基于單片機(jī)的液晶GPS硬件設(shè)計(jì)

【摘要】 介紹了一種基于52單片機(jī)的液晶GPS的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)由GPS模塊、12864液晶顯示屏、MCS-52單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源模塊等組成。利用52單片機(jī)作為核心模塊，給出了系統(tǒng)框圖、原理圖的設(shè)計(jì)。介紹了52單片機(jī)與GPS接收模塊的通信方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對全球定位系統(tǒng)的定位導(dǎo)航信息幀參數(shù)的提取。

【關(guān)鍵詞】 52單片機(jī) GPS 12864液晶屏

一、前言

本設(shè)計(jì)介紹了一種成本低又能滿足性能要求的GPS接收機(jī)的設(shè)計(jì)方案。主要任務(wù)是在GPS、單片機(jī)和液晶顯示的理論知識基礎(chǔ)上，選擇合適的單片機(jī)提取GPS接收模塊接收的數(shù)據(jù)并且由液晶顯示模塊顯示接收的數(shù)據(jù)。

二、 GPS的組成

全球定位系統(tǒng)（GPS）主要包含著以下三個組成部分：地面控制部分、空間部分以及用戶裝置部分，即為地面監(jiān)控系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星星座以及GPS信號接收機(jī)。

（1）地面控制部分，由主控站（負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)整個地面控制系統(tǒng)的工作）、地面天線（在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文）、監(jiān)測站（數(shù)據(jù)自動收集中心）和通訊輔助系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸）組成。（2）空間部分，即是GPS工作衛(wèi)星及其星座， 它由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個軌道平面上。（3）用戶裝置部分，是滿足用戶定位精度和動態(tài)特性要求的GPS接收模塊，其功能是接收衛(wèi)星播發(fā)的信號，獲取定位觀測值，提取導(dǎo)航電文中的廣播衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星時鐘鐘差及電離層延遲修正參數(shù)等，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，已完成導(dǎo)航和定位任務(wù)。圖1是GPS信號接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖。

GPS信號接收模塊的任務(wù)是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理。

（1）天線單元：它是由接收天線和前置放大器組成。GPS接收機(jī)天線有：定向天線、偶極子天線、微帶天線、螺旋天線等。（2）接收單元：接收單元包括通道單元及計(jì)算和顯示單元兩部分。通道單元的主要功能是接收來自天線單元的信號，經(jīng)過變頻放大、濾波等一系列處理過程，實(shí)現(xiàn)對GPS信號的跟蹤、鎖定、測量，提供計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息。

三、 GPS定位儀硬件設(shè)計(jì)

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。在這里使用常見的MCS-52型單片機(jī)作為處理器，利用MCS-52單片機(jī)的串行接口接收NEO-6M GPS信號接收模塊輸出的數(shù)據(jù)信號，并通過軟件方法篩選出其中有用的定位數(shù)據(jù)，最后通過單片機(jī)的并行接口輸出至液晶顯示模塊顯示的方案。該GPS定位信息顯示系統(tǒng)硬件部分主要由以下幾個部分組成： （1）接收部分：以NEO-6M GPS接收模塊為核心的GPS接收機(jī)； （2）控制電路：由52單片機(jī)作為微處理器控制GPS信號； （3）顯示部分：12864LCD液晶顯示模塊； （4）電源電路：系統(tǒng)工作時所需電源。 （5）單片機(jī)系統(tǒng)：本次設(shè)計(jì)使用52單片機(jī)作為微處理器，控制GPS數(shù)據(jù)的讀取和傳輸過程。利用其串行接口接收NEO-6M GPS接收模塊輸出的數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選和處理后發(fā)送到12864液晶顯示器顯示。 （6）外圍電路：外圍電路一部分是由GPS接收器件及其輔助電路組成，一部分是LCD液晶顯示模塊的電源電路和顯示電路。NEO-6M GPS接收模塊主要由變頻器、信號通道、存儲器、中央處理器和輸入輸出接口構(gòu)成。它接收天線獲取的衛(wèi)星信號，經(jīng)過變頻、放大、濾波、相關(guān)、混頻等一系列處理，可以實(shí)現(xiàn)對天線視界內(nèi)衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測量定位。 （7）單片機(jī)控制程序：編寫程序，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)的初始化，控制GPS器件完成數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)行相應(yīng)的信號處理，并通過單片機(jī)接口輸出至液晶顯示模塊顯示必要的數(shù)據(jù)。

