1、基于51單片機(jī)GPS定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)GPS定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

GPS(Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))，是一個(gè)由24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)?？梢员ＷC在任意時(shí)刻，任何地點(diǎn)都同時(shí)檢測到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。現(xiàn)在在很多領(lǐng)域都有用到GPS技術(shù)，比如可以用來引導(dǎo)汽車、飛機(jī)、船舶以及個(gè)人準(zhǔn)確的到達(dá)目的地，本文就是以保證個(gè)人的安全、準(zhǔn)確出行研究的GPS定位系統(tǒng)，設(shè)計(jì)制作一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)由電源電路、晶振電路、復(fù)位電路、LCD驅(qū)動(dòng)電路等組成，此系統(tǒng)用以讀取GPS模塊的數(shù)據(jù)并處理，最后顯示在LCD12864上面，用戶可以實(shí)時(shí)通過讀取12864顯示的內(nèi)容了解自己的位置以及當(dāng)前時(shí)間，同時(shí)由于用到有單片機(jī)，以后還可以在上面加很多想要的功能，是一個(gè)可擴(kuò)展、很具有使用價(jià)值的系統(tǒng)。

1、 系統(tǒng)方案選擇和論證

1.1、引言

GPS 是英文Global Positioning System(全球定位系統(tǒng))的簡稱，而其中文簡稱為“球位系”。GPS起始于1958年美國軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、 全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的。經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。隨著人民生活水平的發(fā)展，GPS技術(shù)被越來越多的應(yīng)用在個(gè)人PDA、個(gè)人車載終端、手機(jī)等設(shè)備上。人們通過GPS，能準(zhǔn)確知道自己所在的位置，從實(shí)現(xiàn)到導(dǎo)航、確定旅游路線、獲取地理信息等功能。本文介紹的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，以單片機(jī)作為主控芯片，配以GPS、12864顯示屏，構(gòu)建了一個(gè)GPS信息顯示的系統(tǒng)。本系統(tǒng)在一定程度上推動(dòng)了GPS導(dǎo)航設(shè)備研究的發(fā)展。

1.2 方案說明

1.2.1、 總體設(shè)計(jì)方案

個(gè)人手持設(shè)備要求是功耗要足夠低、操作簡單、界面美觀、方便觀看。

為完成相應(yīng)功能，本設(shè)計(jì)提出的方案如圖1.1所示。系統(tǒng)包括以下幾個(gè)基本模塊：電源模塊、主控模塊、顯示模塊、GPS定位模塊。GPS模塊負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星信息，單片機(jī)模塊負(fù)責(zé)讀取GPS模塊數(shù)據(jù)并處理，顯示模塊主要負(fù)責(zé)將GPS模塊接收到的數(shù)據(jù)顯示出來供用戶隨時(shí)觀看。

1.2.2、 系統(tǒng)功能說明

(1).定位功能

GPS通過接收衛(wèi)星信號(hào)，可以準(zhǔn)確地定出其所在的位置，位置誤差小于10米。利用GPS，在12864上面顯示當(dāng)前位置。

(2).查詢時(shí)間功能

GPS還可以接收衛(wèi)星發(fā)下來的時(shí)間信息，利用單片機(jī)控制12864顯示出當(dāng)前時(shí)間，用戶可以很方便的了解時(shí)間。

1.3、 部分模塊設(shè)計(jì)方案

1.3.1、 控制模塊設(shè)計(jì)方案

單片機(jī)最小系統(tǒng)由晶振電路、復(fù)位電路、電源電路等組成

1.3.2、 顯示電路設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目選用LCD12864作為顯示屏，電路簡單，選用并行通信方式

1.3.3、 GPS模塊選擇方案

方案一：采用串口接口GPS模塊。優(yōu)點(diǎn)：便于驅(qū)動(dòng)，程序簡單，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：體積較大。

方案二：采用usb接口GPS模塊。優(yōu)點(diǎn)：便于攜帶。缺點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)相對(duì)較難、價(jià)格相對(duì)較貴。

