1、 . . . 基于單片機(jī)與GPS器件的定位與測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄中文摘要英文摘要1 引言2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)3 GPS全球定位系統(tǒng)與其工作原理3.1 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)3.2GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理3.3 GPS OEM板組成結(jié)構(gòu)與原理4 GPS25LP系列OEM板的數(shù)據(jù)格式4.1GPS OEM板的竄口通信協(xié)議4.2 NMEA 0183語(yǔ)句格式4.2.1輸入語(yǔ)句格式4.2.2輸出語(yǔ)句格式5 GPS OEM板與MCS-51單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)5.1單片機(jī)控制電路5.2MAX232電平轉(zhuǎn)換電路5.3單片機(jī)的信息接收和處理6 數(shù)據(jù)的控制與顯示6.1液晶模塊的工作特性6.2液晶模塊的電源電路設(shè)計(jì)7 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7

2、.1軟件設(shè)計(jì)方案7.2程序設(shè)計(jì)7.2.1程序功能7.2.2變量說(shuō)明7.2.3程序代碼結(jié)束語(yǔ)參考文獻(xiàn)附錄1附錄2畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：

3、按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部容。作者簽名： 日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作

4、者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日基于單片機(jī)與GPS器件的定位與測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要: 本文主要介紹了利用單片型微機(jī)作為處理器，接收GPS 定位導(dǎo)航系統(tǒng)信息的原理和方法，以與如何實(shí)現(xiàn)控制和顯示所采集的信息。GPS （ GlobalPositioning System ）全球定位系統(tǒng)，是由美國(guó)為高精度導(dǎo)航和定

5、位而研制的全球性被動(dòng)式無(wú)線電衛(wèi)星系統(tǒng)，是集無(wú)線電導(dǎo)航、定位和定時(shí)于一體的多功能系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和地面接收機(jī)部分組成。GPS 全球定位系統(tǒng)精度高，可連續(xù)導(dǎo)航，抗干擾能力強(qiáng)，加之其全天候，全球覆蓋，方便靈活，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的特點(diǎn)，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。將GPS接收機(jī)的小型化OEM 板與單片機(jī)相結(jié)合, 配置相應(yīng)的外圍設(shè)備，即可開(kāi)發(fā)GPS 應(yīng)用系統(tǒng)。在這里我們以MCS-51 單片機(jī)作為控制模塊，接收由GPS 接收機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行定位信息的計(jì)算處理后，控制顯示模塊將當(dāng)前時(shí)間、經(jīng)度、緯度等定位信息用液晶顯示器顯示出來(lái)。借助該系統(tǒng)，只許按幾次鍵，便可以清楚的知道自己的方位。本文以Gar

6、min 公司生產(chǎn)的GPS 25 LP型OEM 板為例，介紹了全球定位系統(tǒng)( GPS ) 的基本工作原理,討論了GPS - OEM 板的組成和特點(diǎn),分析了滿足NMEA 0183 通信協(xié)議語(yǔ)句的數(shù)據(jù)格式與信息組成,并結(jié)合其硬件特點(diǎn)，著重講述了MCS - 51 單片機(jī)與GPS OEM 板的串行通信問(wèn)題,討論了GPS 應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件配置問(wèn)題,并給出了單片機(jī)讀取和現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的有關(guān)匯編語(yǔ)言程序。關(guān)鍵字:全球定位系統(tǒng)，單片機(jī)，OEM 板，串行通訊，液晶顯示器Positioning and measurement systembased on SCM and GPS deviceAbstract: Thi

7、s paper mainly introduced the theory and method of using microcontrolleras microprocessors to receive information from GPS navigation system , Andthe control and display of the collection of information. GPS Namely globalpositioning system is built for precision global satellite system and passivera

8、dio by America's navigation and positioning,which is a multifunctionalsystem of collection of radio navigation, location and time. GPS systemconsists of space, ground monitoring and ground receivers parts. GPS hashigh precision, strong anti-jamming capability, together with its all-weather, glob

9、al coverage, convenient and flexible, inexpensive, and thus has the broadapplication prospect. The miniaturization of GPS receiver will be combinedwith MCU OEM board, configure corresponding peripherals, we can developthe GPS system application.To combine GPS receivers of miniaturization OEM plate w

10、ith SCM( singlechip microcomputer) as control module to receive the data sent GPS receiver, and corresponding peripherals ,we can develop the GPS system application. Using SCM as Microprocessor module to receive the data from GPS receiverand calculate the Positioning information , Then send the curr

11、ent time, latitude, longitude etc positioning information to LCD to display. Here, wetake the GPS25LP OEM board of Garmin company as an example, Introduces the basic principle of GPS device and data formats, discusses theGPS - OEM plate with MCS - 51 SCM serial communication interface andliquid crys

12、tal display circuit connection method, And present the reading, control and display of GPS navigation information assembler languageprogram.Keywords: global position system (GPS)，single chip microcomputer(SCM)， OEM board ；Serial communication；LCD1 引言從事林業(yè)、石油、地質(zhì)、海洋、鐵路、公路、環(huán)保等行業(yè)的工作者由于工作圍大多地處戶外，有些甚至是人跡罕至

13、的不毛之地，所以他們對(duì)于獲取自己當(dāng)前所處位置的需非常強(qiáng)烈的。而且隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，使移動(dòng)目標(biāo)的定位、監(jiān)控、指揮和調(diào)度系統(tǒng)，成為公安、銀行以與公交運(yùn)輸系統(tǒng)中一個(gè)越來(lái)越重要的問(wèn)題。而GPS 定位技術(shù)的出現(xiàn)也給車(chē)輛、輪船等移動(dòng)目標(biāo)的導(dǎo)航定位提供了精確、實(shí)時(shí)的定位能力。全球定位系統(tǒng)是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，GPS 能提供全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)高精度導(dǎo)航參數(shù)，實(shí)現(xiàn)三維定位，并可提供精確的時(shí)間信息。GPS系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和地面接收機(jī)部分組成。用戶接收機(jī)接收到衛(wèi)星發(fā)播的信號(hào)并利用本機(jī)產(chǎn)生的偽隨機(jī)噪聲碼取得距離觀測(cè)量和導(dǎo)航電文；根據(jù)導(dǎo)航電文提供的衛(wèi)星位置和

