基于51單片機(jī)的GPS定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、第一章 51單片機(jī)概述- 1 -1.1 單片機(jī)概述- 1 -1.2 51單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及性能- 1 -1.2.1 結(jié)構(gòu)組成- 1 -1.2.2 80C51單片機(jī)引腳介紹- 2 -1.2.3 單片機(jī)主要部件功能- 3 -1.3 8255芯片介紹- 4 -1.3.1 工作原理- 5 -1.3.2 工作方式- 5 -1.4 8250芯片介紹- 6 -1.5 LCD液晶顯示器介紹- 6 -第二章 GPS定位系統(tǒng)簡介- 7 -2.1 GPS定位系統(tǒng)的發(fā)展- 7 -2.2 GPS定位系統(tǒng)的基本原理- 7 -2.3 GPS模塊的主要技術(shù)參數(shù)- 8 -2.4 GPS定位系統(tǒng)的組成部分- 8 -2.5 G

2、PS定位的流程- 9 -2.6 GPS定位系統(tǒng)的特點(diǎn)- 9 -第三章 硬件連接電路- 11 -3.1 電路設(shè)計(jì)要求與目的- 11 -3.2 電路設(shè)計(jì)原理- 11 -3.3 GPS與單片機(jī)、LCD的電路連接- 12 -第四章 軟件設(shè)計(jì)- 13 -4.1 系統(tǒng)工作流程- 13 -4.2 軟件的設(shè)計(jì)- 13 -4.2.1 程序框圖- 13 -4.2.2 實(shí)驗(yàn)連線- 15 -4.2.3 運(yùn)行實(shí)驗(yàn)程序GPS.ASM- 15 -4.3 數(shù)據(jù)顯示與分析- 17 -4.3.1 數(shù)據(jù)顯示- 17 -4.3.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析- 17 -第五章 實(shí)驗(yàn)總結(jié)- 19 -參考文獻(xiàn)- 20 -第一章 51單片機(jī)概述1.1

3、單片機(jī)概述單片機(jī)（Single chip microcomputer）微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)。單片機(jī)誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段，早期的SCM單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上發(fā)展出了MCS51系列MCU系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)（最小系

4、統(tǒng)），和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。1.2 51單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及性能AT89S51單片機(jī)與Intel公司的MCS-51單片機(jī)系列的80C51型號(hào)單片機(jī)在芯片結(jié)構(gòu)與功能上基本相同，外部引腳完全相同。主要不同點(diǎn)是89系列產(chǎn)品中程序存儲(chǔ)器全部采用快擦寫存儲(chǔ)器，簡稱閃存。AT89S51單片機(jī)與AT89C51單片機(jī)主要不同點(diǎn)是增加了ISP串行接口（可實(shí)現(xiàn)串行下載功能）和看門狗定時(shí)器。 結(jié)構(gòu)組成單片機(jī)集成了一臺(tái)微

5、型計(jì)算機(jī)的各個(gè)主要部分，其中主要由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備等構(gòu)成，各部分通過內(nèi)部總線相連。其主要功能部件如下：l 8位中央處理單元(CPU)l 128B/256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAMl 4KB/8KB的片內(nèi)ROM/EPROMl 4個(gè)8位并行I/O口P0-P3l 2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器l 5個(gè)中斷源l 1個(gè)全雙工的UART（通用異步接收、發(fā)送器）l 片內(nèi)振蕩與時(shí)鐘產(chǎn)生電路組成框圖如下圖所示：圖中的P0、P1、P2、P3為4個(gè)可編程I/O口，TED、RXD為串行口的輸入、輸出端，以上各部分通過總線相連。AT89C51/AT89C51與AT89S51/AT89S51在結(jié)構(gòu)上的主要不同點(diǎn)是沒有看

6、門狗、雙DPTR和ISP端口。在AT89S51單片機(jī)內(nèi)部除了有CPU、RAM、ROM和定時(shí)器、串行口等主要功能部件外，還有驅(qū)動(dòng)器、指令寄存器、鎖存器、地址寄存器等輔助電路部分。 80C51單片機(jī)引腳介紹單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。 電源: VCC - 芯片電源，接+5V； VSS - 接地端； 時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 控制線:控制線共有4根： ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程

7、脈沖。 PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。 RST/VPD:復(fù)位/備用電源。 RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。 EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。 Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。 I/O線80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線）。 單片機(jī)主要部件功能1. 中央處理器（CPU）中央處理器是單片機(jī)最核心的部分，主要完成運(yùn)算和控制功能，這一點(diǎn)與通用的

