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本科毕业设计说明书(论文)第1页共55页1绪论人类的第一颗GPS卫星发射进入太空是在1976年3月23日，和其他的普通卫星不同。它的成功运行代表着导航卫星时代的大门正式被打开，我们将正式迈入到卫星定位的时代。导航卫星向我们发来的信息，是允许很多的用户一同使用的三维数据信息。GPS能够为地球天气、海洋领域提供了一种高准确、全天候、全天时的检测新方法。陆地、海洋和天空的许多用户，一般使用能够接收、交换和跟踪GPS数据的收发装置，这样就可以不受时间、地点、空间运动物体的六维形状数据和三维形状数据的影响。因为GPS能够覆盖整个地球而且精确性度好、抵抗干扰的能力好，具有确定位置十分准确的特点，在各种各样的领域起到了很大的效果，最近几年不管在国内还是在国外都有着十分广阔的运用，并变成了这个以信息时代为主十分重要的一部分。由于各种用于民间GPS技术的不断发展，它的未来是十分值得我们去期待的，尤其是在我们国内对GPS开发使用必将变为以科学技术来促进经济和社会的发展，对中国经济和社会发展带来前所未有的影响。1.1GPS技术的应用(1)陆地的应用对各种车辆行驶状态进行监控；对海上航行船只进行导航；对城市环境检测；登山远足旅游者的指引；对特殊的车辆（如救护车）进行引导；对盲人可以引导其过马路；对天气情况的实时监控；监测地球中各大板块运动的情况；陆地和海洋水平面的测定；煤炭金属等资源勘探；降雨的分布；对恐怖分子活动的踪迹进行追踪；对农作物的生长和分布也能检测。(2)海洋的应用船舶的最优航行路线测定；实时调度和监控的远洋船队航线的导航，特别是近年来许多捕鱼船都在使用；河船的实时调度的导航测量；海上救援搜索和定点测量；结队航行调度远洋船只的导航；对海底石油的测定；沉船位置的精确测量；海底管道铺设路线的测定；地球资源的勘查；水文地质调查；海底地形的测量；海运货物防盗报警；净化海水（海洋溢油追踪报告）；定点海上纠纷或事故的认定；炸礁和其他海洋工程的准确定位；港口货运的管理；海洋灾难的检测。本科毕业设计说明书(论文)第2页共55页(3)航空的应用民航飞机航线的确定；飞机精密着陆；飞机空中加油控制；飞机编队飞行的安全保护；航空援救搜索和定点测量；机载地球物理勘探；飞机探测灾区大小和标定的测量，如图1.1BlockⅡ/ⅡR卫星。图1.1BlockⅡ/ⅡR卫星1.2GPS在国外与国内的状况及未来发展的情况随着全球经济化的迅速发展，美国宣布2000年到2006年间，在美国国家安全不受任何威胁的条件下，将取消SA政策，这样使得GPS民用信号准确度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位以后，原来的精度由20米提高到了100米，这必将进一步推动GPS技术的应用，提高生产效率、科学水平以及人们的生活质量，促进GPS市场的增长。以下三个方面是卫星导航技术主要发展趋势：一是多个卫星导航系统并存，使系统可用性得到改进，使得应用领域更广泛；二是各种各样组合技术得到推广使用，主要是根据GPS和通信站对定位，航航向角计算的应用；三是卫星导航与无线通信等高新技术相结合使用，如将GPS接收机嵌入到手机，消费电子产品，笔记本电脑，PDA和手表中，从根本上促进信息技术的全面发展。用户的GPS[1]全球定位系统可连续提供三维空间位置，并能提供高精度的定时服务，定位的误差不会大于10米，授时的误差不会大于0.1秒，授时的精度高于0.000001秒。如果把我单位的GPS定位信息通过无线通信连续不断的传输到指挥中心，并通过侦察手段获得敌人位置信息，集中显示在大屏幕上，可以使本科毕业设计说明书(论文)第3页共55页我们的指挥人员了解战场敌我双方的动态趋势[2]，从而提供了一个重要准确的信息。1.3本章小结本章主要讲解了GPS的发展现状，来了解GPS对日常生活的作用。然后又为我们介绍了GPS主要的应用，并介绍GPS的功能及要求。