14、鐘差改正信息計(jì)算接收機(jī)的位置。近年來(lái)GPS在在國(guó)外得到廣泛的應(yīng)用，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了極大的作用，已成為信息時(shí)代不可缺少的一部分。GPS系統(tǒng)一開(kāi)始是為軍事目的而建立的，但很快在民用方面得到了極大的發(fā)展。現(xiàn)在大多數(shù)的GPS 都已經(jīng)模塊化并提供簡(jiǎn)潔的應(yīng)用接口。本文中要討論的定位測(cè)量系統(tǒng)就是利用單片微型計(jì)算機(jī)和GPS 接收技術(shù)相結(jié)合而成的GPS 定位測(cè)量系統(tǒng)。目前, 世界市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的便攜式GPS 接收機(jī), 尤其是美國(guó)、日本公司的GPS 接收機(jī)已經(jīng)被廣泛使用在車(chē)載導(dǎo)航、測(cè)量、遠(yuǎn)洋船舶導(dǎo)航等領(lǐng)域中。利用GPS 全球定位系統(tǒng)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。因此GPS接收機(jī)的原

15、始設(shè)備制造產(chǎn)商（Original Equipment Manufacturer）接收板應(yīng)運(yùn)而生, 其部含有基本的GPS 信號(hào)接收和解算單元以與必要的輸入輸出接口,具有性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、易于開(kāi)發(fā)的特點(diǎn),而且,僅數(shù)厘米的尺寸使其可以十分方便地與其他設(shè)備組合,適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合,正越來(lái)越受到開(kāi)發(fā)者的關(guān)注。本文即使用Garmin 公司生產(chǎn)的GPS 25 LP 型OEM 為例，介紹了其基本工作原理和輸入輸出數(shù)據(jù)格式,討論了GPS OEM 板與MCS-51 單片機(jī)的串行通信接口以構(gòu)成GPS基本應(yīng)用系統(tǒng),并給出了讀取和控制GPS 導(dǎo)航信息的匯編語(yǔ)言程序。2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)本課題要求設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)控制GPS

16、 器件組成的定位與測(cè)量系統(tǒng)。在這里使用常見(jiàn)的MCS-51 型單片機(jī)作為處理器，利用MCS-51 單片機(jī)的串行接口接收GPS 25型GPS OEM 板輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，并通過(guò)軟件方法篩選出其中有用的定位數(shù)據(jù)，最后通過(guò)單片機(jī)的并行接口輸出至液晶顯示模塊顯示的方案。該GPS定位與測(cè)量系統(tǒng)硬件系統(tǒng)由以下幾部分組成：(1)接收部分：以Garmin GPS OEM板為核心的GPS 接收機(jī)；(2)電平轉(zhuǎn)換電路：應(yīng)用MAX232 電平轉(zhuǎn)換芯片；(3)控制電路：由51單片機(jī)作為微處理器控制GPS 信號(hào)；(4)顯示部分：圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊；(5)電源電路部分:用以提供系統(tǒng)電源和LCD 背光調(diào)節(jié)的雙電壓輸出。該系統(tǒng)

17、所要實(shí)現(xiàn)的基本功能為單片機(jī)對(duì)GPS器件的控制和對(duì)所采集的定位信息的顯示兩個(gè)方面。系統(tǒng)的總體硬件電路圖如電路原理1所示。單片機(jī)系統(tǒng)：本文提出使用8051 單片機(jī)作為微處理器，控制GPS 數(shù)據(jù)的讀取和傳輸過(guò)程。利用其串行接口接收GPS25LP 型GPS OEM 板輸出的NMEA 0183 語(yǔ)句數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)篩選和處理后發(fā)送到LCD 液晶顯示器顯示。外圍電路：外圍電路一部分是由GPS 接收器件與其輔助電路組成，一部分是LCD 液晶顯示模塊的電源電路和顯示電路。GPS25系列OEM板主要由變頻器、信號(hào)通道、存儲(chǔ)器、中央處理器和輸入輸出接口構(gòu)成。它接收天線獲取的衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)過(guò)變頻、放大、濾波

18、、相關(guān)、混頻等一系列處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線視界衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測(cè)量。單片機(jī)控制程序：編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)的初始化，控制GPS 器件完成方位數(shù)據(jù)的采集,進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理，并通過(guò)單片機(jī)接口用總線的方式輸出至液晶顯示模塊顯示的功能。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2.1所示。圖2. 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖基于MCS-51 系列單片機(jī)的GPS 獨(dú)立定位測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)由4個(gè)模塊組成，分別是：1 系統(tǒng)初始化模塊；2 信號(hào)接收模塊；3 信號(hào)處理模塊；4 數(shù)據(jù)顯示模塊。GPS 25 型OEM 板的數(shù)據(jù)輸入輸出格式采用美國(guó)海洋電子協(xié)會(huì)為海洋電子設(shè)備制定的NMEA一0183 標(biāo)準(zhǔn)格式。該格式為ASC II

19、碼字符串，易于理解，在多種高級(jí)語(yǔ)言中都可以直接進(jìn)行判別和分離，提取所需要的數(shù)據(jù)。GPS 模塊有多種格式的輸出信息，這里我們采用$GPGRMC 語(yǔ)句，它輸出了基本的定位信息，可以滿足一般用戶的使用要求。輸出的語(yǔ)句按串口通信協(xié)議,數(shù)據(jù)采用的是ASCII 碼字符,容包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、航向與衛(wèi)星狀況等信息。用軟件編程對(duì)MCS-51的串行口與定時(shí)器正確設(shè)置后,即可接收由OEM 板傳來(lái)的的定位數(shù)據(jù)。3 GPS 全球定位系統(tǒng)與其工作原理3.1 GPS 全球定位系統(tǒng)GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System )，1994年由美國(guó)建成，是美國(guó)國(guó)防部研究并控制, 開(kāi)始