8、微處理器基本相同，只是它的控制功能更強(qiáng)。80C51系列的CPU是一個(gè)字長為8位的中央處理單元，它對(duì)數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進(jìn)行的。在執(zhí)行程序中起關(guān)鍵作用的是。CPU的主要由運(yùn)算器與控制器這兩大部分組成。.控制器控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制計(jì)算機(jī)工作的部件，它的功能是接收來自存儲(chǔ)器中的逐條指令，進(jìn)行指令譯碼，并通過定時(shí)和控制電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的全部內(nèi)部控制信息及CPU外部所需控制信號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的各種操作。它由指令部件、時(shí)序部件、操作控制部件等三部分組成。指令部件由16位程序計(jì)數(shù)器PC、8位指令寄存器、8位指令譯碼器等組成。.運(yùn)算器運(yùn)算器是用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)

9、算和邏輯操作的執(zhí)行部件，包括算術(shù)/邏輯部件ALU、累加器ACC、暫存寄存器、程序狀態(tài)字PSW、通用寄存器、BCD碼運(yùn)算調(diào)整電路等。2. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放變化的數(shù)據(jù)。在80C51單片機(jī)中通常把控制與管理寄存器（簡稱專用寄存器）在邏輯上劃分在內(nèi)部RAM中，因?yàn)槠涞刂放cRAM是連續(xù)的。AT89S51單片機(jī)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間為256個(gè)RAM單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供用戶使用的僅有前面的128個(gè)，后128個(gè)被專用寄存器占用。3. 程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM）程序存儲(chǔ)器用于存放程序和固定的常數(shù)。通常采用只讀存儲(chǔ)器，只讀存儲(chǔ)器有多種類型，89系列單片機(jī)中全部采用了閃存，51單片

10、機(jī)內(nèi)部配置了4KB閃存。 通過片外16位地址線可擴(kuò)展到64KB，兩者是統(tǒng)一編址4. 定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)/計(jì)數(shù)器用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)和技術(shù)功能。51單片機(jī)中有2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。定時(shí)時(shí)靠內(nèi)部分頻時(shí)鐘頻率計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)，做計(jì)數(shù)器時(shí)，對(duì)P3.4（T0）或P3.5（T1）端口的低電平脈沖計(jì)數(shù)。5. 并行I/O口并行I/O口主要用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出，有些I/O口還具有其他多種功能。51單片機(jī)共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。P0P3是AT89S51單片機(jī)與外界聯(lián)系的4個(gè)8位雙向并行I/O端口。6. 串行口AT89S51有

11、一個(gè)UART全雙工異步串行口，用以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為移位器使用。RXD（ P3.0）腳為接收端口，TXD（P3.1）腳為發(fā)送端口。AT89S51還有一個(gè)ISP全雙工同步串行口，用于實(shí)現(xiàn)串行在線下載程序。7. 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘脈沖序列。AT89S51單片機(jī)CPU執(zhí)行指令的一系列動(dòng)作都是在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制下進(jìn)行的。為了便于CPU時(shí)序進(jìn)行分析，人們按指令的執(zhí)行過程規(guī)定了時(shí)鐘周期、機(jī)器周期、指令周期。.振蕩周期定義為時(shí)鐘脈沖頻率的倒數(shù)，又稱為時(shí)鐘周期。.機(jī)器周期是指完成一個(gè)基本操作所需

12、要的時(shí)間稱為機(jī)器周期。80C51系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期等于六個(gè)狀態(tài)周期，即12個(gè)時(shí)鐘周期。.指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。8. 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)的主要作用是對(duì)外部或內(nèi)部的中斷請(qǐng)求進(jìn)行管理和處理。AT89S51的中斷系統(tǒng)主要由幾個(gè)與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器、中斷允許、順序查詢邏輯電路等組成。AT89S51單片機(jī)共有5個(gè)中斷源，其中2個(gè)外部中斷源和，3個(gè)內(nèi)部中斷源，即2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷和1個(gè)串行口中斷。1.3 8255芯片介紹8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個(gè)8位并行I/O口。具有3個(gè)通道3種工作方式的可編程并行接口芯片（40引腳）。

13、其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強(qiáng)。8255可作為單片機(jī)與多種外設(shè)連接時(shí)的中間接口電路。 工作原理8255作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時(shí)必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分：與CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。1）與CPU連接部分根據(jù)定義，8255能并行傳送8位數(shù)據(jù)，所以其數(shù)據(jù)線為8根D0D7。由于8255具有3個(gè)通道A、B、C，所以只要兩根地址線就能尋址A、B、C口及控制寄存器，故地址線為兩根A0A1。此外CPU要對(duì)8255進(jìn)行讀、寫

