四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告
前 言
随着时代的发展，先进的科学技术给人们的生活带来了翻天覆地的变化。各种各样的智能化产品层出不穷，推动着社会的进步。全球定位系统GPS是美国从20世纪70年代开始研制，在1994年建成，以接收导航卫星信号为基础的非自主式导航与定位系统，它以全球性、全能性、全天候性、连续实时高精度的实时时间、三维位置、三维速度为人们的生活带来了方便。随着全球定位技术的不断改进和完善，它的应用领域将会不断地扩大，必将成为信息时代不可缺少的一部分。在我们的生活中GPS定位系统给我们带来了便利，如车载GPS导航仪、GPS手持设备、GPS/GPRS远程终端控制设备等，但是他们的价格比较昂贵。本设计使用低功耗的AT89S52单片机、GPS卫星定位模块和LCD12864液晶显示模块来实现对GPS定位信息的计算和显示。GPS信息主要有GPGSV（可见卫星信息）、GPGLL（地理定位信息）、GPRMC（推荐最小定位信息）、GPVTG（地面速度信息）、GPGGA（GPS定位信息）和GPGSA（当前卫星信息）。在设计中我用软件只对GPRMC（最小定位信息）和GPGGA（GPS定位信息）进行了解析，并将解析后的数据转换成字符，通过LCD12864显示日期、时间、经度、纬度、航向、速度和海拔高度等卫星信息。本设计思路清晰、结构简易、性价比高，对研究GPS定位系统二次开发有重要作用。
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1.总体设计方案
1.1系统设计框图
本设计主要由电源电路、复位电路、时钟电路、串口通信电路、GPS接收模块、LCD12864显示电路组成。电源电路为系统提供电源，复位电路用于单片机的初始化操作，时钟电路用于是单片机工作在统一的时钟脉冲。GPS接收模块由GPS接收电路和GPS接收天线组成。GPS接收机用于接收GPS卫星信号，并将接收到的信息通过串口通信方式发送到单片机中。单片机通过软件程序对接收到的GPS定位信息进行计算解析，并将解析的结果通过LCD12864显示。系统设计框图如图1所示：
复位电路LCD12864显示模块电路GPS接收模块串口通信电路AT89S52时钟电路图1 系统设计框图
电源电路
2.设计原理
2.1 AT89S52单片机结构和原理
2.1.1 AT89S52单片机功能特性
AT89S52单片机是一种低功耗、高性能COMS8位控制器，具有8K可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，适宜于常规编程。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个
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J?四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 中断或硬件复位为止。AT89S52引脚分布图如图2所示： 1402P1.0(T2)VCC3P1.1(T2EX)P0.0(AD0)394P1.2P0.1(AD1)385P1.3P0.2(AD2)376P1.4P0.3(AD3)367P1.5(MOSI)P0.4(AD4)358P1.6(MISO)P0.5(AD5)349P1.7(SCK)P0.6(AD6)3310RSTP0.7(AD7)3211P3.0(RXD)EA(VPP)3112P3.1(TXD)ALE(PROG)3013P3.2(INT0)PSEN2914P3.3(INT1)P2.7(A15)2815P3.4(T0)P2.6(A14)2716P3.5(T1)P2.5(A13)2617P3.6(WR)P2.4(A12)2518P3.7(RO)P2.3(A11)2419XTAL2P2.2(A10)2320XTAL1P2.1(A9)22GNDP2.0(A8)21 图2 AT89S52引脚分布图 AT89S52主要性能： ★ 与MCS-51单片机产品兼容 89S52 ★ 8K字节在系统可编程Flash存储器 ★ 1000次擦写周期 ★ 全静态操作：0Hz～33Hz ★ 三级加密程序存储器 ★ 32个可编程I/O口线 ★ 三个16位定时器/计数器 ★ 八个中断源 ★ 全双工UART串行通道 ★ 低功耗空闲和掉电模式 ★ 掉电后中断可唤醒 ★ 看门狗定时器 ★ 双数据指针1 2★ 掉电标识符
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2.1.2 复位控制电路原理
复位是单片机的初始化操作，单片机在上电启动运行时，都需要先复位。其作用是使单片机和其他部件都处于一个确定的初始化状态，并从这个工作状态开始工作。但是单片机自身不能自动进行复位，必须使用外部复位电路来实现单片机的复位。单片机的外部复位电路有上电自动复位电路和按键手动复位电路两种。我们采用的是按键手动复
1位，当复位按键按下后，复位端与VCC电源接通，电容迅速放电，使REST引脚为高电平；当复位键弹起后，VCC电源通过10K欧姆电阻对22uf电容重新充电，REST引脚端出现复位正脉冲。其持续时间取决于RC电路时间常数。复位控制电路图如图3所示：2 VCCS1SW-PB1R12002C122ufRESTR310K 图3 复位控制电路图 2.1.3 时钟控制电路原理 单片机的工作是在统一的时钟脉冲控制下进行的，这个时钟脉冲由单片机时钟电路发出，单片机的时钟产生有内部时钟和外部时钟两种，我们采用的是内部时钟方式。此方式是利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和XTAL2两端接晶体振荡器，就构成了自激的振荡器，发出的脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时，C4和C5的值通常选择为15PF—33PF之间，电容对频率有微调作用。时钟控制电路图如图4所示： C4X130pY211.0592MC5X230p 4 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告
图4 时钟控制电路图
2.2 GPS结构组成
全球定位系统（Global Positioning System）GPS是美国第二代卫星导航系统，是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验，和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面控制部分和用户设备三大部分组成。GPS结构组成图如图5所示：
图5 GPS结构组成图
2.2.1 空间部分
GPS的空间部分由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，它们位于距离地球表面20240Km的高空中。平均分配在6个轨道平面上（每个平面4颗），轨道倾斜角为55°，各轨道平面升交点的赤径相差60度。此外，还有4颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象，这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS卫星产生两组电码, 一组称为C/A 码( Coarse/Acquisition Code11023MHz) ；一组称为P 码(Precise Code 10123MHz)，P 码因频率较高，不易受干扰，定位精度高，因此受美国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方服务。C/A 码人为采取措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。
GPS卫星有如下基本功能：
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[大学论文]关于单片机的GPS定位系统（WORD档）P26 - 图文