1.4、總體方案確定

1.4.1、系統(tǒng)硬件方案

表1.1系統(tǒng)硬件方案

2、 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)硬件特性如下圖：

該系統(tǒng)是用手工做的腐蝕板，成本很低，性能穩(wěn)定，同時(shí)用LCD12864作為顯示屏顯示位置及時(shí)間等信息，顯示的容量大數(shù)據(jù)量小，一個(gè)頁面可以顯示8*4個(gè)漢字或16*4個(gè)字符。

2.1、 主控芯片電路

主控芯片為AT89S52，該芯片性能穩(wěn)定、工藝精良。

圖2.1為主控芯片電路，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，這里采用AT89S52單片機(jī)作為控制芯片，實(shí)現(xiàn)了成本低，開發(fā)簡單等特點(diǎn)。

2.2、 復(fù)位電路

圖2.2為系統(tǒng)復(fù)位電路，為確保系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般單片機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V。由于單片機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，單片機(jī)電路開始正常工作。這種復(fù)位電路的工作原理是：VCC上電時(shí)，C1充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位;幾個(gè)毫秒后，C1充滿，10K電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下S1，C1放電。S1松手，C1又充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。幾個(gè)毫秒后，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)

2.3、 晶振電路

圖2.3為震蕩電路，每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全稱叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快，如圖，在晶振兩邊添加兩個(gè)30pF(27--33pF)電容，使震蕩更加穩(wěn)定。震蕩電路接在AT89S52單片機(jī)的18、19兩個(gè)引腳上，給單片機(jī)提供震蕩信號(hào)

2.4、 電源電路

圖2.3為電源電路，用的是六腳開關(guān)控制電源通斷，同時(shí)控制了電源的正負(fù)極，安全方便，同時(shí)有一個(gè)電源指示燈，上面加有一個(gè)1K的限流電阻。該電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的電源控制，同時(shí)顯示了電路的狀態(tài)，方便大家操作。

2.5、 顯示電路

圖2.4為12864顯示電路，該12864的數(shù)據(jù)口用的AT89S52的P0口，由于P0口內(nèi)部沒有加上拉電阻，需外接10K的上拉電阻，才能保證數(shù)據(jù)的正常傳輸。12864的3腳為背光調(diào)節(jié)的引腳，當(dāng)3腳的電壓不同時(shí)背光的亮度就不同，這里設(shè)計(jì)了一個(gè)電路來調(diào)節(jié)3腳的電壓，就是利用一個(gè)滑動(dòng)變阻器一個(gè)腳接電源電壓，一個(gè)腳接地，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器就可以改變中間那個(gè)引腳的電壓，我們只需將中間那個(gè)引腳和12864的3腳相連接就行了。

2.7 電路圖的打印

由于采用的是曝光顯影法制作電路板，故打印電路圖前，要先對(duì)電路圖進(jìn)行打印設(shè)置。

由于我們是制作單面板，多余的線路可用跳線連接。打印前，先進(jìn)行頁面設(shè)置，具體設(shè)置參數(shù)如圖2.6.1所示，在Mechanical層放置填充方塊，覆蓋整個(gè)電路圖。然后進(jìn)行打印設(shè)置：

點(diǎn)擊文件，打印設(shè)置，然后點(diǎn)擊高級(jí)選項(xiàng)，在高級(jí)選項(xiàng)中選擇將要打印的層，本系統(tǒng)中需打印的層如圖2.6.2所示：

然后點(diǎn)擊左下角的特性設(shè)置各層的打印顏色。Bottom Layer 設(shè)置為白色，Mechanical層設(shè)置為黑色，Multi-Layer設(shè)置成白色。設(shè)置好后，將打印比例設(shè)置為1.0即可進(jìn)行打印，打印時(shí)要注意用硫酸紙或菲林紙，我們是將線布在底層，打印可以選擇鏡像打印，就是將圖2.6.2中Mirror這個(gè)選項(xiàng)勾上，到時(shí)候正面曝光，也可以將就按照?qǐng)D2.6.2設(shè)置，曝光時(shí)就背面曝光。