20、主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域方面。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期之后, GPS開(kāi)始走向民用研究與開(kāi)發(fā)。可在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位，具有全天候、高精度、自動(dòng)化和高效益等特點(diǎn)。GPS 由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)3大部分組成。其中GPS 空間星座部分、地面監(jiān)控部分均為美國(guó)所控制；GPS 的用戶設(shè)備主要由接收機(jī)硬件和處理軟件組成。用戶通過(guò)用戶設(shè)備接收GPS 衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理而獲得用戶位置（經(jīng)度、維度、高度）、速度等信息，從而實(shí)現(xiàn)利用GPS 進(jìn)行導(dǎo)航和定位的目的。在GPS 系統(tǒng)中, 分布在6個(gè)軌道面上的24顆GPS衛(wèi)星連續(xù)的全天候、覆蓋全球的發(fā)射定位、時(shí)間信息，地面上任何地點(diǎn)、任何時(shí)間的GPS 接收機(jī)

21、都至少可以同時(shí)接收到6 顆以上GPS 衛(wèi)星的定位信息。只要有4 顆衛(wèi)星的定位信息， GPS 接收機(jī)就能向用戶提供三維坐標(biāo)、時(shí)間與移動(dòng)速度等信息參數(shù)。如圖3.1所示。因此, 接收機(jī)是GPS 系統(tǒng)中重要的組成部分, 它接收GPS衛(wèi)星的定位信息, 進(jìn)行處理計(jì)算, 直接為用戶服務(wù)。目前, 世界市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的便攜式GPS 接收機(jī), 尤其是美國(guó)、日本一些公司的GPS 接收機(jī)已經(jīng)被廣泛使用在車(chē)載導(dǎo)航、測(cè)量、遠(yuǎn)洋船舶導(dǎo)航等領(lǐng)域中。3.2 GPS定位原理GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置G

22、PS 接收機(jī)，可以測(cè)定GPS 信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間t再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定如下所示的四個(gè)方程式：（1）（2）（3）（4）上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)x、y、z 和為未知參數(shù)，其中:（i=1、2、3、4）；（i=1、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4 到接收機(jī)之間的距離；（i=1、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4 的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。c 為GPS 信號(hào)的傳播速度（即光速）。四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義如下：、y、z 為待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)；、（i =1、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4 在t 時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)，可由

23、衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得；（i=1、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4 的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供；為接收機(jī)的鐘差。由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z 和接收機(jī)的鐘差。3.3 GPS OEM 板組成結(jié)構(gòu)與原理GPS-OEM 板是將GPS 接收機(jī)的主要部件做成大規(guī)模的集成電路片,并集成在一塊電路板上。這個(gè)電路板具有接收GPS 信號(hào)、處理信號(hào)、輸出觀測(cè)信號(hào)和定位結(jié)果等功能。用戶利用GPS OEM 板進(jìn)行二次硬件開(kāi)發(fā)可研制成各種應(yīng)用的GPS 接收機(jī)。在實(shí)際的使用中，不需要關(guān)心如何去計(jì)算坐標(biāo)，只要選擇合適的GPS 器件就可以滿足我們對(duì)位置測(cè)量的要求。所以對(duì)于最終用戶來(lái)說(shuō),關(guān)注的重

24、點(diǎn)是GPS接收機(jī)。GPS-OEM 板是接收機(jī)的核心模塊。GPS OEM 板部含有基本的GPS 信號(hào)接收和解算單元以與必要的輸入輸出接口，具有性能可靠、易于開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，而且,僅數(shù)厘米的尺寸使其可以十分方便地與其他設(shè)備組合,適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合,正越來(lái)越受到開(kāi)發(fā)者的關(guān)注。在這里，我們以Garmin 公司生產(chǎn)的GARMIN GPS 25LP 系列OEM 板為例，介紹它與單片機(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)。GARMIN GPS 25LP 系列OEM 板采用全封閉方式，單一+5V 供電，置保護(hù)電池。是同類型的GPS OEM 板中最常用的一款，在飛機(jī)領(lǐng)域使用最多。GPS 25LP 系列OEM 板的外觀如圖3.2所示。圖3

25、.2 GPS 25LP OEM板外觀圖 圖3.3 GPS 25LP OEM板引腳圖GPS 25LP OEM板的主要性能如下：·電源/數(shù)據(jù)口：?jiǎn)闻?2插針；·位置精度（m）：小于15；·速度精度（m/s）：小于0.1；·外形尺寸（mm）：46.5 ×69.8 ×11.4；·定位時(shí)間（s）：冷啟動(dòng)時(shí)間45；熱啟動(dòng)時(shí)間15；重捕獲時(shí)間2；·速度限制(m/s)：515；·加速度限制(g)：6；·電源(V)： 3.6-6.0；·功耗(W)：0.9GPS 25LP OEM 板的引腳如圖3.3所示。

26、各引腳定義如下：Pin1：TXD2,第二異步串行數(shù)據(jù)輸出口；Pin2：RXD2,第二異步串行數(shù)據(jù)輸入口；Pin3：PPS,秒脈沖信號(hào)；Pin4：TXD1,第一異步串行數(shù)據(jù)輸出口；Pin5：RXD1,第一異步串行數(shù)據(jù)輸入口；Pin6：PWR_DN，電源控制；Pin7：VAUX，部輔助電源充電輸入；Pin8：GND，電源和信號(hào)地；Pin9：VIN，與10腳相連；Pin10：電源輸入，3.6VDC-6.0VDC；Pin11：NC,留用，不外借引線；Pin12：NMEA，NMEA輸出。該GPS OEM 主要由變頻器、信號(hào)通道、存儲(chǔ)器、中央處理器和輸入輸出接口構(gòu)成。它接收天線獲取的衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)過(guò)變頻、放