14、與片選操作，所以控制線為片選、復(fù)位、讀、寫信號(hào)。各信號(hào)的引腳編號(hào)如下：（1）數(shù)據(jù)總線DB：編號(hào)為D0D7，用于8255與CPU傳送8位數(shù)據(jù)。（2）地址總線AB：編號(hào)為A0A1，用于選擇A、B、C口與控制寄存器。（3）控制總線CB：片選信號(hào)、復(fù)位信號(hào)RST、寫信號(hào)、讀信號(hào)。當(dāng)CPU要對(duì)8255進(jìn)行讀、寫操作時(shí)，必須先向8255發(fā)片選信號(hào)選中8255芯片，然后發(fā)讀信號(hào)或?qū)懶盘?hào)對(duì)8255進(jìn)行讀或?qū)憯?shù)據(jù)的操作。2）與外設(shè)接口部分根據(jù)定義，8255有3個(gè)通道A、B、C與外設(shè)連接，每個(gè)通道又有8根線與外設(shè)連接，所以8255可以用24根線與外設(shè)連接，若進(jìn)行開關(guān)量控制，則8255可同時(shí)控制24路開關(guān)。各通道的

15、引腳編號(hào)如下：（1）A口：編號(hào)為PA0PA7，用于8255向外設(shè)輸入輸出8位并行數(shù)據(jù)。（2）B口：編號(hào)為PB0PB7，用于8255向外設(shè)輸入輸出8位并行數(shù)據(jù)。（3）C口：編號(hào)為PC0PC7，用于8255向外設(shè)輸入輸出8位并行數(shù)據(jù)，當(dāng)8255工作于應(yīng)答I/O方式時(shí)，C口用于應(yīng)答信號(hào)的通信。3）控制器8255將3個(gè)通道分為兩組，即PA0PA7與PC4PC7組成A組，PB0PB7與PC0PC3組成B組。如圖7.5所示，相應(yīng)的控制器也分為A組控制器與B組控制器，各組控制器的作用如下：（1）A組控制器：控制A口與上C口的輸入與輸出。（2）B組控制器：控制B口與下C口的輸入與輸出。 工作方式8255芯片有

16、三種工作方式，即：方式0（基本輸入輸出方式）：這種工作方式不需要任何選通信號(hào)。A口、B口以及C口的高4位和低4位都可以被設(shè)定為輸入或輸出。方式1（選通輸入/出方式）：在這種工作方式子下，A、B、C三個(gè)口被分為兩組。A組包括A口和C口的高4位，A組包括B口和C口的低4位。方式2（雙向選通輸入/輸出方式）：在這種工作方式子下，A口為8位雙向數(shù)據(jù)口，C口的PC3PC7用來作為輸入或輸出的控制同步信號(hào)。1.4 8250芯片介紹8250是一個(gè)可編程序異步通訊單元芯片，在微機(jī)系統(tǒng)中起串行數(shù)據(jù)的輸入輸出接口作用。此外，它還包含有可編程序波特率發(fā)生器，它可用165535的因子對(duì)輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻，以產(chǎn)生波特率十

17、六倍的輸入輸出時(shí)鐘。1.5 LCD液晶顯示器介紹液晶顯示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PC線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件英文名稱叫“LCD Module”，簡稱“LCM”，中文一般稱為“液晶顯示模塊”。實(shí)際上它是一種商品化的部件根據(jù)我國有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：只有不可拆分的一體化部件才稱為“模塊”，可拆分的叫作“組件”。所以規(guī)范的叫法應(yīng)稱為“液晶顯示組件”。但是由于長期以來人們都已習(xí)慣稱其為“模塊”。 液晶顯示器件是一種高新技術(shù)的基礎(chǔ)元器件，雖然其應(yīng)用巳很廣泛，但對(duì)很多人來說，使用、裝配時(shí)仍感到困難。特別是點(diǎn)陣型液晶顯示器件，使用者更是會(huì)感到無從下手特殊的連接方式和所需的專用

