择这款芯片主要是因为本设计并不需

要最小功耗或者最强性能，而且简单容易上手，所以这款芯片使用广泛，有非

常不错的学习价值。

使用STC89C51RC单片机核心芯片的原因是它的优点有：

1.不需要专用的编程器，可以通过串口直接下载程序；

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2.具有EEPROM功能；

3.具有看门狗功能；

4.有2个16位定时器/计数器

5.拥有通用异步串行口

STC89C51RC单片机原理图如下图所示：

图3.1STC89C51RC单片机原理图

4

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STC89C51RC单片机实物图如下图所示：

图3.2STC89C51RC单片机实物图

3.2按键电路设计

按键这种电子开关，按下按键就可以实现电路的连通，松开按键即可断开

电路的连通。在这个按键设计内，按键是一个系统的输入，要想实现对该系统

的输入。这个单片机控制按键的引脚默认是低电平，按键按下，单片机控制按

键的引脚变为高电平。

按键电路原理图如下图所示：

图3.3按键电路原理图

5

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3.3LCD1602液晶显示模块电路

LCD1602液晶显示模块是一种广泛使用的字符型液晶显示模块。它是由字

符型液晶显示屏、控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100，以及

少量电阻、电容元件和结构件等装配在PCB板上而组成。显示容量为16×2即

32个字符。

液晶显示模块原理图如下图所示：

图3.4液晶显示模块原理图

液晶显示模块实物图如下图所示：

图3.5液晶显示模块实物图

6

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3.4VK2635U7G5LFGPS信号接收模块电路

VK2635U7G5LFGPS信号接收模块是一款使用起来非常方便的GPS信号接收

模块。

VK2635U7G5LFGPS信号接收模块原理图如下图所示：

图3.6VK2635U7G5LFGPS信号接收模块原理图

VK2635U7G5LFGPS信号接收模块引脚功能表

引脚名称功能描述

1PPS时间标准脉冲输出

2VCC系统主电源,供电电压为+3.3V~+5V,工作时消耗电流约25mA

3TXUART/TTL接口,可选RS232_TXD

4RXUART/TTL接口,可选RS232_RXD

5GND接地

6EN电源使能，高电平/悬空模组工作，低电平模组关闭

7

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VK2635U7G5LFGPS信号接收模块实物图如下图所示：

图3.7VK2635U7G5LFGPS信号接收模块实物图

4产品软件设计

本产品采用了C语言，KEIL5编程环境，采用的是简单的模块化设计，由

多个程序和模块化程序组成的整体程序。

8

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4.1主程序流程图

图4.1主程序流程图

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在主程序初始化以后，下一步开始运行的就是不断重复的检查各模块部分

的标记，如果在这个区域设置了有I/O输入的话，就代表要处理相应的数据，

接着软件主程序就会开始调用对应的处理子模块进行数据处理工作，如图上所

示。

4.2LCD1602液晶显示程序设计

在整个LCD显示系统工作中，当LCD1602进行了初始化之后，该系统进行

延时，再者芯片收到GPS传达的数据之后，由芯片进行处理分析，然后把数据

传输入LCD1602显示屏中。

显示程序流程图如下：

图4.2显示程序流程图

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4.3程序

在对计算机程序的编写完毕之后，便需要通过软件对所编写的程序进行测

试以及编译，若是不能通过编译，则需要再进行修改。

图4.3程序编译图

4.4产品程序清单

图4.4程序清单

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5产品使用说明

5.1产品装配图

产品是由单片机，GPS模块，LCD液晶显示模块，电源开关和按键组成。

装配图如下：

图5.1产品装配图

5.2产品调试

检查单片机所有的元件都必须手工焊接到万能板之上，而且还必须对每一

个焊点进行仔细检查，确保没有虚汗漏焊，以及是否有毛刺等。使用万能表进

行测试板件，查看各焊点连接状况是否合格，再检查各电源线与地线是否有短

路的现象。对产品进行上电检查。将编写的程序烧录到单片机之中。

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程序烧录成功界面如下图：

图5.2程序烧录图

5.3产品使用说明

首先接上电源，给电源上电；再按下控制电源的开关，这时液晶显示屏显

示GPSSearching...，如下图所示：

图5.3.1

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当GPS模块接收到信号时，LCD液晶显示屏第一行显示时间，第二行显示

卫星数、精度，如下图所示：

图5.3.1

过一会后第一行显示经度、第二行显示纬度,如下图所示：

图5.3.1

按下按键，GPS重新接收信号。

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6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

7参考资料

[1]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].北京：科学出版社，2003.

[2]王惠南.GPS导航原理与应用[M]，北京：科学出版社，2003.

[3]潘永雄.新编单片机原理与应用[M]，西安：西安电子科技大学出版社，2003.

[4]张鹏.单片机原理及应用[M]，成都：电子科技大学出版社，2004.

[5]李洪涛.GPS应用程序设计[M]，北京：科学出版社，1999.