27、大、濾波、相關(guān)、混頻等一系列處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線視界衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測(cè)量。從而產(chǎn)生計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息（包含維度，經(jīng)度，高度，速度，日期，時(shí)間，航向，衛(wèi)星狀況等信息）。其部結(jié)構(gòu)原理圖如圖3.4所示。輸入/出口中央處理器數(shù)字帶處理低噪音變頻器GPS信號(hào)隨即存貯器本振閃存圖3.4 GPS 25LP 系列GPS OEM 板部結(jié)構(gòu)原理圖在獲取了衛(wèi)星的位置信息和測(cè)算出衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間之后，就可計(jì)算出當(dāng)前天線位置。用戶通過(guò)微處理器的輸入輸出接口，采用異步串行通信方式與GPS OEM 板進(jìn)行信息交換。輸入語(yǔ)句由用戶編制，主要功能是對(duì)GPS OEM 板進(jìn)行初始化 、對(duì)導(dǎo)航模式和輸出數(shù)據(jù)格式進(jìn)行設(shè)定。該OEM

28、板為12 通道的GPS 接收機(jī)，可以同時(shí)跟蹤多達(dá)12 顆的GPS 衛(wèi)星，能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位。GARMIN 的OEM 板功耗小，數(shù)據(jù)更新率為每秒一次。4 GPS 25LP系列OEM板的數(shù)據(jù)格式4.1 GPS OEM板的竄口通信協(xié)議盡管目前市場(chǎng)上GPS OEM 板的型號(hào)眾多且功能各異，但它們輸出的GPS 定位信息大多都是串行數(shù)據(jù)，且采用美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)制定的NMEA-0183 通信標(biāo)準(zhǔn)格式。NAEA-0183 協(xié)議語(yǔ)句格式為ASC II 碼字符串，易于理解，在多種高級(jí)語(yǔ)言中都可以直接進(jìn)行判別和分離，提取所需要的數(shù)據(jù)。傳輸速率可自定義。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)起始位，1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位。輸

29、出數(shù)據(jù)格式初始化為NMEA-0183格式，輸出波特率為4800 波特。用戶通過(guò)輸入語(yǔ)句對(duì)GPS-OEM 板進(jìn)行初始化，設(shè)置數(shù)據(jù)格式和通信波特率，以與要求輸出的種類等。通過(guò)一系列設(shè)定，輸出語(yǔ)句即向用戶提供相應(yīng)的定位數(shù)據(jù)。4.2 NMEA-0183 語(yǔ)句格式“”為語(yǔ)句起始標(biāo)志；“Aaccc”為地址域，前兩位為識(shí)別符，后三位為語(yǔ)句名；“，”為域分隔符；“Dddddd”為數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)容；“*”為校驗(yàn)和識(shí)別符，其后面的兩位數(shù)為校驗(yàn)和；“hh”為校驗(yàn)和；“<CR>/<LF>”為終止符，表示回車(chē)、換行。4.2.1輸入語(yǔ)句N(xiāo)MEA 0183 輸入語(yǔ)句是指GPS OEM 板可以接收的

30、語(yǔ)句。輸入語(yǔ)句包括初始位置，時(shí)間，秒脈沖狀態(tài)，差分模式，NMEA 輸出間隔等設(shè)置信息。這些語(yǔ)句是GPS 接收機(jī)可以有串口1 接受的于語(yǔ)句。本設(shè)計(jì)使用了接收機(jī)初始化信息（PGRMI）語(yǔ)句。該語(yǔ)句一般在初始位置和當(dāng)前實(shí)際位置的距離超過(guò)800 公里時(shí)使用，以加快定位速度。GPRMI，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7> *hh<CR><LF><1>緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0 也將被傳輸）；<2>緯度半球N（北半球）或S（南半球）；&l

31、t;3>經(jīng)度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0 也將被傳輸）；<4>經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）；<5> UTC 日期，ddmmyy（日月年）格式；<6> UTC 時(shí)間，hhmmss（時(shí)分秒）格式；<7>接收機(jī)命令，A=自動(dòng)定位，R=機(jī)器重新啟動(dòng)。4.2.2輸出語(yǔ)句GPS - OEM 板的輸出語(yǔ)句有十余種,以Garmin生產(chǎn)的GPS25LP 板為例, 其主要語(yǔ)句有GPALM（歷書(shū)數(shù)據(jù)）、GPGGA( GPS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),定位數(shù)據(jù))、GPGSV（衛(wèi)星狀態(tài)）、GPGSA 、GPRMC 、GPVTG 、PGRME 、PGRMF 、PGRMT

32、 、PGRMV（GARMIN定義的語(yǔ)句,3D速度信息）、LCGLL 、LCVTG（NMEA 標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)句）等?？赏ㄟ^(guò)GPS 串口調(diào)試軟件發(fā)送相應(yīng)的命令語(yǔ)句給GPS OEM 板，此后GPS OEM 板會(huì)根據(jù)設(shè)置參數(shù)決定每隔若干毫秒發(fā)送哪種或哪幾種NMEA 語(yǔ)句。主要的輸出語(yǔ)句格式如下：（1） GPS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（GGA）GPGGA , <1> , <2> , <3> , <4> , <5> ,<6> , <7> , <8>，<9 > ,M,<10> ,M, <11> ,&l

33、t;12>*hh <CR> <LF>各數(shù)據(jù)區(qū)含義為:<1> 確定位置的世界協(xié)調(diào)時(shí)(UTC) 時(shí)間,格式為“時(shí)時(shí)分分秒秒”；<2> 緯度值,格式為“度度分分. 分分分分”(含前導(dǎo)0) ；<3> 所測(cè)緯度半球,格式為“N”或“S”(即北或南) ；<4> 經(jīng)度值,格式為“度度度分分. 分分分分”(含前導(dǎo)0) ；<5> 所測(cè)經(jīng)度半球,格式為“E”或“W”(即東或西) ；<6> GPS 品質(zhì)標(biāo)識(shí),0 = 不能定位,1 = 無(wú)差分定位,2 = 差分定位；<7> 定位所用衛(wèi)星數(shù)目,數(shù)值圍0012