本科毕业设计说明书(论文)第4页共55页2总体方案的设计根据设计方案要求，该基于单片机GPS电路设计系统主要由GPS信号接收部分(M-8729GPS信号接收模块)、控制芯片(STC89C52单片机)、显示部分(12864LCD)液晶显示模块)这几部分构成，这些装置组成的系统可以进行数据信号的接收与显示。2.1系统的结构在设计该软件时采用了模块化的思想，之所以采用的模块化的设计思想，主要是想到了软件模块化后方便软件的调试，同时也方便了该软件的移植，在不同的硬件平台上运行该软件只需要更改相应的软件模块就可以实现[3]。模块化设计在软件设计上运用是十分的广泛的，采用模块化设计，当出现问题以后便于检查。同时对于其他人查阅时也便于理解，可以方便的调用到其它程序中。根据设计要求，拟定出系统结构框图。如图2.1所示。GPS信号GPS接收模块电源STC89C52液晶显示屏图2.1GPS定位信息显示系统原理框图2.2显示器的选择各种型号的液晶通常是按照显示字符的行数或液晶点阵的行、列数来命名。例如1602表示每行显示16个字符，一共可以显示出两行。这类液晶通常被称为字符型液晶，只能显示ASCII码字符。12232代表显示器图像由122列、32行构成，共有122*32个点来绘出各种图形。12864代表显示器由128列、64行构成，总共128*64个点来表示各种图形，并且带有中文库可以直接使用。2.3GPS的选择GPS模块主要有以下几个性能指标：本科毕业设计说明书(论文)第5页共55页(1)卫星轨道有24颗卫星在六个不一样的轨道上运行(一组四颗)，大多数定位接收器能够检测到8～12个，基本上不会大于12个卫星在同一侧[4]。计算LAT/LONG(2维)坐标最少使用3颗。再加上一颗就能够算出空间坐标。(2)并行通道现在市场上的GPS接收机一般都使用12条并行的通道，让它们去跟踪每个卫星的运行情况，每个通道都拥有快速启动的特点，并能够在偏远的山区也具有十分好的接收能力。通常它们是不要在外部装上天线，除非在一个比较密封的环境中，如飞机的机舱中，汽车上。(3)定位时间是指启动GPS接收机来确定现在位置所需的时间。对于有很多通道的卫星，如果你在最后一个地方进行测试，冷启动需要的时间一般为4至6分钟，热启动时是13到28秒，而2通道的接收器，冷启动时大多超过16分钟，热启动3到5分钟。(4)DGPS功能要使SA和大气层所带来的影响降低到最低水平，有一个被称为DGPS的发送机装置。这是一种可以让GPS（在搜索现场150~250公里半径内设置）接收到从卫星发出的数据，它理论上确切地知道卫星数据需要多少时间传输，比较它与实际传输时间，并计算出“差”，这是非常接近的SA和大气折射带来的影响[5]，它会传出数据，其他GPS接收机可以用它来获得一个更准确的信息数据。2.4本章小结本章大体上介绍了整个系统的设计思想，根据一些器件的性能以及指标再结合所设计的系统具体选择什么样的器件。本科毕业设计说明书(论文)第6页共55页3系统硬件电路的设计硬件电路的设计是非常重要的，该系统中的硬件部分主要由GPS信号接收部分(M-8729GPS信号接收模块)、控制芯片(STC89C52单片机)、显示部分(12864LCD)液晶显示模块)这几部分构成。根据各模块的功能然后将它们组合在一起构成所需的系统。3.1STC89C52单片机STC89C52是具有8K在系统可编程Flash存储器。它在使用MCS-51内核基础上做了大量的改进使得芯片具有更好的功能[6]。3.1.1STT89C52单片机的结构原理STC89C52与标准的80C51和80C52的单片机的引脚是可以互相兼容的。在单芯片上，具有超高精度的性质，还有逻辑加密的功能。其引脚排列如图3.1所示。