根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)主要由GPS信號接收部分（NEO-6MGPS信號接收模塊）、控制芯片（STC89C52單片機(jī)）、顯示部分（12864LCD液晶顯示模塊）這幾部分構(gòu)成。其系統(tǒng)硬件原理圖如圖2。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該GPS軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于GPS接收模塊與單片機(jī)的通訊，以及單片機(jī)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。在設(shè)計(jì)該軟件時采用了模塊化的思想，軟件模塊化后方便軟件的調(diào)試，也便于軟件的移植，在不同的硬件平臺上運(yùn)行該軟件只需要更改相應(yīng)的軟件模塊就可以實(shí)現(xiàn)。模塊設(shè)計(jì)分為液晶模塊初始化模塊，GPS數(shù)據(jù)接收模塊和單片機(jī)模塊這三個主要模塊。其程序流程圖如圖3。

五、系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試是兩個相輔相成的環(huán)節(jié)。調(diào)試和測試在整個設(shè)計(jì)過程中占了一定的工作量，通過不斷的調(diào)試發(fā)現(xiàn)問題和漏洞，并及時進(jìn)行修改已達(dá)到預(yù)期的效果。本次調(diào)試分為硬件和軟件調(diào)試兩大部分。

1、硬件調(diào)試。（1）檢查所設(shè)計(jì)的硬件電路板所有的器件和引腳是否正確。首先，用數(shù)字萬用表進(jìn)行了逐一對點(diǎn)的檢查，檢查各導(dǎo)線間是否有短路與開路的故障。然后，測輸入5V電源（0V地）線是否與電路中的對應(yīng)點(diǎn)的電源（地）線相連接是否正確；最后，檢查開關(guān)是否正常，是否連接正確。（2）測芯片管座與芯片管座之間用導(dǎo)線連接起來的對應(yīng)腳是否導(dǎo)通和截止。將仿真插頭插入單片機(jī)插座進(jìn)行調(diào)試，檢查各接口是否滿足設(shè)計(jì)的要求。（3）將程序代碼經(jīng)過Keil軟件仿真生成的（.hex）文件，用編程器將生成的文件導(dǎo)入單片機(jī)STC89C52中。（4）將寫入程序的單片機(jī)插入硬件電路單片機(jī)管座，查看液晶顯示器12864顯示結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。（5）本設(shè)計(jì)有GPS模塊調(diào)試接口，通過串口調(diào)試助手可以檢查能否接收到有效數(shù)據(jù)，界面

2、軟件調(diào)試。首先單獨(dú)調(diào)試各子程序是否能夠按照預(yù)期的功能，接口電路的控制是否正常，最后調(diào)試整個程序。（1）檢查12864液晶顯示模塊程序，觀察在液晶顯示器上是否能夠顯示相應(yīng)的字符。（2）檢查GPS模塊程序，通過觀察12864液晶顯示情況理解GPS信號接收狀況。（3）通過GPS模塊程序和12864液晶顯示模塊程序的結(jié)合，觀察12864液晶顯示器上的GPS顯示信息。

六、結(jié)論

本文介紹了GPS定位導(dǎo)航的概念和原理，并介紹了導(dǎo)航數(shù)據(jù)的幀格式和提取方法。在經(jīng)過比較論證后，選擇了利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位的方案，實(shí)現(xiàn)了接收板導(dǎo)航數(shù)據(jù)的接收，完成了單片機(jī)與PC機(jī)的串行接口的通信和LCD液晶屏的顯示。并且完成了單片機(jī)主程序、單片機(jī)初始化的設(shè)計(jì)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]顧必良，王黎明，韓焱. 基于AT89S52 的GPS 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 自動化與儀表，2008（4）：28-31

[2]張海龍. 基于單片機(jī)的GPS定位顯示系統(tǒng)[J]. 網(wǎng)絡(luò)與信息. 2009年，第4期，P47

[3]李斌.基于MSP430 單片機(jī)的GPS 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 制造業(yè)自動化，2010.6