摘要：本文詳細介紹了基于51系列單片機的GPS定位系統(tǒng)設(shè)計，提供了硬件電路和軟件設(shè)計，并將最終的數(shù)據(jù)信息，如時間、經(jīng)度、緯度等，精確計算并實時顯示。

關(guān)鍵字 單片機 GPS LCD12864

0引言

全球定位系統(tǒng)是一個用于接收衛(wèi)星導航信號的非自主導航與定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)全球覆蓋、全天候、連續(xù)的實時信息、高精度的三維位置、三維速度和時間信息的能力為人類的導航定位提供了可靠的保證。目前，GPS全球定位技術(shù)已日趨成熟并在經(jīng)濟、軍事和社會生活等許多領(lǐng)域得到廣泛應用，它正發(fā)揮著越來越重要的作用[1]- [3]。

本系統(tǒng)主要是基于AT89C52單片機開發(fā)環(huán)境和使用GPS技術(shù)來設(shè)計一個實時接收、經(jīng)度和緯度的路線顯示以及存儲等功能的GPS。

1 方案設(shè)計

該系統(tǒng)主要是由GPS接收天線、GPS接收器模塊、中央處理單元、液晶顯示模塊、電源模塊和鍵盤接口組成[2]。

其中，GPS接收模塊和中央處理單元模塊（89C52）是該系統(tǒng)的核心部分。它們是負責GPS信號的接收和解調(diào)信號處理，控制工作過程等等。液晶顯示模塊用于顯示定位、時間信息。鍵盤接口是作為人機交互端口。最后，電源模塊負責整個系統(tǒng)的電源和過載保護的工作。系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

GPS定位系統(tǒng)需要具備GPS信息的接收和實時顯示的功能。為達到以上要求，AT89C52單片機的主要硬件[3]由LCD12864、GPS模塊、天線、鍵盤等組成。下面分別介紹各個模塊并給出其電路設(shè)計圖[4]。

2.1單片機模塊

在該系統(tǒng)中使用 AT89C52作為中央處理單元。作為單片機的入門學習芯片，AT89C52單片機為大多數(shù)人熟悉。它 具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的優(yōu)點，適用于低層次的系統(tǒng)開發(fā)。并且能夠直接輸出TTL電平，具有GPGGA、 GPGSA、 GPRMC等數(shù)據(jù)輸出格式。

2.2 GPS接收模塊

GPS接收器的任務就是在一定衛(wèi)星仰角捕獲衛(wèi)星信號選擇的截止角以及跟蹤衛(wèi)星軌跡。此外， 接收方轉(zhuǎn)換和接收放大GPS信號以及其他處理[5]，目的是為了測量從衛(wèi)星到接收機天線GPS信號的傳播時間，并破譯GPS衛(wèi)星導航實時發(fā)送的消息，然后計算站的3 維位置，甚至三維速度和時間。

NEO-6M由瑞士生產(chǎn)，具備良好的性能，其詳細信息如下圖2所示，包括序列號、電量和精度等。

GPS接收器有50個并行通道。NEO-6M為了低功耗和低成本而特別設(shè)計，它的應用能很大的突破智能電源管理功能。并且它能夠通過接口和無線分別與LISA和U-LEON相連。而且，它可以適用于-40℃～ + 85℃。更重要的是，它有一個良好的抗干擾性能。

為了使NEO-6M處于良好的工作狀態(tài)并且與整個系統(tǒng)兼容，設(shè)計出NEO-6M的外圍電路如圖3所示。

2.3 鍵盤輸入

鍵盤輸入在單片機應用系統(tǒng)的輸入模式中是使用最廣泛的方法之一。鍵盤用于輸入單片機的數(shù)據(jù)或指令。鍵盤輸入是由按鈕或開關(guān)來完成的，不僅可以獨立使用，也可以作為一個按鍵矩陣。

在GPS導航系統(tǒng)的設(shè)計中，由于所用按鍵端口比較少，因此采用獨立鍵盤輸入方式[6]不會過多地占用系統(tǒng)端口。另外這一設(shè)計還能大大提高單片機的運算速度。

2.4 LCD12864模塊

在系統(tǒng)中，為了顯示某些信息，如經(jīng)度和緯度、日期時間、可見衛(wèi)星個數(shù)等，必須有顯示模塊以接收單片機數(shù)據(jù)，并顯示GPS信息[7]。這里使用LCD12864液晶顯示器，這是因為它不僅具有體積小，低功耗，高可靠性，低成本，接口簡單的優(yōu)點而且可以顯示各種圖像和文本信息。

液晶顯示器及其外圍接口電路[8]如圖4所示。

2.5 電源模塊

系統(tǒng)設(shè)計應避免后級電路對前級電路電路的干擾，因此電池供電采用加電容濾波處理，以給單片機最小系統(tǒng)和液晶提供電量。單片機的引腳可以控制GPS的電源的開與關(guān)。 其電路設(shè)計如圖5所示。

3 軟件設(shè)計

該GPS設(shè)計的核心部分是GPS接收模塊與單片機的通訊，以及單片機將收到的信息篩選編排顯示位置后送到LCD液晶顯示模塊顯示[9]。

在設(shè)計該程序時采用了模塊化的思想，以便于軟件的調(diào)試，同時也方便了該軟件的移植，在不同的硬件平臺上運行該軟件只需要更改相應的軟件模塊就可以實現(xiàn)。該軟件模塊設(shè)計分為液晶模塊初始化模塊，GPS數(shù)據(jù)接收模塊，單片機模塊這三個主要模塊。其程序流程圖如圖6所示。

4 總結(jié)

通過調(diào)試，在單片機系統(tǒng)中，GPS模塊可以輸出的實時經(jīng)度、緯度、時間、日期等信息以及能夠?qū)崿F(xiàn)基本功能的定位。該系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單，硬件電路是普遍的，編程方便，所以該系統(tǒng)可被廣泛應用。此外，根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計出來的GPS原型具有重量輕、體積小和成本低的優(yōu)點，便于攜帶和使用，所以它具有較高的推廣價值。

參考文獻

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