P1.0/T21P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RESET9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17X118X219GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30EA/VP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40图3.1STC89C52引脚图芯片功能引脚描述。引脚功能说明：VCC：电源电压。GND：地。本科毕业设计说明书(论文)第7页共55页ALE/PROG：对外部数据和程序存储器存取时间低八位字节地址进行寻址时，将会允许脉冲锁存输出。在正常情况下，地址锁存器依然能够采用1/6的固定输出脉冲信号作为时钟的频率，也可用于其他目的。必要时可以对地址锁存使8EH单元处于静态操作中，D0的特殊功能寄存器在此时为“1”。EA/VPP：程序存储器控制信号。为了使中央处理器访问外部程序存储器能够从地址0000H开始执行到FFFFH，总的中断要保持接地的所谓低状态。特别提醒：一般中断在高电平上，连接到电源端口，中央处理器执行指令是对内部程序存储器进行操作。在编程的快闪记忆体中，VPP电源引脚为12V这个是能够接受的，所以它是编程+12V电源VPP编程电压所需的必须条件[7]。XTAL1：振荡器的内部时钟输出端和反相放大器端。XTAL2：振荡器的反相放大的输出端。特殊功能寄存器：在单片机STC89C52的片上存储器，从80H到FFH的128个存储单元，该单元的特殊功能寄存器是指从80H至FFH128字节所有字节，只有少数可以使用。所以我会说这是没有价值的单位定义，要一直是“0”就是没有定义的，而不是单位的数据“1”写的，最关键的原因是这些单元在未来的新功能产品会给出。除了STC89C51单片机以外。STC89C52具有相同的计数器和定时器计数0与定时器计数1，还增加了一个定时计数器2。数据存储器：单片机STC89C52有256字节的内部RAM。特殊功能的寄存器从80H到FFH高128字节与地址是重合的，换句话说是特殊功能寄存器的地址与高128字节的RAM的地址和是相同的，但是他们在物理上的位置是不同的。Flash存储器编程：STC89C52单片机它内部存储器编程总共有8K字节，存储的内容已经变为高电平的状态，使用者可以依据你想要编程存储器进行操作。程序可采用两个电平，分别为高电平和低电平[8]，跟能够编写的两个信号的端口电压。我们将用到P1.0和P3.2引脚，因此对P1和P3口的作用有如下的说明：P1口：双向的I/O口，此接口一共具有8位，此口不需要接上拉电阻，由单片机内部自己提供。P2口：作为普通的I/O使用时，不需要在外接上拉电阻。P3口：8个双向I/O口，并且自带上拉电阻。在将1写入到P3口时，P3作为输入。而外部为低电平，这时P3口将输出电流，这是因为上拉缘故。其中P3.2是外部中断0。本科毕业设计说明书(论文)第8页共55页串行口的控制与状态寄存器为SCON和PCON。SCON用于定义串行口的工作方式及控制中断接收和发送。字节地址为98H，其各位定义如表3.2所示。表3.2串行控制寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1：串行口工作方式选择位，其定义如表3.3所示。表3.3串行口工作方式选择SM0、SM1工作方式功能描述波特率00方式08位移位寄存器fosc/1201方式110位UART可变10方式211位UARTfosc/64或fosc/3211方式311位UART可变其中fosc为晶体震荡器频率。根据NMEA-0183数据格式及设计要求，选用工作方式1。REN：接收允许控制位。由软件置位以允许接收，又由软件清0来禁止接收。TI：发送中断标志。在方式0中，当第8位发送结束时，由硬件置位。在其它方式的发送停止位前，由硬件置位。TI必须用软件清0。RI：接收中断标志位。在方式0，当接收完第8位数据后，由硬件置位。PCON：是为了在单片机上能够实现对电源进行控制而附加上去的。其中它的最高位是SMOD。SMOD=1时，方式1、方式