34、(含前導(dǎo)0) ；<8> 水平精度因子:數(shù)值圍0. 599. 9 ；<9> 天線高度,數(shù)值圍- 9999. 999999. 9m；<10> 水準(zhǔn)面高度,數(shù)值圍- 999. 99999. 9 m；<11> 差分GPS 數(shù)據(jù)期,數(shù)值為從上一次有效的差分校正開(kāi)始所經(jīng)歷的秒數(shù)(若無(wú)差分修正,則此項(xiàng)為空) ；<12> 差分站編號(hào),數(shù)值圍00001023 (含前導(dǎo)0 ,若無(wú)差分修正,則此項(xiàng)為空) 。（2）PGRMO，<1>，<2>*hh<CR><LF><1>語(yǔ)句名稱<2>語(yǔ)句模

35、式：0=關(guān)閉<1>中指定的語(yǔ)句；1=打開(kāi)<1>中指定的語(yǔ)句；2=關(guān)閉所有輸出的語(yǔ)句；3=打開(kāi)所有的輸出語(yǔ)句（GPALM 語(yǔ)句除外）；4=恢復(fù)出廠時(shí)的語(yǔ)句設(shè)置。(3)推薦最小GPS/TRANSIT數(shù)據(jù)（RMC）GPRMC語(yǔ)句包含時(shí)間、日期、方位、速度和磁偏角等信息，基本上可以滿足一般的導(dǎo)航需求。GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>， <12>*hh<CR>

36、;<LF><1> UTC 當(dāng)?shù)貢r(shí)間，hhmmss（時(shí)分秒）格式；<2>定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無(wú)效定位；<3>緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）；<4>緯度半球N（北半球）或S（南半球）；<5>經(jīng)度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）；<6>經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）；<7>對(duì)地速率000.0999.9 節(jié)（前面的0也將被傳輸）；<8>對(duì)地航向000.0°359.9 °（以真北為參考基準(zhǔn)，前面的0也將傳輸）；<9&

37、gt; UTC當(dāng)?shù)厝掌?，ddmmyy（日月年）格式；<10>磁偏角000.0°180.0°（地球磁場(chǎng)不同時(shí)間不同地點(diǎn)的偏差。前面的0也將被傳輸）；<11>磁偏角方向，E（東）或W（西）；<12>工作模式，A=自主，D=差分，E=評(píng)估，N=無(wú)效。 （4）GPS板設(shè)置語(yǔ)句（PGRMC）PGRMC語(yǔ)句用于設(shè)置GPS板，設(shè)置參數(shù)存儲(chǔ)于永久存儲(chǔ)器中。如果設(shè)置語(yǔ)句無(wú)錯(cuò)，則GPS會(huì)響應(yīng)語(yǔ)句，否則返回語(yǔ)句將顯示當(dāng)前默認(rèn)值。PGRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，&

38、lt;7>，<8>，<9>，<10>，<11>，<12>， <13>，<14>*hh<CR><LF>在本文的研究中，我們只保留推薦最小GPS/TRANSIT GPRMC 語(yǔ)句，通過(guò)串口向GPS 輸出。5 GPS OEM 板與MCS-51單片機(jī)的接口電路5.1 單片機(jī)電路MCS51 單片機(jī)是美國(guó)Intel 公司的產(chǎn)品, 也是國(guó)使用較早的單片機(jī)系列之一。MCS - 51 系列單片機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能豐富、價(jià)格低廉,在消費(fèi)電子和工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。將MCS - 51 單片機(jī)作為處

39、理器構(gòu)成的GPS 應(yīng)用系統(tǒng),具有體積小巧、使用靈活的特點(diǎn),而且系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能可以根據(jù)需求的不同進(jìn)行個(gè)性化配置,其性價(jià)比十分明顯。MCS 51 系列單片機(jī)中，各類單片機(jī)都是相互兼容的，只是引腳功能略有差異。以典型的8051產(chǎn)品為例，它屬于8位高檔單片微機(jī), 擁有強(qiáng)大的指令集、多種尋址功能, 含有并行I/O 口和全雙工串行I/O口, 支持中斷操作和中斷優(yōu)先級(jí), 直接指令級(jí)支持乘除和位運(yùn)算操作。圖5.1是805 1單片機(jī)的引腳圖（40腳DIP封裝）。其中有兩條主電源引腳，2條外接晶體引腳，4條控制或與其他電源復(fù)用的引腳，32條I/O引腳。圖5.1 8051單片機(jī)引腳圖前已敘述，GPS 25 LP

40、有2組輸入輸出的串行接口（見(jiàn)圖3.3所示），其引腳4 TXD1 用來(lái)輸出相位信號(hào)，引腳5 RXD1 用來(lái)輸入串行差分GPS 信號(hào)。因此，單片機(jī)與OEM 板的通信線路很簡(jiǎn)單，即將MCS - 51單片機(jī)的串行口（引腳10，RXD和引腳11，TXD）與GPS25 LP 對(duì)應(yīng)的串行口進(jìn)行相應(yīng)連接即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。GPS OEM 板上電經(jīng)過(guò)自檢后即進(jìn)入衛(wèi)星測(cè)量階段并輸出相關(guān)信息。GPS 應(yīng)用統(tǒng)的軟硬件復(fù)雜程度依其應(yīng)用場(chǎng)合的不同而有極大的差異,對(duì)獲取來(lái)自O(shè)EM 板的信息要求也各不一樣。因此,硬件上的關(guān)鍵是單片機(jī)與OEM板的接口線路,而軟件的核心則是正確對(duì)單片機(jī)串行口進(jìn)行設(shè)置、對(duì)OEM板的進(jìn)行合理配置并提取

