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1、毕业论文基于单片机的简易GPS定位信息显示系统设计 声 明本人所呈交的基于单片机的简易GPS定位信息显示系统设计，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。作者签名： 日期： 摘 要GPS（Global Positioning System）全球定位系统是当今信息时代发展中的重要组成部分。由于其良好的性能，精度高，适用范围广等特点，被广泛应用于陆地，海洋，航空航天等领域。本文提出了一种微控制器作为核心控
2、制设备，由GPS接收模块、实时显示模块等功能电路构成的GPS实时显示系统。文章从硬件设计和软件设计两个方面，阐述了MCS-51系列单片机如何与GPS接收模块实现串行通信，结果显示GPS定位信息，并利用Proteus仿真软件，对其性能进行了仿真测试。该设计电路简单，成本低，性能好，具有一定的实用价值。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。【关键词】：GPS；单片机；串行通信；实时显示模块ABSTRACTGPS ( Global Positioning System ) global positioning system in todays information age is the important par
3、t in the development of. Because of its good performance, high precision, wide application characteristics, are widely used in terrestrial, marine, aviation, aerospace field. This paper describes the design of a single chip microcomputer as the core control device, received by GPS module, display mo
4、dule and other functional circuit consisting of GPS real-time display system. This paper from the hardware design and the software design two aspects, elaborated the MCS-51 Series MCU and GPS receiving module to realize serial communication, the results showed that GPS positioning information, and t
5、he use of Proteus simulation software. The performance of the simulation test. The design has the advantages of simple circuit, low cost, good performance, has a certain practical value.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。【KEY WORD】: GPS； microcontroller；Serial communication；The real-time display module酽锕极額閉镇桧猪訣锥。目 录一 概述1彈贸
6、摄尔霁毙攬砖卤庑。（一）系统设计背景及意义1（二）系统设计主要内容1二 GPS定位信息显示系统方案设计1（一）GPS全球定位系统简介1（二）GPS信号接收方案的解决2（三）GPS接收模块简介3（四）总体方案的设计3三 硬件电路设计4（一）硬件总体结构框图4（二）单片机性能概述5（三）SiRF Star II GPS信号接收模块7謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。（四）实时显示模块概述8（五）电路原理图10四 软件设计10（一）软件设计思路10（二）程序流程图10（三）模块软件设计11五 软件调试与仿真测试14（一）软件调试14（二）仿真测试过程14六 总结16致 谢17参考文献17附录一 电路原理图18附
7、录二 仿真电路原理图19附录三 源程序20一 概述（一）系统设计背景及意义 GPS是英文Global Positioning System全球定位系统的简称，它提供实时全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集，应急通信和一些其他用途。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。目前已经被广泛用于陆海空三大领域。例如：陆地的GPS技术应用，它可以应用在各种车辆的行驶状态监控中；在海洋应用中，GPS技术可以应用于远洋船舶的最佳航线测定；在航空航天应用，GPS技术可以应用到民用飞机在运输过程中的自主导航。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。现在的GPS技术中最关键的就是如何解决GPS信号是否能被准确接收和调制输出的的问题。此外，准确显
8、示出当时所在地方的经度和纬度、时间，也直接关系到这种技术是否具有良好的实用价值。今天，已经有很多基于此类GPS技术及基本功能的基础上开发的产品，如GPS手持机，GPS导航设备等。GPS技术的确具备功能强大、可扩展性好等优势，但同时也具有价格昂贵、电路复杂等缺点。本文拟设计一个简单的基于单片机的GPS定位信息显示系统，整个系统的构成简单，基本性能齐全，价格便宜，具有一定的实用价值。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。（二）系统设计主要内容在学习微控制器和GPS的理论知识基础上，选择合适的微控制器和GPS接收模块，通过GPS接收并提取卫星信息。以单片机为核心组成部分，对所提取的信息进行分析，处理，利用液晶显示器