3、 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1、系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)的所有程序均采用C語言編寫，開發(fā)工具為keil，開發(fā)環(huán)境為windows。應(yīng)用軟件開發(fā)的模塊化思想來開發(fā)這個(gè)項(xiàng)目，程序定義了許多子程序來分別管理各個(gè)模塊，通過對(duì)各個(gè)子程序的操作，來構(gòu)建整個(gè)程序框架。各個(gè)子程序即可單獨(dú)提取出作為獨(dú)立的一個(gè)有機(jī)代碼，大大增加了項(xiàng)目的健壯性及可移植性。

3.2、軟件詳細(xì)設(shè)

3.2.1 頭文件

本系統(tǒng)寫了很多頭文件，里面包含了很多子模塊的信息，各個(gè)子模塊相互分開，加大了項(xiàng)目的可移植性，如在其它的項(xiàng)目中要使用這些子模塊，只需要將C文件和H文件復(fù)制過去就行了。包含的頭文件如下：

#include

#include

#include

#include "GPS.h"

#include "LCD.h"

#include "display.h"

3.2.2、系統(tǒng)IO定義

整個(gè)系統(tǒng)用到了很多獨(dú)立的IO，在控制12864的讀寫中要定義幾個(gè)IO，在控制GPS模塊的數(shù)據(jù)傳輸中都要用到單片機(jī)IO，具體定義IO情況如下：

3.2.3、主函數(shù)

主函數(shù)，項(xiàng)目入口，用于啟動(dòng)其他模塊，并在屏幕上顯示主界面窗口，主函數(shù)具體如下：

/****************************************

主函數(shù)

/****************************************/

void main(void)

{

uchar error_num = 0;

Uart_Init(); //初始化串口

Lcd_Init(); //初始化LCD

GPS_Init(); //初始化GPS

rev_stop=0;

REV_NO;

while(1)

{

if (rev_stop) //如果接收完一行

{

TR0 = 1; //開啟定時(shí)器

REV_YES;

if (change_page % 2 == 1) //換頁

{

if (GPS_GGA_Parse(rev_buf, &GPS)) //解析GPGGA

{

GGA_YES;

GPS_DisplayTwo(); //顯示第二頁信息

error_num = 0;

gps_flag = 0;

rev_stop = 0;

REV_NO;

}

else

{

error_num++;

if (error_num >= 20) //如果數(shù)據(jù)無效超過20次

{

GGA_NO;

error_num = 20;

GPS_Init(); //返回初始化

}

gps_flag = 0;

rev_stop = 0;

REV_NO;

}

}

else

{

if (GPS_RMC_Parse(rev_buf, &GPS)) //解析GPRMC

{

RMC_YES;

GPS_DisplayOne(); //顯示GPS第一頁信息

error_num = 0;

gps_flag = 0;

rev_stop = 0;

led1 = 1;

}

else

{

error_num++;

if (error_num >= 20) //如果數(shù)據(jù)無效超過20次

{

RMC_NO;

error_num = 20;

GPS_Init(); //返回初始化

}

gps_flag = 0;

rev_stop = 0;

REV_NO;

}

}

}

}

}

由于GPS與單片機(jī)通信是選用的串口，在程序中首先初始化了串口，在初始化了LCD12864，然后初始化GPS，做好了準(zhǔn)備工作后，就一直等待從GPS接收數(shù)據(jù)。

3.2.4、延時(shí)子函數(shù)

在整個(gè)系統(tǒng)中都要用到延時(shí)函數(shù)，這個(gè)時(shí)間的取定決定這整個(gè)系統(tǒng)的工作效率，如果延時(shí)時(shí)間短了就會(huì)造成LCD12864顯示不正常，還有就是GPS數(shù)據(jù)傳輸不成功;但是延時(shí)時(shí)間過長又會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的效率低下，所以一個(gè)準(zhǔn)確的延時(shí)函數(shù)是很重要的，具體的延時(shí)函數(shù)如下：

void delay(uint z)