41、相應(yīng)的GPS 信息。要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的控制系統(tǒng)，還需要配備基本的外圍電路。單片機(jī)的工作是在統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖的控制下一拍一拍的進(jìn)行的。這個(gè)脈沖是由單片機(jī)控制器中的時(shí)鐘電路發(fā)出的，用來(lái)產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。8051部有一個(gè)高增益反向放大器，用以構(gòu)成振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。外部時(shí)鐘振蕩脈沖由XTAL2接入后直接送至部時(shí)鐘發(fā)生器，輸入端XTAL1接地。見(jiàn)圖5.2所示。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)，因此非常重要。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘

42、振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。如圖5.3所示為按鍵復(fù)位電路。圖5.2 時(shí)鐘振蕩電路 圖5.3 按鍵復(fù)位電路5.2 MAX232 電平轉(zhuǎn)換電路圖5.4 MAX232 引腳圖單片機(jī)的串行口與GPS OEM 板的聯(lián)接需要通過(guò)一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)镚PS OEM 板的串口電平是符合RS232 標(biāo)準(zhǔn)的電平，而單片機(jī)串口采用的是TTL 電平，因此需要通過(guò)電平轉(zhuǎn)換才能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)接。MAX232 芯片是一款較為常用的電平轉(zhuǎn)換芯片，可以實(shí)現(xiàn)RS232 電平與TTL 電平的雙向轉(zhuǎn)換。該芯片部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，僅需外接幾個(gè)小電容和5V 電源便可工作，使用十分方便。引腳圖如圖5.4 所示。引腳

43、說(shuō)明如下：·C1+、C1-、C2+、C2-:外接電容；·R1IN、R2IN：兩路RS232 電平信號(hào)輸入 端，可接傳輸線；·R1OUT、R2OUT：兩路轉(zhuǎn)換后的TTL 電平輸入端，可送單片機(jī)的RXD；·T1IN、T2IN：兩路TTL 電平輸入端，可接單片機(jī)的TXD 端；·T1OUT、T2OUT:兩路轉(zhuǎn)換后的RS232 電平信號(hào)輸出端，可接傳輸線；·V+、V-：分別經(jīng)電容接電源和地。一片MAX 232 部帶兩組電平轉(zhuǎn)換電路，在本電路擇其中一組即可。需要注意的是，在使用時(shí)串行口的發(fā)送端和接收端必須對(duì)應(yīng)使用同一組，還要注意數(shù)據(jù)的傳輸方向，注

44、意不要將輸入輸出接口接反。GPS OEM 板與單片機(jī)通過(guò)MAX232 電平轉(zhuǎn)換的接口電路具體可見(jiàn)附錄1。5.3 單片機(jī)的信息接收和處理GPS 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(guò)串口傳送到單片機(jī)系統(tǒng)中。假如對(duì)信息不經(jīng)處理直接送到LCD 實(shí)現(xiàn)的話，那么在屏幕上出現(xiàn)的將是從串口接收到的一長(zhǎng)串ASC碼字節(jié)流，這樣沒(méi)有經(jīng)過(guò)分類提取的信息是無(wú)法利用的。因此必須通過(guò)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(lái)，然后才能送到LCD 顯示，這樣才能做到一目了然。本文提取的信息是日期，時(shí)間，經(jīng)度和緯度信息。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)幀主要有幀頭，幀尾和

45、幀數(shù)據(jù)組成。對(duì)于不同的數(shù)據(jù)幀，幀頭是不同的，主要有GPGGA，$GPGSV，$PGRMC等。本文只需使用$PGRMC 信息，因此我們用軟件設(shè)置OEM 板只輸出$PGRMC 即可。這樣我們就省去了判斷是何種類型的麻煩。在單片機(jī)串口收到信息后，首先判斷是否為語(yǔ)句引導(dǎo)頭，然后再接收信息容。在收到*字符ASC碼后在接受兩個(gè)字節(jié)結(jié)束接收，然后根據(jù)語(yǔ)句表示區(qū)分出信息類別以對(duì)受到ASC碼進(jìn)行處理顯示。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是，由于GPS 輸出記錄中的ASC碼字段位數(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，解析記錄中個(gè)字段時(shí)必須以逗號(hào)分隔符，作為個(gè)字段的分割標(biāo)志，而不應(yīng)該一個(gè)字段的字

46、符位數(shù)作為分割個(gè)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。同時(shí)需要注意的是，在處理時(shí)間時(shí)應(yīng)在UTC 時(shí)間上加上8 小時(shí)才是準(zhǔn)確的時(shí)間，在超出24 小時(shí)時(shí)應(yīng)作減24 小時(shí)處理。數(shù)據(jù)更新率為每秒一次。系統(tǒng)工作時(shí)OEM 板不斷得到新的數(shù)據(jù)，單片機(jī)不斷刷新RAM，處理完后的數(shù)據(jù)隨時(shí)送液晶顯示器顯示。6 數(shù)據(jù)的控制與顯示6.1 液晶模塊的工作特性液晶顯示器是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB 線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的器件。一般情況下稱作液晶顯示模塊。根據(jù)顯示方式和容的不同，液晶顯示模塊可以分為數(shù)顯液晶模塊，液晶點(diǎn)陣字符模塊和圖形點(diǎn)陣液晶模塊三種。圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊的點(diǎn)陣像素連續(xù)排列，

