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1、毕 业 设 计（论 文）说 明 书题 目：基于单片机的GPS设计系 别：专业班级：学生姓名：指导教师：提交时间：2015年5月10日摘 要本设计根据GPS模块数据输出原理，基于GPS接收模块、51系列单片机、1602液晶显示屏等元件实现的一台小体积、方便携带、能够独立使用的实时定位导航设备。本设计主要研究GPS接收模块与单片机的串行通信，分别从硬件和软件两方面同步GPS的实时显示设计。硬件部分主要由STC90C51单片机最小系统模块、，GPS接收模块、LCD液晶显示模块、电源模块等组成。本设计软件方面以单片机的汇编语言进行，编写完成程序后，用软件wave进行调试，无误后在Proteus 8软件
2、进行单片机嵌入仿真。关键词：单片机；GPS；1602液晶屏；串行通信；ABSTRACTThe design module based on GPS data output theory, based GPS receiver module, 51 series, 1602 LCD display and other components to achieve a small size, portable, real-time positioning and navigation equipment can be used independently.This design study GPS
3、receiver module and single-chip serial communications, GPS synchronized separately from the hardware and software aspects of real-time display design. The hardware consists of STC90C51 smallest single-chip system module, GPS receiver module, LCD liquid crystal display modules, power supply modules a
4、nd other components. The design software in microcontroller assembly language, after their completion program, using software wave debug and correct in Proteus 8 software embedded microcontroller simulation.KEY WORDS: GPS(Global Positioning System )；MCU51；1602LCD screen目 录摘 要IABSTRACTII第1章 引 言11.1课题
5、的背景及意义11.2总体方案的设计1第2章GPS全球定位系统介绍与接收GPS定位信号方案22.1 GPS全球定位系统及GPS接收模块的研究22.1.1 GPS全球定位系统22.1.2 GPS接收模块的研究32.2 接收GPS定位信号方案4第3章 基于单片机的GPS硬件设计53.1 基于单片机的GPS硬件总体结构53.2 基于单片机的GPS设计硬件部分介绍63.2.1 STC90C51单片机器主要性能63.2.2 Waveshare U-BLOX NEO-6M信号接收模块介绍73.2.3 1602LCD模块介绍83.2.4 电源123.3 基于单片机的GPS硬件连接介绍12第4章 基于单片机的G
6、PS软件设计134.1 GPS NAEA 0183数据格式介绍144.2 基于单片机的GPS软件开发环境144.2.1程序编译环境Keil uVision4144.2.2串口通信调试工具COMPort Debuger V2.00154.2.3单片机程序编程软件SLISPV1.3.2164.2.4 GPS接收模块调试软件uNav Analyzer164.3基于单片机的GPS软件设计思路174.4 各模块软件设计184.4.1 串口初始化模块184.4.2 液晶模块初始化模块194.4.3 数据接收模块204.4.4 数据格式调整送显模块21第五章 总结25致 谢26参考文献27第1章 引 言1.
7、1课题的背景及意义自第一颗GPS试验卫星于1978年2月22日入轨运行以来，以卫星为动态已知点的无线电导航定位时代就已经开启。陆地、海洋及空间上的无数用户可以通过具有接收、跟踪、变换和测量GPS导航定位信号功能的接收机就能够随时随地共享GPS卫星发送的导航定位信号，以此来计算GPS测量点七维状态和三维状态参数。GPS卫星的运行，不仅为用户提供定位信号，GPS技术带来的高精度、全天候、全天时的新的测量技术还在地球物理学、大地测量学、地球运动力学、天体力学、载人航天学、全球气象学和全球海洋学等学科上做出了巨大贡献。实时地显示所在地的经纬度和UTC标准时间是GPS设备的最基本功能，但要能实现这一功能
