雷洪翔， 任 爽， 呂 鐸， 任天童， 朱文頔， 吳彥杭

（東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318）

引言

GPS技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事、航空等各個(gè)領(lǐng)域，但是要實(shí)現(xiàn)各種用途[1-3]，必須具備GPS終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控平臺(tái)三個(gè)要素，三者缺一不可，其中GPS終端必須能夠接受GPS信號(hào)并且能夠進(jìn)行處理并輸出。市面上的GPS導(dǎo)航儀功能強(qiáng)大，但是價(jià)格也十分昂貴，對(duì)于普通用戶失去了功能強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。本文設(shè)計(jì)為滿足普通用戶使用GPS的切實(shí)需要，設(shè)計(jì)并制作一款GPS全球衛(wèi)星定位器。

1 STC89C52概述

STC89C52是一種低功耗高性能的微控制器，其采用8052核的ISP在系統(tǒng)可編程芯片，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)80 MHz，芯片內(nèi)含4 kB的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器可反復(fù)擦除1 000次左右[4]。該芯片兼容80C52引腳結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)MCS-52指令系統(tǒng)，在其內(nèi)部?jī)?nèi)集成了ISP Flash存儲(chǔ)單元和通用8位中央處理器，通過將其與PC端的目標(biāo)程序相配合，可將所需的目標(biāo)代碼下載到微控制器中，從而節(jié)省購買通用編輯器的成本，也提高了讀取速度[5-7]。

2 GPS系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.1 GPS系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本文所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的GPS硬件電路主要由控制芯片（STC89C52單片機(jī)）、信號(hào)接收部分（GPS接收模塊）、顯示部分（LCD12864液晶顯示模塊）和電源電路等四部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 基于單片機(jī)的GPS硬件總體結(jié)構(gòu)框圖

本次設(shè)計(jì)要求通過單片機(jī)控制GPS器件實(shí)現(xiàn)定位信息顯示功能,為滿足設(shè)計(jì)要求選用STC98C52單片機(jī)作為處理器，工作過程如下：第一，通過單片機(jī)接收GPS接收模塊輸出的電壓信號(hào)；第二，通過軟件編程的方法篩選出合理的位置數(shù)據(jù)；第三，通過使用單片機(jī)的并行口，將有效數(shù)據(jù)輸出至液晶顯示模塊。

2.2 GPS系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

考慮軟件的模塊化具有功能清晰、調(diào)試方便和可移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[8-9]，本系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上采用模塊化思想。此外，在考慮到軟件的更新及功能的擴(kuò)展，以及保證軟件能夠方便地在不同的硬件平臺(tái)上的移植性等因素，整個(gè)方案的軟件主要分為三部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊、實(shí)時(shí)顯示模塊和GPS數(shù)據(jù)接收模塊，軟件總體流程如圖2所示。

圖2 軟件總體流程圖

圖3 STC89C52引腳圖

3 系統(tǒng)硬件電路具體設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)所采用的STC89C52單片機(jī)引腳圖如圖3所示，其引腳說明如下：

1）主電源引腳（2根）：VCC為電源輸入端口；GND為接地端口。

2）控制引腳（2根）：ALE/PROG為控制地址鎖存允許信號(hào)；PSEN為控制外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。

3）外接晶振引腳（2根）：XTAL1為芯片內(nèi)部振蕩電路的輸入端口；XTAL2為芯片內(nèi)部振蕩電路的輸出端口。

4）可編程輸入輸出引腳（32根）：MCU有4組8位的可編程輸入輸出端口，每個(gè)端口有8根引腳，共有32個(gè)。

3.2 GPS接收模塊電路設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)信息的液晶顯示功能的首要條件是實(shí)現(xiàn)GPS信號(hào)的接收，考慮到目前GPS接收模塊的制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，本系統(tǒng)選擇成品的GPS接收模塊，其具有性能穩(wěn)定、非常方便的優(yōu)點(diǎn)，定位成功后可以直接通過接收模塊輸出GPS相關(guān)信息，并且該GPS接收模塊在經(jīng)過商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)后，價(jià)格已經(jīng)十分容易接受，也可以使本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性價(jià)比得到一定的提高[10]。

GPS接收模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示，其主要由CPU、儲(chǔ)存器、并行信號(hào)通道和低噪聲下變頻器等結(jié)構(gòu)組成，通過天線獲得衛(wèi)星信號(hào)，再經(jīng)過頻率變換、放大、濾波和混頻等相關(guān)處理，完成對(duì)天線視場(chǎng)中衛(wèi)星的鎖定、跟蹤和測(cè)量工作[11]，GPS接收模塊引腳功能說明如表1所示。

圖4 GPS接收模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖

表1 GPS接收模塊引腳功能表

4 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)、GPS接收模塊、LCD12864液晶顯示模塊等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)經(jīng)度、緯度、時(shí)間等信息的GPS實(shí)時(shí)顯示，體現(xiàn)了GPS全球定位系統(tǒng)全球覆蓋性、全天候性、三維性以及高效率性等功能特征，本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)包括操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品體積小巧，方便攜帶、定位精準(zhǔn)度較高，實(shí)用性較強(qiáng)等。