論文基于GPSOEM板與單片機(jī)的液晶顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于GPS-OEM板與單片機(jī)的液晶顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：介紹了GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）接收OEM板的工作原理以及要采用的液晶顯示模塊的工作特性，給出了GPS-OEM板與單片機(jī)及液晶顯示模塊之間的一種硬件接口電路，提供了GPS的一種輸出數(shù)據(jù)格式及其接收和參數(shù)提取方法，最后給出了部分軟件流程圖。關(guān)鍵詞：全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)；單片機(jī)；液晶Design for a LCD System Based on GPS-OEM Card and MicroControllerAbstract: The paper introduces the working principle of GPS-OEM card an

2、d the speciality of LCD,and presents a interface circuit between GPS card and MCU system.Then it introduces a GPSs data format, and works out a way to receive it and retrieve the information.In the end, it shows a part of software flow.Key words: GPS; MicroController; LCD引言全球定位系統(tǒng)（GPS）是利用24 顆GPS衛(wèi)星所發(fā)射

3、的信號(hào)構(gòu)建的，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。利用GPS而建立的實(shí)時(shí)導(dǎo)航、定位、授時(shí)系統(tǒng)目前已被廣泛應(yīng)用。本文介紹使用GARMIN公司的GPS25-LVS系列OEM (Original Equipment Manufacturer)接收板及單片機(jī)89C51實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)間、經(jīng)緯度等綜合信息用液晶模塊JHD162顯示的設(shè)計(jì)。 1 GPS-OEM板的工作原理以及液晶模塊的工作特性1.1 GPS-OEM板的工作原理GPS-OEM板在加電啟動(dòng)完成初始化之后，將自動(dòng)從天線接收來自GPS衛(wèi)星發(fā)送的射頻信號(hào)，經(jīng)濾波放大、下變頻、相關(guān)、混頻等一系列處理過程，然后通過并行通道完

4、成對(duì)其視界內(nèi)幾何位置最佳的數(shù)顆衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，并測(cè)量出信號(hào)從衛(wèi)星到接收天線的傳播時(shí)間，從而解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，進(jìn)而計(jì)算出經(jīng)度、緯度、海拔高度、速度、日期、時(shí)間、航向以及衛(wèi)星狀況等信息。因此，GPS接收板只要處于工作狀態(tài)就會(huì)源源不斷地接收并計(jì)算出的GPS導(dǎo)航定位信息，并且可以使用串口將這些數(shù)據(jù)傳送給外部的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息提取處理。本文采用的GPS25-LVS系列OEM接收板采用12腳的接口，接口各引腳的功能如圖1所示。設(shè)計(jì)中使用了串口第4引腳的數(shù)據(jù)輸出給單片機(jī)進(jìn)行信息處理，第12引腳的NMEA輸出可用于PC機(jī)對(duì)OEM接收板進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。Fig.1 GPS25LVS引腳示意圖引

5、腳定義功能如下：pin1: TXD2 串口2輸出pin2: RXD2 串口2輸入pin3: PPS 秒脈沖輸出pin4: TXD1 串口1輸出pin5: RXD1 串口1輸入pin6: RST 復(fù)位pin7: VAUX 輔助后備電池充電輸入pin8: GND 電源地pin9: VIN 電源Vcc:+3.6-6.0VDCpin10:VIN 同上pin11:NC 保留pin12:NMEA 輸出NMEA語句1.2 液晶模塊的工作特性JHD162屬于字符/圖形點(diǎn)陣LCD模組，如圖2它的主要特性如下：電參數(shù)(VDD=5.0V 10%,VSS=0V,Ta=25 )顯示內(nèi)容16字符 x 2行字符點(diǎn)陣5 x

