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 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 and 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GPS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1.1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，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