18、設(shè)備也非人人了解和具備，故此液晶顯示器件的用戶希望有人代勞，將液晶顯示器件與控制、驅(qū)動(dòng)集成電路裝在一起，形成一個(gè)功能部件，用戶只需用傳統(tǒng)工藝即可將其裝配成一個(gè)整機(jī)系統(tǒng)。從廣義上說，凡是由液晶顯示器件和集成電路裝配在一起的部件都屬于“模塊”，但實(shí)際上我們通常所說的“模塊”主要是指點(diǎn)陣液晶顯示器件裝配的點(diǎn)陣液晶顯示模塊，特別因?yàn)槭屈c(diǎn)陣液晶顯示器件產(chǎn)品除某些專用大批量的一些品種(如翻譯機(jī)、通訊用)，生產(chǎn)廠家是直接向用戶供應(yīng)液晶顯示器件外，幾乎所有通用型點(diǎn)陣液晶顯示器件都是加工成模塊后才供給用戶的，所以很容易形成“液晶模塊”就是“點(diǎn)陣液晶模塊”的誤解。第二章 GPS定位系統(tǒng)簡介2.1 GPS定位系統(tǒng)的

19、發(fā)展GPS是英文Global Positioning System(全球定位系統(tǒng))的簡稱。GPS起始于1958年美國軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。20世紀(jì)70年代，美國陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航定位和測(cè)速；另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進(jìn)行高精度的時(shí)間傳遞和高精度的精密定位。2.2 GPS

20、定位系統(tǒng)的基本原理GPS定位的基本原理是空間后方交會(huì)，以GPS衛(wèi)星與用戶接收機(jī)天線之間的空間距離為基本觀測(cè)量，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)來確定用戶接收機(jī)所在的點(diǎn)位，即待定點(diǎn)的三維坐標(biāo)（x，y，z）GPS定位分為偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量兩種。每顆GPS衛(wèi)星時(shí)刻發(fā)布其位置和時(shí)間數(shù)據(jù)信號(hào)，用戶接收機(jī)可以測(cè)量每顆衛(wèi)星信號(hào)到接收機(jī)的時(shí)間延遲，根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)乃俣瓤梢杂?jì)算出接收機(jī)到不同衛(wèi)星的距離。同時(shí)收集至少4顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時(shí)，通過變頻、放大、 濾波等一系列處理過程,實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤、鎖定和測(cè)量,從而產(chǎn)生計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息(包括：緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向、衛(wèi)星狀況等),經(jīng)由I/O

21、口輸出串行數(shù)據(jù)。GPS定位方法:靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位、絕對(duì)定位和相對(duì)定位、差分定位。本實(shí)訓(xùn)所用GPS模塊如下圖所示2.3 GPS模塊的主要技術(shù)參數(shù).工作電壓：3.55V直流。.接收靈敏度：-159dBm。.體積大小：25.4×25.4×7 mm。.模塊重量：7克。.定位精度：<3m.系統(tǒng)內(nèi)存：4MB2.4 GPS定位系統(tǒng)的組成部分 空間部分GPS的空間部分是由24顆衛(wèi)星組成（21顆工作衛(wèi)星；3顆備用衛(wèi)星），它位于距地表20200km的上空，運(yùn)行周期為12h。衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道面上（每個(gè)軌道面4顆），軌道傾角為55°。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都

22、可觀測(cè)到4 顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)星中預(yù)存導(dǎo)航信息，GPS的衛(wèi)星因?yàn)榇髿饽Σ恋葐栴}，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。 地面控制系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站(Monitor Station）、主控制站（Master Monitor Station）、地面天線（Ground Antenna）所組成，主控制站位于美國科羅拉多州春田市（Colorado. Springfield）。地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息，并計(jì)算衛(wèi)星星歷、相對(duì)距離，大氣校正等數(shù)據(jù)。 用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分即GPS信號(hào)接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)

23、星信號(hào)后，就可測(cè)量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS 用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機(jī)一般采用機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電源的目的在于更換外電源時(shí)不中斷連續(xù)觀測(cè)。在用機(jī)外電源時(shí)機(jī)內(nèi)電池自動(dòng)充電。關(guān)機(jī)后機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲(chǔ)器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。各種類型的接受機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測(cè)使用。其次則為使用者接收器，現(xiàn)有單頻與雙