6、8點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式1/16D1615141312111098763542116PINLCDVSSVCCVEERSR/WEL+L-D7D6D0D1D2D3D4D5Fig.2 JHD162引腳示意圖引腳定義功能如下：VCC：+5V電源；VSS和VEE中間接滑動(dòng)變阻器可以改變液晶屏的背景光亮度；RS：數(shù)據(jù)、指令選擇信號(hào)R/W：讀寫選擇信號(hào)E：讀寫使能信號(hào)D0-D7：數(shù)據(jù)總線L+是LED+，背光正電源端L-是LED-，接地端2 單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件接口電路設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)與LCD的硬件接口電路設(shè)計(jì)單片機(jī)與LCD硬件連接參考，如圖3所示。Fig.3 單片機(jī)和LCD的硬件連接圖7 / 7文檔可自由編輯打印其中

7、需要注意的是單片機(jī)的P0.0-P0.7口作為數(shù)據(jù)端口使用時(shí)需要加上拉電阻，這里使用排阻，阻值大小為1K。2.2 單片機(jī)與GPS-OEM板的硬件接口電路設(shè)計(jì)GPS-OEM板與單片機(jī)硬件連接參考，如圖4所示。Fig.4 GPS-OEM板與單片機(jī)89C51的硬件連接圖由于GPS的第4引腳輸出的是RS232電平，單片機(jī)的9腳只能接收TTL電平，因此我們需要使用電平轉(zhuǎn)換器件MAX232實(shí)現(xiàn)。此外為了實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD屏的翻頁功能，我們?cè)趩纹瑱C(jī)的P1.3口添加了一個(gè)按鍵。 3 單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 31 GPS25-LVS的信息輸出格式 GPS25-LVS的通信波特率默認(rèn)值為4800，1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位

8、，1個(gè)停止位，無奇偶校驗(yàn)。采用美國國家海洋電子協(xié)會(huì)制定的NMEA-0183通信標(biāo)準(zhǔn)格式。其輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCII碼，內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向以及衛(wèi)星狀況等信息，常用的語句有GGA、GSV、RMC?？梢酝ㄟ^與之匹配的專用設(shè)置軟件Snsrcfg發(fā)送相應(yīng)的命令語句給OEM板，把GPS板設(shè)置為每隔若干毫秒發(fā)送哪種或哪幾種NMEA語句，然后該OEM板將這些設(shè)置參數(shù)存儲(chǔ)到板上的EEPROM芯片內(nèi)，此后該OEM 板將按照這些設(shè)置每隔相應(yīng)的毫秒數(shù)發(fā)送出一個(gè)或幾個(gè)GPS輸出NMEA語句。本文應(yīng)用的語句為RMC記錄語句并設(shè)成每1000ms發(fā)送一次。一條完整的$GPRMC語句的傳輸格式

9、為：$GPRMC,*hh 當(dāng)前位置的格林尼治時(shí)間，格式為hhmmss； 狀態(tài), A為有效位置, V為非有效接收警告，即當(dāng)前接收到的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于3顆； 緯度, 格式為ddmm.mmmm； 標(biāo)明南北半球, N 為北半球，S 為南半球； 經(jīng)度，格式為dddmm.mmmm； 標(biāo)明東西半球，E 為東半球，W 為西半球； 地面上的GPS接收器的移動(dòng)速度，范圍為0.0999.9； 方位角，范圍為000.0359.9； 日期, 格式為ddmmyy； 地磁變化，從000.0180.0； 地磁變化方向，為E或W。GPS輸出的信息可在PC機(jī)上使用串口調(diào)試助手顯示，也可在GARMIN公司提供的Snsrcfg設(shè)置軟件中

10、顯示，例如在PC機(jī)上看到的實(shí)時(shí)接收GPGGA語句為： $GPRMC,103320,A,4350.9522,N,12524.0614,E,000.0,000.0,130507,009.1,W*50 這是一條GPS定位數(shù)據(jù)信息語句，涵義是UTC時(shí)間為10時(shí)33分20秒，位置在北緯43度50.9522分，東經(jīng)125度24.0604分，移動(dòng)速度為0，移動(dòng)范圍為0，日期為2007年5月13日，地磁變化為9.10，地磁變化方向?yàn)槲?，校?yàn)和為50H。 32 單片機(jī)的信息接收處理 GPS 板只要處于工作狀態(tài)就會(huì)源源不斷地把接收并計(jì)算出的GPS導(dǎo)航定位信息通過串口傳送到單片機(jī)系統(tǒng)中。假如對(duì)信息不經(jīng)過處理直接送到