47、行和列在排列中均沒(méi)有空格。因此不僅可以顯示字符，而且還可以顯示連續(xù)完整的圖形，是目前用于單片機(jī)中的現(xiàn)實(shí)信息量最大，功能最全面的一種顯示器。另外還具有顯示質(zhì)量高，體積小，重量輕，功率消耗小，數(shù)字式接口更加簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。在本文的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，我們即采用型號(hào)為MGLS-12032A 的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，其置SED 1520 控制驅(qū)動(dòng)器（集行，列驅(qū)動(dòng)器和控制器于一體），采用藏控制器直接進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng)方式。SED 1520 控制器可以直接與51 系列單片機(jī)相連，不必使用其它的接口芯片因此選擇存儲(chǔ)器映像方式的接口，晶液晶模塊當(dāng)做存儲(chǔ)器的一部分對(duì)待直接使用存儲(chǔ)器讀寫(xiě)進(jìn)行I/O 操作。即將液晶模塊的數(shù)據(jù)總線

48、與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線（P0 口）直接相連，液晶顯示的片選與控制引腳與單片機(jī)的高8 位地址線（P2 口）相連，這樣對(duì)液晶模塊的各種指令操作，實(shí)際上就是與相應(yīng)的控制地址交換數(shù)據(jù)。MGLS-12032A 圖形點(diǎn)陣液晶顯示芯片引腳圖如下圖6.1 所示。主要參數(shù)如下：點(diǎn)陣數(shù)：120×32；點(diǎn)大小：0.6×0.425mm；模塊尺寸：75.0×54.0mm；視頻尺寸：60×26.5mm；驅(qū)動(dòng)方式：藏控制器驅(qū)動(dòng)；電參數(shù)；(VCC=+5.0V，V0=-10V)；引腳定義如下；Vcc：+5V 電源；V0：工作負(fù)電壓；Vcc 和V0 中間件滑動(dòng)變阻器可以改變液晶屏的背景光亮度；

49、GND：邏輯電源地；A0:數(shù)據(jù)/指令通道選擇；1 為選擇指令通道；0 為選擇數(shù)據(jù)通道；R/W：讀寫(xiě)選擇信號(hào)；E1：控制器1 的讀寫(xiě)使能；E2：控制器2 的讀寫(xiě)使能；NC：空；D0-D7：三態(tài)數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)接收和顯示電路地址分配和連接如下：電路原理圖1·74LS00、74LS04：由于LCD并沒(méi)有獨(dú)立的片選信號(hào)，所以使用單片機(jī)的讀寫(xiě)信號(hào)進(jìn)行選通，而74LS00、74LS04則是轉(zhuǎn)換讀寫(xiě)信號(hào)電平，同時(shí)作為片選信號(hào)。·E1、E2:連接經(jīng)過(guò)74LS00、74LS04轉(zhuǎn)換后的單片機(jī)讀寫(xiě)信號(hào)，作為單片機(jī)對(duì)LCD的片選信號(hào)。·A8：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)LCD的數(shù)據(jù)/指令通道的選擇。

50、3;A9;單片機(jī)對(duì)LCD的讀寫(xiě)信號(hào)選擇·D0D7：?jiǎn)纹瑱C(jī)和LCD的數(shù)據(jù)總線；·-LCD：為L(zhǎng)CD提供負(fù)電壓的引腳；·VIN：電源的正電壓：·VCC：經(jīng)過(guò)MAX1677變換后的系統(tǒng)正電源電壓；·TXD_GPS：GPS串口輸出；·RXD:經(jīng)過(guò)MAX232轉(zhuǎn)換后的串口TTL電平。6.2 液晶模塊的電源設(shè)計(jì)一般的，單片機(jī)系統(tǒng)如果采用電池供電，其輸入電壓為+3V，而LCD 顯示輸出除了需要提供+5V 工作電壓外，需要提供-10V 的對(duì)比度調(diào)節(jié)電壓。所以電源部分設(shè)計(jì)要求為+5V 和-10V 雙電壓輸出。在這里我們采用MAX1677 芯片進(jìn)行電源供

51、電方案。圖6.2 MAX232 引腳圖MAX1677 是雙電壓輸出升壓DC-DC 變換器，是用于需兩種可調(diào)電壓輸出的便攜式儀器。MAX1677 芯片的管腳如圖10 所示。MAX1677 芯片性能如下：·允許輸入電壓圍：0.7V5.5V；·主要輸出：2.5V5.5V 可調(diào)電壓輸 出，預(yù)設(shè)值3.3 輸出，最大輸出電流可達(dá)350mA；·第二輸出：可為L(zhǎng)CD 對(duì)比度調(diào)節(jié)提供-28+28 圖6.2 MAX232 引腳圖圍電壓；·電源效率：可達(dá)95%；·封裝形式：16 腳QSOP 封裝，體積很小，不需要外部場(chǎng)效應(yīng)管；·其他性能：還包括20uA 靜

52、態(tài)工作電流，1uA 關(guān)斷維持電流和電池欠電壓檢測(cè)。電源電路原理如電路原理圖2所示。電路原理和地址分配如下說(shuō)明：·L1、L2：磁芯電感，選用CoilCraft（線藝）的DO1608C-103 表貼磁芯電感，電感值為10；·D1、D2：肖特基二極管，但也可選用其它型號(hào)，只要反向耐壓大于16V 即可； R1、R2：電阻，R1 和R2 決定了LCD 對(duì)比度輸出的電壓值Vlcd(圖中為Vout2)其中R1 的取值圍為500K2M；· R3、R4：電阻，R3 和R4 的比值決定了主輸出電壓值Vout（對(duì)應(yīng)圖中的Vout1），其中R4 的取值圍是10 K200 K；·

53、 R5、R6：電阻，R5 和R6 的比值決定了系統(tǒng)欠電壓檢測(cè)的門(mén)檻電壓值Vtrip,當(dāng)電池電壓正常時(shí)，電池電壓過(guò)低，輸出管腳LOB（Low-Battery Output）輸出保持高電平；一旦電池電壓低于門(mén)檻電壓Vtrip 時(shí)，LBO 管腳輸出變成低電平。如果不使用欠電壓檢測(cè)的話，只許將第三管腳（LBI）接地。·Vin:電源電路的輸入端，連接兩節(jié)1.5V 電池，形成便攜式儀表的電源；·Vout1：連接MAX1677 的16 管腳，輸出+5V 電壓，作為系統(tǒng)的電源電壓；·Vout2：連接MAX1677 的10 管腳，輸出-10V 電壓，作為液晶顯示模塊的背光電源電壓；