24、頻兩種，但由于價(jià)格因素，一般使用者所購買的多為單頻接收器。 2.5 GPS定位的流程.搜索可用衛(wèi)星，接收衛(wèi)星信號(hào)，與衛(wèi)星信號(hào)同步，提取導(dǎo)航電文信息。 .從導(dǎo)航電文中獲取計(jì)算位置所需的信息，這些信息應(yīng)該包括時(shí)鐘信息和星歷等數(shù)據(jù)。 .計(jì)算衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置，這包括計(jì)算衛(wèi)星的高度和方位角，從而進(jìn)行必要的對(duì)流層校正。 .計(jì)算偽距，并進(jìn)行電離層校正等。 .重復(fù)上述過程，對(duì)所有可用衛(wèi)星進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。 .進(jìn)行其他必要的校正，例如根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的時(shí)間，校正地球旋轉(zhuǎn)所造成的衛(wèi)星位置的偏差。 .根據(jù)定位原理，計(jì)算出GPS接收機(jī)的初始位置，并將

25、其轉(zhuǎn)換成所需的坐標(biāo)格式進(jìn)行顯示或輸出。.加入閏秒和UTC（標(biāo)準(zhǔn)世界時(shí)）時(shí)間補(bǔ)償計(jì)算當(dāng)前精確的時(shí)間。 （9）分析可用衛(wèi)星的信息，計(jì)算最好的DOP(Dilution of Precision)，進(jìn)行選星，并計(jì)算和修正GPS接收機(jī)的位置，給出GPS接收機(jī)的三維坐標(biāo)和準(zhǔn)確的時(shí)間信息。2.6 GPS定位系統(tǒng)的特點(diǎn)1 、定位精度高應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，GPS相對(duì)定位精度在50KM以內(nèi)可達(dá)10-6，100-500KM可達(dá)10-7， 1000KM可達(dá)10-9。在300-1500m工程精密定位中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面其平面 位置誤差小于1mm。 2 、觀測(cè)時(shí)間短隨著GPS系統(tǒng)的不斷

26、完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需15-20 分鐘；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15KM以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀 測(cè)時(shí)間只需1-2分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)只需幾秒鐘。3、 測(cè)站間無須通視4 、可提供三維坐標(biāo)經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高程采用不同方法分別施測(cè)。GPS可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。 目前GPS水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。5、 操作簡便隨著GPS接收機(jī)不斷改進(jìn)，自動(dòng)化程度越來越高，有的已達(dá)“傻瓜化”的程度；接收機(jī)的體積 越來越小，重量越來越輕，極大地減輕測(cè)量工作者的工作緊張程度和勞動(dòng)強(qiáng)度。 使野外工作變得輕松愉快。 6、全天候作業(yè)目前GPS觀

27、測(cè)可在一天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行,不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。 7、功能多、應(yīng)用廣GPS系統(tǒng)不僅可用于測(cè)量、導(dǎo)航，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速的精度可達(dá)0。1M/S，測(cè)時(shí) 的精度可達(dá)幾十毫微秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 第三章 硬件連接電路3.1 電路設(shè)計(jì)要求與目的1、在液晶屏上顯示，接收到的GPS定位信息，只顯示緯度、經(jīng)度、高度、時(shí)間、定位有效信息。2、了解GPS定位原理，學(xué)會(huì)使用GPS接收系統(tǒng)，掌握NMEA-0183數(shù)據(jù)格式。3、掌握8250工作原理及編程控制。4、掌握液晶顯示模塊與單片機(jī)接口及編程方法3.2 電路設(shè)計(jì)原理GPS模塊接收衛(wèi)星的多顆衛(wèi)星的定位信息，進(jìn)行處理后按一定

28、的格式輸出串行數(shù)據(jù)，8050實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，通過總線與單片機(jī)通信。GPS接收模塊默認(rèn)設(shè)置輸出為：（參照GPS接收模塊文檔）$PFST，NMEA，E003，4800<CR><LF>在實(shí)驗(yàn)中需設(shè)置輸出為：$PFST，NMEA，2000<CR><LF>，即只輸出$GPGGA格式，格式為：$GPGGA,hhmmss.dd,xxmm.dddd,<N/S>,yyymm.ddd,<E/W>，v，ss，d.d，h，h，M,g，g，M，a.a，xxxx*hh<CR><LF>hhmmss.dd 世界協(xié)調(diào)時(shí)（UTC ）hh

29、：時(shí)；mm：分；ss：秒；dd：秒（小數(shù)部分）xxmm.dddd 緯度xx：度；xm：分；dddd：十進(jìn)制分（小數(shù)部分）<N/S> 北緯N/南緯Syyymm.dddd 經(jīng)度yyy：度；mm：分；dddd：十進(jìn)制分（小數(shù)部分）<E/W> 東經(jīng)E/西經(jīng)WV 定位指示0：未定位 1：GPS 定位SS 使用到的衛(wèi)星數(shù)量：012 顆d.d HDOP 水平方向定位精度閥值h.h 天線高度（相對(duì)于海平面）M NULLg.g NULLM NULLa.a NULLxxxx NULL*hh hh：校驗(yàn)和從GPGGA輸出信息中提取實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)，顯示在液晶屏上。3.3 GPS與單片機(jī)、LCD的