11、LCD顯示的話，那么在液晶屏上出現(xiàn)的將是從串口接收到的一長串的ASCII碼字節(jié)流，這樣沒有經(jīng)過分類提取的信息是無法利用的。因此，必須通過程序?qū)€(gè)人所需要的信息從接收到的字節(jié)流中提取出來，然后才能送到LCD顯示，這樣才能夠做到一目了然，本文提取的信息是日期、時(shí)間、經(jīng)緯度信息。對(duì)GPS信息進(jìn)行提取必須首先明確其幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。對(duì)于不同的數(shù)據(jù)幀，其幀頭是不同的，主要有$GPGGA、$GPGSV以及$GPRMC等。本文只需使用RMC信息，因此我們用軟件Snsrcfg設(shè)置OEM板只輸出RMC數(shù)據(jù)即可，這樣我們就省去了判斷是何種數(shù)據(jù)類型的麻煩。在單片機(jī)串口收到信息后，首先判別

12、是否為語句引導(dǎo)頭“$”，然后再接收信息內(nèi)容，在收到“*”字符ASC碼后再接收二個(gè)字節(jié)結(jié)束接收,然后根據(jù)語句標(biāo)識(shí)區(qū)分出信息類別以對(duì)收到ASC碼進(jìn)行處理顯示。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是，由于GPS輸出記錄中各ASCII碼字段的位數(shù)可能隨著實(shí)際測(cè)量計(jì)算出的定位數(shù)據(jù)的不同而有所變化，因此在進(jìn)行識(shí)別、分解、解析記錄中各字段時(shí)必須以逗號(hào)分割符“，”作為各字段的分割標(biāo)志，而不應(yīng)該以各字段的字符位數(shù)作為分割各字段的依據(jù)，否則將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的數(shù)據(jù)錯(cuò)位。同樣需要注意的是在處理北京時(shí)間時(shí)應(yīng)在UTC時(shí)間上加上8小時(shí)才是準(zhǔn)確的北京時(shí)，在超出24小時(shí)時(shí)應(yīng)作減24小時(shí)處理。軟件流程圖參考如下： 串行中斷 Y返回再一次接收$GPRMC

13、語句置現(xiàn)實(shí)更新標(biāo)志接收并放入緩沖區(qū) N判斷幀頭是不是$GPRMC？Y整條語句接收是否完畢？N有鍵按下？開始N有鍵按下？Y返回延時(shí)5msNY等待鍵盤釋放Fig.5 串行中斷接收程序流程圖 Fig.6 鍵盤程序流程圖本文顯示的經(jīng)緯度信息和日期時(shí)間信息格式如下：開始N: 43o50.952小時(shí)加8E: 125o24.061Fig.7 LCD第一頁顯示經(jīng)緯度Y小時(shí)減24=24?N2007/05/1218：33上層顯示日期下層顯示時(shí)間XX：XXFig.8 LCD第二頁顯示日期時(shí)間返回 Fig.9 北京時(shí)間顯示流程圖4 結(jié)語本文在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，給出了完整的硬件電路，并給出了部分軟件流程圖。這里介紹的液晶顯示系統(tǒng)的硬件接口電路以及對(duì)GPS的定位導(dǎo)航信息的接收和定位數(shù)據(jù)的提取方法已通過驗(yàn)證，能夠提供準(zhǔn)確可靠的日期時(shí)間以及經(jīng)緯度信息的顯示。由于串行接收和數(shù)據(jù)解析方法以及數(shù)據(jù)幀內(nèi)其