{

uint x, y;

for (x = z; x > 0; x--)

for(y = 110; y > 0; y--);

}

void timer0(void) interrupt 1

{

static uchar count = 0;

TH0 = 0x3c;

TL0 = 0xb0;

count++;

if (count == 200) //2*5秒鐘

{

count = 0;

change_page++; //換頁

if (change_page == 10)

change_page = 0;

}

}

上面是一個(gè)延時(shí)1ms(晶振為11.0592M)的函數(shù)下面是一個(gè)中斷函數(shù)，用于12864顯示用的。

3.2.5、12864子模塊

12864的顯示函數(shù)，先要寫地址，然后在寫數(shù)據(jù)，在這個(gè)過程前還要檢測12864是否忙，就是是否在接收上次的數(shù)據(jù)，具體的函數(shù)如下：

#ifndef __LCD_H_

#define __LCD_H_

#include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define LCD_data P2 //數(shù)據(jù)口

sbit LCD_RS = P0^7; //寄存器選擇輸入

sbit LCD_RW = P0^6; //液晶讀/寫控制

sbit LCD_EN = P0^5; //液晶使能控制

sbit LCD_PSB = P0^4; //串/并方式控制

#define DelayNOP(); {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();};

void clr_screen();

void delay(uint z);

void Lcd_WriteCmd(uchar cmd);

void Lcd_WriteDat(uchar dat);

void Lcd_Init(void);

void Lcd_SetPos(uchar X,uchar Y);

void Lcd_DispLine(uchar line, uchar pos, uchar *str);

#endif //__LCD_H_

#include "LCD.h"

void delay(uint z)

{

uint x, y;

for (x = z; x > 0; x--)

for(y = 110; y > 0; y--);

}

void clr_screen()

{

Lcd_WriteCmd(0x34); //擴(kuò)充指令操作

delay(5);

Lcd_WriteCmd(0x30); //基本指令操作

delay(5);

Lcd_WriteCmd(0x01); //清屏

delay(5);

}

static bit Lcd_Busy(void)

{

bit result;

LCD_RS = 0;

LCD_RW = 1;

LCD_EN = 1;

DelayNOP();

result = (bit)(P0&0x80);

LCD_EN = 0;

return(result);

}

void Lcd_WriteCmd(uchar cmd)

{

LCD_RS = 0;

LCD_RW = 0;

LCD_EN = 0;

_nop_();

_nop_();

LCD_data = cmd;

DelayNOP();

LCD_EN = 1;

DelayNOP();

LCD_EN = 0;

}

void Lcd_WriteDat(uchar dat)

{

LCD_RS = 1;

LCD_RW = 0;

LCD_EN = 0;

LCD_data = dat;

DelayNOP();

LCD_EN = 1;

DelayNOP();

LCD_EN = 0;

}

void Lcd_Init(void)

{

LCD_PSB = 1; //并口方式

Lcd_WriteCmd(0x34); //擴(kuò)充指令操作

delay(5);

Lcd_WriteCmd(0x30); //基本指令操作

delay(5);

Lcd_WriteCmd(0x0C); //顯示開，關(guān)光標(biāo)

delay(5);

Lcd_WriteCmd(0x01); //清除LCD的顯示內(nèi)容

delay(5);

}

void Lcd_SetPos(uchar X,uchar Y)

{

uchar pos;

if (X==0)

{X=0x80;}

else if (X==1)

{X=0x90;}

else if (X==2)

{X=0x88;}

else if (X==3)

{X=0x98;}

pos = X+Y ;

Lcd_WriteCmd(pos); //顯示地址

}

void Lcd_DispLine(uchar line, uchar pos, uchar *str)

{

int i = 0;

Lcd_SetPos(line, pos);

while (str[i] != 'XX性欧美肥妇精品久久久久久,51精品国自产在线,国产欧美日韩,日韩中文字幕