30、電路連接1電路連接原理框圖2.實(shí)物連接圖第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)的軟件工作流程是：開機(jī)上電后初始化，然后單片機(jī)開始接收GPS模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，并判斷數(shù)據(jù)是否有效，若數(shù)據(jù)有效則顯示所需的信息，數(shù)據(jù)無效則等待直至收到有效數(shù)據(jù)。在等待過程中，單片機(jī)響應(yīng)鍵盤輸入的信息，但鍵盤輸入不是必須的。系統(tǒng)圖如圖所示：系統(tǒng)軟件由以下模塊組成：初始化模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和人機(jī)對(duì)話模塊。初始化模塊完成開機(jī)上電后對(duì)單片機(jī)和液晶顯示器初始化。對(duì)單片機(jī)設(shè)置串口工作模式和中斷工作模式；對(duì)液晶顯示器設(shè)置開機(jī)畫面和顯示模式。數(shù)據(jù)處理模塊主要是從GPS模塊接收數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)的有效性，對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的格式處理，然后等

31、待送液晶顯示器顯示。數(shù)據(jù)處理模塊的工作從開機(jī)上電開始一直連續(xù)不斷的進(jìn)行，直到關(guān)機(jī)為止。人機(jī)對(duì)話模塊主要是相應(yīng)的顯示器顯示。該部分完成從單片機(jī)讀數(shù)據(jù)到液晶顯示器和從液晶顯示器讀數(shù)據(jù)到單片機(jī)的雙向傳輸工作。4.2 軟件的設(shè)計(jì) 程序框圖接收GPS模塊數(shù)據(jù)設(shè)置GPS模塊輸出格式初始化8250，8255開始數(shù)據(jù)為“$”顯示緯度、經(jīng)度、高度、時(shí)間、定位有效值LCD清屏數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到外部RAM接收GPS模塊數(shù)據(jù)接收結(jié)束？設(shè)置GPS模塊輸出格式LCD顯示各行數(shù)據(jù)名稱查詢外部RAMYNYN 實(shí)驗(yàn)連線8250的片選CS50與CS1相連，或把CS50的跳線帽短接CS1端；8255的片選CS8255與CS0相連；PA0P

32、A7分別與DB0DB7相連；PC0與REQ相連；PC7與BUSY相連。 運(yùn)行實(shí)驗(yàn)程序GPS.ASM參考程序如下： PA EQU 0CFA0H PB EQU 0CFA1H PCC EQU 0CFA2H PCTL EQU 0CFA3H STOBE0 EQU 70H ;PC0復(fù)位控制字 STOBE1 EQU 71H ;PC0置位控制字 CSEG AT 0000HLJMP STARTCSEG AT 4100H;-START: MOV DPTR, #PCTL MOV A, #88H MOVX DPTR, A ;置PA口輸出,PC口高4位輸入,低4位輸出 MOV DPTR, #PCTL MOV A, #S

33、TOBE0 MOVX DPTR, A MOV A, #0F4H ACALL SUB2 ACALL DELAY ;清屏START1: MOV R0, #01H MOV R1, #3CHHE1: MOV DPTR, #PCC MOVX A, DPTR JB ACC.7, HE1 ACALL SUB1 ACALL SUB2 DJNZ R1, HE1 ACALL DELAY ACALL DELAY ACALL DELAY LJMP START1 ;-DELAY: MOV R2, #23HDEL0: MOV R4, #06FHDEL1: MOV R6, #06FHDEL2: DJNZ R6, DEL2D

34、JNZ R4, DEL1DJNZ R2, DEL0RET;-SUB2: MOV DPTR, #PA MOVX DPTR, A MOV DPTR, #PCTL MOV A, #STOBE1 MOVX DPTR, A INC R0HE2: MOV DPTR, #PCC MOVX A, DPTR JNB ACC.7, HE2 MOV DPTR, #PCTL MOV A, #STOBE0 MOVX DPTR, A RET;-SUB1: MOV A, R0 ;顯示“北京理工達(dá)盛科技有限公司”MOVC A,A+PCRET DB 0F0H,01D,00D,17D,17D,0F0H,02D,00D,30D,09D DB 0F0H,03D,00D,