9、构成显示电路，实时准确地显示所需的数据。设计完成后利用Proteus软件仿真测试其性能。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。二 GPS定位信息显示系统方案设计（一） GPS全球定位系统简介GPS是新一代空间卫星导航定位系统Global Positioning System的简称，由美国在21世纪70年代研制开发。GPS技术在研究的初始阶段其主要的目的是为收集情报。此外，包括实时监测核武器动向，对地、海、空三大领域进行全天候的、实时的无漏洞的导航服务也是其主要目的之一。目前，GPS技术还被广泛地应用与应急通信和其他一些军事目的、经济领域。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。GPS技术整体比较复杂，但从不同的技术领域来分，可
10、以分为以下三个主要部分：第一， 地面控制部分。主要包括主控站、地面天线以及电台和通讯辅助系统；第二， 空间控制部分。目前全球一共有24颗卫星分布在6个不同的轨道平面上，为GPS技术的信息获取提供主要来源；渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。第三， 用户装置部分。该部分主要包括卫星天线以及GPS接收机两个模块。这三部分的关系图如图1所示。 图1 GPS全球定位系统组成其主要工作原理是由地面监控部分来计算从卫星发出的信号到达GPS接收机，即用户装置部分的时间间隔，利用公式计算出用户装置到基准卫星的距离。在此过程中共需要接收天空中大于3颗的卫星信号所发的信息。然后在三维坐标系中，利用距离的计算工式，求解出观测点的
11、位置坐标。此外，由于来自卫星的时钟信号与地面用户装置的时钟信号之间难免存在误差现象，还需要考虑该时间差所造成的距离偏差问题。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。（二） GPS信号接收方案的关键问题为了能够实现在液晶显示器上准确、实时的显示出所接收到的GPS数据信息，核心问题就是如何处理来自卫星的信号与GPS接收器芯片之间的数据通信。本设计的难点就是如何进行软件程序的编写实现GPS模块信息的接收。此外，还应该根据核心芯片的设计标准，对整个外围电路、天线模块等进行设计，进而保证在GPS完成卫星信息的接收之后，能够准确计算出观测点的经度、纬度以及高度，并将结果通过定位模块的输出，在显示电路模块显示出来。擁締凤袜备
12、訊顎轮烂蔷。（三）GPS接收模块简介GPS接收机是整个系统的关键构成模块。目前，市场上的GPS接收模块的型号很多，不同型号的接收模块在结构、功能、价格上也存在差异。但其基本构成往往由天线、前置放大、变频器、并行信号通道、中央处理器以及输入输出端口、内部存储器等部分构成，其基本原理图如图2所示：贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。图2 GPS接收模块内部结构当GPS接收器捕获到来自卫星的信号之后，将对该信号进行跟踪，保证能够进行一系列连续测距。然后将对所测信号进行解调，将该信号转换为导航电文。在该过程中还要考虑到载波相位的计算、测量伪距的处理等一些列过程，最后计算出定位点的相关坐标信息。在整个过程中，为保证信
13、息获取的实时性，要求用户能够通过输入和输出接口很方便的实现与GPS接收模块的信息交换，也就是系统应该具有友好的人机交互界面。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。（四） 总体方案的设计根据系统的设计要求，要求能够以单片机为核心控制器件，实现GPS设备的定位信息的显示系统。目前市面上单片机的种类繁多，功能各异。综合考虑单片机的功能、通用性、可扩展性以及性价比，本设计将采用常见的MCS-51单片机作为处理器。在GPS信号的接收部分，将采用SiRF Star II GPS信号接收模块与MCS-51单片机串行接口相连实现数据信号的输出。通过软件的设计，对接收机信号进行筛选、计算、输出，获取定位数据信息。最终的计算结果
14、将通过MCU并行接口模块输出，利用液晶显示器（LCD）构成的显示电路显示出结果。 整个GPS定位信息显示系统的硬件构成主要包括以下几部分：蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。第一，接收模块电路。主要包括以SiRF Star II GPS接收模块作为核心构成的GPS接收机，主要负责将锁定卫星，并将捕获码的最大相关输出，然后利用同步技术，通过对伪距、载波相位的估计，计算出用户位置、速度和时间等数据信息；買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。第二，控制电路模块。主要包括由51单片机构成的核心电路，主要负责控制GPS数据读取和传输的过程，并将数据进行滤波等处理，并发送至显示电路；綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。第三，显示电路部分。主要包括由
15、LCD构成的显示电路，通过与微控制器接口的正确连接实现定位数据的实时显示；驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。第四，电源部分。为整个系统提供动力来源，保证系统的正常工作。设计中还包括一些外围电路，主要负责在接收天线获取卫星信号后，在信号的变换、放大、滤波等一系列处理过程中起到相应辅助作用，与主控电路与接收模块协同工作，锁紧、定位、测量并输出显示结果。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。此外，在控制电路完成信息的捕获、跟踪和计算的过程中，无论是卫星导航参数的测量，还是伪距及伪距变化率的测量，以及最终位置信息的计算及经纬度的变换显示，输入输出端口的管理等，都必须通过软件指令进行控制。所以软件设计也是整体方案的重要组成部分。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。综上，本文将从硬件电路与软件设计两部分开展具体论述。三 硬件电路设计（一）硬件总体结构框图硬件总体结构框图如图3所示： 图3 硬件总体结构框图（二）单片机性能概述1.S