附录

附录1元器件清单

CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity

10ufCapacitorC1CAPPA9.9-6.7X2.5电解电容1

30CapacitorC3,C4CAPNTO2.54-3.56x2.03CAP2

LCD1602D2LCD1602LCM16021

GPSConnectorG1HDR1X6CON61

RESETK1HDR1X2KEY1

POWERP1HDR1X3POWER1

10KR4,R6AXIAL-0.3RES22

1KR7AXIAL-0.3RES21

10KRP1HDR1X9RP81

SWITCHSWITCHS1HDR2X3SWITCH1

STC89C51RCU1DIP40AT89C511

11.0592MHzCrystalY1AXIAL-0.4CRYSTAL1

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

正面

反面

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附录5主程序代码

//基于51单片机的GPS经纬度定位仪设计与制作

//20移动互联应用技术1班丁方圣

#include<REG52.h>

#include<uart.h>

#include<lcd1206.h>

#include<gps.h>

#defineLCM_DataP0//将P0口定义为LCM_Data

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

//1602的控制脚

sbitlcd1602_rs=P2^7;

sbitlcd1602_rw=P2^6;

sbitlcd1602_en=P2^5;

#defineRsBuf_N800

unsignedcharxdataRsBuf[RsBuf_N];

ucharcodesousuo[]="GPSSearching...";

uintRsPoint;

bitdis_flag=0;

unsignedlongweidunum=0;

unsignedlongjingdunum=0;

//============================================================

//==========================LCD1602===========================

//============================================================

//----------------延时函数，后面经常调用----------------------

voiddelay(uintxms)//延时函数，有参函数

{

uintx,y;

for(x=xms;x>0;x--)

for(y=10;y>0;y--);

}

//--------------------------写指令---------------------------

voidwrite_1602com(ucharcom)

{

lcd1602_rs=0;//数据/指令选择置为指令

lcd1602_rw=0;//读写选择置为写

P0=com;//送入数据

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delay(1);

lcd1602_en=1;

delay(1);

lcd1602_en=0;

}

//-------------------------写数据-----------------------------

voidwrite_1602dat(uchardat)//

{

lcd1602_rs=1;//数据/指令选择置为数据

lcd1602_rw=0;//读写选择置为写

P0=dat;//送入数据

delay(1);

lcd1602_en=1;

delay(1);

lcd1602_en=0;

}

//-------------------------初始化-------------------------

voidlcd_init(void)

{

uchari;

write_1602com(0x38);

write_1602com(0x0c);//开显示不显示光标

write_1602com(0x06);

write_1602com(0x01);//清显示

delay(1000);

write_1602com(0x80);

for(i=0;i<16;i++)

write_1602dat(sousuo[i]);

}

voiduart_rx(void)interrupt4using3

{

EA=0;

if((RsPoint<RsBuf_N)&&RI)//必须判断RI是否为1

{

RI=0;

if(SBUF=='$')

RsPoint=0;

RsBuf[RsPoint++]=SBUF;

}

EA=1;

}

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//========================主函数========================

voidmain(void)

{

uinti;

ucharshi;

lcd_init();

Uart_init();

for(i=0;i<RsBuf_N;i++)

RsBuf[i]='0';

while(1)

{

if(RsBuf[0]=='$'&&RsBuf[1]=='G'&&RsBuf[2]=='P'&&RsBuf[3]=='G'&&RsBuf[4]

=='G'&&RsBuf[5]=='A'&&RsBuf[44]!='0')

{

if(RI==0&&((RsBuf[30]-48)*100+(RsBuf[31]-48)*10+(RsBuf[32]-

48))>=0&&((RsBuf[30]-48)*100+(RsBuf[31]-48)*10+(RsBuf[32]-48))<=180)

{

TR0=1;

if(dis_flag==0)

{

write_1602com(0x80);

write_1602dat('T');

write_1602dat('i');

write_1602dat('m');

write_1602dat('e');

write_1602dat(':');

shi=((RsBuf[7]-0x30)*10+(RsBuf[8]-0x30)+8)%24;

write_1602dat(shi/10+0x30);

write_1602dat(shi%10+0x30);

write_1602dat('-');

write_1602dat(RsBuf[9]);

write_1602dat(RsBuf[10]);

write_1602dat('-');

write_1602dat(RsBuf[11]);

write_1602dat(RsBuf[12]);

write_1602dat('');

write_1602dat('');

write_1602dat('');

write_1602com(0xc0);

write_1602dat('W');

write_1602dat('X');

write_1602dat(':');

21

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write_1602dat(RsBuf[46]);

write_1602dat(RsBuf[47]);

write_1602dat('');

write_1602dat('');

write_1602com(0xc7);

write_1602dat('J');

write_1602dat('D');

write_1602dat(':');

write_1602dat(RsBuf[49]);

write_1602dat(RsBuf[50]);

write_1602dat(RsBuf[51]);

write_1602dat(RsBuf[52]);

write_1602dat('');

write_1602dat('');

}

else

{

jingdunum=(((RsBuf[30]-48)*100000000)+((RsBuf[31]-

48)*10000000)+((RsBuf[32]-48)*1000000))+(((((RsBuf[33]-48)*10)+(RsBuf[34]-

48))*100000)/6)+(((((RsBuf[36]-48)*1000)+((RsBuf[37]-48)*100)+((RsBuf[38]-

48)*10)+(RsBuf[39]-48))*10)/6);

write_1602com(0x80);

write_1602dat('J');

write_1602dat('D');

write_1602dat(':');

write_1602dat(jingdunum/100000000+0x30);

write_1602dat(jingdunum%100000000/10000000+0x30);

write_1602dat(jingdunum%10000000/1000000+0x30);

write_1602dat('.');

write_1602dat(jingdunum%1000000/100000+0x30);

write_1602dat(jingdunum%100000/10000+0x30);

write_1602dat(jingdunum%10000/1000+0x30);

write_1602dat(jingdunum%1000/100+0x30);

write_1602dat(jingdunum%100/10+0x30);

write_1602dat(jingdunum%10+0x30);

write_1602dat(RsBuf[42]);

write_1602dat('');

write_1602dat('');

weidunum=((Rs