54、·Low-Battery Output：連接MAX1677 的4 管腳，輸出電源電壓不足的報(bào)警信號(hào)，也就是MAX1677 中的LBO 信號(hào)。7 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7.1 軟件設(shè)計(jì)方案基于MCS-51 系列單片機(jī)的GPS 獨(dú)立定位測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)由4個(gè)模塊組成，分別是：1 系統(tǒng)初始化模塊；2 信號(hào)接收模塊；3 信號(hào)處理模塊；4 數(shù)據(jù)顯示模塊。系統(tǒng)初始化模塊：在用戶對(duì)設(shè)備加電時(shí)，對(duì)單片機(jī)的硬件端口作初始化操作；對(duì)GPS OEM 板初始化，做如下操作：輸入“$PGRMO，2*”語(yǔ)句，禁止GPS OEM 板所有輸出語(yǔ)句；輸入“$PGRMO，GPRMC，1*”語(yǔ)句允許GPS OEM 板輸出$GPR

55、MC 語(yǔ)句數(shù)據(jù)；對(duì)液晶顯示模塊作初始化操作：設(shè)置顯示模式為16 字×2 行；將定位數(shù)據(jù)指針指向80H，即屏幕第0 行第1 列；顯示屏清屏開(kāi)顯示屏和設(shè)置光標(biāo)；顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置。信號(hào)接收模塊：該模塊的功能是使單片機(jī)的串口接收從GPS OEM 板發(fā)送來(lái)的GPS 定位數(shù)據(jù)，做如下操作：判斷接收的字符是否是“$”字符；如果是則將記錄標(biāo)志位置1；把緯度數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)變量和經(jīng)度數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)變量置0；把逗號(hào)計(jì)數(shù)變量置0。接收數(shù)據(jù)時(shí)，如果數(shù)據(jù)無(wú)效則可由單片機(jī)響應(yīng)對(duì)GPS OEM板進(jìn)行配置，以加快定位速度。配置時(shí)，該模塊負(fù)責(zé)將輸入的信息發(fā)送到GPS OEM 板。對(duì)發(fā)送到GPS OEM 板的信息要轉(zhuǎn)換為NMEA-0

56、183 格式。在對(duì)GPS OEM 板配置的語(yǔ)句中，校驗(yàn)碼非常重要，因?yàn)镚PS OEM 板有時(shí)可能沒(méi)有正確接收到配置語(yǔ)句，所以配置時(shí)要連續(xù)發(fā)送，直到GPS OEM 板返回一個(gè)確認(rèn)語(yǔ)句為止。信號(hào)處理模塊：負(fù)責(zé)從接收的定位數(shù)據(jù)中分離出緯度和經(jīng)度信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)處理從GPS OEM 接收到的數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)時(shí)首先需要判斷數(shù)據(jù)是否有效（在GPRMC 語(yǔ)句中，A為有效，V為無(wú)效）。因輸出數(shù)據(jù)是以語(yǔ)句的形式出現(xiàn)的，每條語(yǔ)句代表一種數(shù)據(jù)，每種數(shù)據(jù)有它自己的識(shí)別碼，所以判斷有效性后要根據(jù)收到的語(yǔ)句的識(shí)別碼來(lái)判斷該語(yǔ)句是否為所需要的容（如GPRMC 中，“GP”為識(shí)別符，“RMC”為語(yǔ)句名）。當(dāng)接收完數(shù)據(jù)

57、后，還要進(jìn)行一次檢錯(cuò)過(guò)程，將所有收到的數(shù)據(jù)異或求和之后，與校驗(yàn)和“hh”進(jìn)行比較，如果兩者一樣，則整個(gè)數(shù)據(jù)接收正確，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；若接收不正確，則重新進(jìn)行接收。操作如下：先判斷送來(lái)的是否是“，”字符；判斷逗號(hào)的個(gè)數(shù)；分別提取第3 和第5 個(gè)逗號(hào)后的數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@兩個(gè)數(shù)據(jù)分別代表當(dāng)前的緯度和經(jīng)度數(shù)據(jù)；把分離出的數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)顯示模塊顯示。數(shù)據(jù)顯示模塊：負(fù)責(zé)將有用的定位信息數(shù)據(jù)顯示在反映定位置。同時(shí)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。NMEA一0183是以語(yǔ)句形式發(fā)送數(shù)據(jù)的。接收機(jī)可能發(fā)送很多類型的語(yǔ)句，而我們需要的可能只是某些語(yǔ)句中的幾個(gè)字段。因此就需要對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，取得所需的信息。另外，可能會(huì)由于小數(shù)點(diǎn)位數(shù)不同等原因，語(yǔ)句的長(zhǎng)度是可變的，因而分離感興趣的信息時(shí)，不能按照該信息在語(yǔ)句中所處的字符位置來(lái)查找，只能依據(jù)逗號(hào)分隔符，這些都是我們?cè)诔绦蛑行枰⒁獾膯?wèn)題。為解決信息中用戶所需要的信息。在應(yīng)用程序中，首先用軟件通過(guò)判別消息的引導(dǎo)頭是否為“”來(lái)確認(rèn)是否進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，然后在對(duì)應(yīng)消息中提取經(jīng)緯度與時(shí)間等數(shù)據(jù)，最后通過(guò)消息尾(即回車(chē)符)來(lái)停止數(shù)據(jù)接收的正確提取問(wèn)題，并提高程序的復(fù)用性，可以編寫(xiě)適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)，如一個(gè)用來(lái)分離語(yǔ)句，返回GPS 語(yǔ)句。7.2 程序設(shè)計(jì)7.2.1程序功能該程序的主