8、，就要求设备最基本的能够接收GPS信号并可以调制输出。现今市面上的车载GPS导航仪、GPS手持机等基于GPS接收模块开发的产品，虽然功能强大，但是造价昂贵，对于一般应用而言没有必要。故基于这一背景，此设计制作了一款低成本的能够满足用户对于GPS的一般需求的基于单片机的采集与显示定位信息的GPS手持设备。1.2总体方案的设计该GPS设备在硬件上主要包括U-BLOX NEO-6M（GPS信号接收模块）、AT890C51、1602LCD、电源四部分。GPS信号接收模块（U-BLOX NEO-6M）将收到的GPS卫星导航电文调制解码，转换为TTL的电平直接传送给单片机串口。单片机经程序识别筛选接收到的
9、GPS导航电文后送到显示模块，按照预先设定的排版方式显示在1602LCD液晶显示器上。第2章GPS全球定位系统介绍与接收GPS定位信号方案2.1 GPS全球定位系统及GPS接收模块的研究2.1.1 GPS全球定位系统全球定位系统(GPS)是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。最初GPS建立主要谁为了给美国独霸全球战略的军事目的服务。到1994年3月，历时20多年的研究开发，耗资300亿美元，布设完成的24颗GPS卫星组成的星座全球覆盖率已达98%。构成全球定位系统的三大部分：l 地面控制部分；l 空间部分；l 用户装置部分。GPS星座 GPS信号信号注入GPS信
10、号GPS接收地面监控部分图21 构成GPS全球定位系统的三大部分全球定位系统的主要特点：l 全天候；l 全球覆盖；l 定位精度高；l 高效率：l 应用广泛多功能。 在离地面2万公里的高空上，24颗GPS卫星以固定的周期绕地运转，保证至少6颗卫星的定位信息能够在任一时间任一地点被同时接收到。只需其中4颗卫星的信号，GSP接收模块就能给出三维坐标，时间和移动速度等参数 因为已知卫星的位置精确，在GPS观测中，我们得出卫星与GPS接收设备之间的距离，所以观测点的位置(X,Y,Z)可以利用3颗卫星组成三个方程式根据三维坐标中的距离公式解出。实际上存在X、Y、Z和钟差这四个未知量，这是因为卫星时钟与接收
11、机时钟存在误差，因此需要引入第4颗卫星，组成4个方程式求解，才能得到定位点的经纬度和高程。 2.1.2 GPS接收模块的研究接收机的关键部分是GPS接收模块，不同的接收模块功能各不相同，普通的接收模块结构主要由低噪声下变频器、并行信号通道、CPU、储存器等组成。GPS接收模块的工作原理：通过接收天线获取的卫星信号，再经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量。得到了卫星的位置信息和信号传播时间便可计算出天线所在的位置。用户采用异步串行通信方式通过I/O接口与GPS接收模块进行通信。前置放大低噪声下变频器并行信号通道本振CPURAMROM天线GPS接
12、收模块 图22 GPS接收模块内部结构2.2 接收GPS定位信号方案只有先完成接收和调制好GPS信号后，才能将接收到的GPS地理信息显示在液晶显示屏上。我们有两种接收GPS信号的方案。方案一：选用GPS芯片，基于芯片设计GPS接收模块接收定位信号，然后在基于设计的接收模块完成本设计。方案二：直接选用产品GPS接收模块获得定位信号完成本设计。选用方案一的话可以使我们掌握GPS接收模块的部分技术，但是难度较大不易实现，方案二的成品模块很容易在市面上买到，比较容易实现。故经过分析， 选择方案二比较适合本设计。第3章 基于单片机的GPS硬件设计3.1 基于单片机的GPS硬件总体结构根据总体设计方案，该
13、基于单片机的GPS硬件设计主要四部分构成: 由GPS信号接收部分（U-BLOX NEO-6M信号接收模块）; 控制芯片(AT89C51单片机）; 显示部分（1602LCD液晶显示模块）; 电源这几部分构成。GPS信号1602液晶显示模块电源GPS信号接收模块AT89C51图31基于单片机的GPS硬件总体结构框图3.2 基于单片机的GPS设计硬件部分介绍3.2.1 AT89C51微处理器主要性能在本次设计中，采用微控制器为AT89C51单片机，其小体积、结构简单、性价比高、可靠性高、功耗小及应用范围广等特性适用于移动便携设备。AT89C51的全双工异步通信口 ,更够跟U-BLOX NEO-6M接
14、口进行数据读取 、处理和输出。且由于两者串口通信时,采用的电平方式均为TTL ,故不需要电平转换便可直接连接。AT89C51功能性能:1.主要特性：1. 与MCS-51 兼容2. 4K字节可编程闪烁存储器3. 全静态工作：0Hz-24Hz4. 三级程序存储器锁定5. 128*8位内部RAM6. 32可编程I/O线7. 两个16位定时器/计数器8. 两个优先级别的五个中断源9. 可编程串行通道10. 低功耗的闲置和掉电模式11. 片内振荡器和时钟电路图3-3 AT89C51引脚图3.2.2 Waveshare U-BLOX NEO-6M信号接收模块介绍该设计中的GPS信号接收模块所选用的是由深圳市微雪电子有限公司所生产的Waveshare U-BLOX NEO-6M接收模块。该模块在5V10%范围的电压工作时，电流低至60mA，U-BLOX NEO-6M优异的节能特性使其得以更广泛的应用在移动手持设备上。 特性：使用
