基于單片機(jī)的GPS導(dǎo)航裝置分析

譚昕

【摘要】 全球定位系統(tǒng)GPS作為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，如今已成為實(shí)用性極強(qiáng)、定位極精密的集導(dǎo)航、指揮和調(diào)度功能于一體的系統(tǒng)工程，被廣泛應(yīng)用在軍民兩用導(dǎo)航系統(tǒng)中。在此背景下，下面本文將具體來分析基于單片機(jī)的GPS導(dǎo)航裝置，主要從GPS導(dǎo)航裝置總體設(shè)計(jì)分析、GPS導(dǎo)航裝置中單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)兩部分來展開介紹，以期能夠促進(jìn)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)開發(fā)的進(jìn)一步成熟與完善。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) GPS導(dǎo)航裝置 分析

GPS衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)由美國國防部從上世紀(jì)70年代開始研制，經(jīng)過40多年的發(fā)展與完善，如今已經(jīng)發(fā)展成為一項(xiàng)偉大的跨世紀(jì)工程，它可以有效實(shí)現(xiàn)精密定位、實(shí)時導(dǎo)航與智能調(diào)度。本文主要從GPS導(dǎo)航裝置總體設(shè)計(jì)分析、GPS導(dǎo)航裝置中單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)兩部分來展開介紹，以期進(jìn)一步促進(jìn)單片機(jī)技術(shù)在GPS系統(tǒng)當(dāng)中的科學(xué)運(yùn)用，促進(jìn)基于單片機(jī)的GPS導(dǎo)航裝置的進(jìn)一步成熟與完善。

一、GPS導(dǎo)航裝置總體設(shè)計(jì)分析

由上圖可以看出，GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)是由多種技術(shù)相融合的技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)總共包括六部分：GPS接收天線、GPS-OEM接收模塊、中央處理單元模塊、LCD顯示模塊、電源模塊與鍵盤接口。其中，最核心的是GPS接收模塊與中央處理單元模塊，這兩部分的主要功能是負(fù)責(zé)GPS信號接收、信息解調(diào)及信號處理、控制工作進(jìn)程等等；LCD顯示模塊主要負(fù)責(zé)顯示導(dǎo)航信息及定位狀態(tài)，電源模塊負(fù)責(zé)整個導(dǎo)航系統(tǒng)的電力供應(yīng)需求，同時還擔(dān)負(fù)著過載保護(hù)工作；鍵盤接口用來完成本系統(tǒng)各種操作命令的輸入功能。這六部分綜合起來可以分為三大功能模塊：GPS接收模塊、信息處理模塊、顯示模塊?？傮w來說，GPS全球定位系統(tǒng)綜合運(yùn)用信息處理技術(shù)、GPS定位技術(shù)、通信技術(shù)，將GPS定位技術(shù)信息處理與自制簡易電子地圖相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對追蹤目標(biāo)的實(shí)時監(jiān)測與追蹤，并在顯示屏上及時顯示動態(tài)跟蹤信息。目前常見的導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要包括三大類：基于嵌入式的實(shí)現(xiàn)方案、基于單板機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案、基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案。第一種方案將處理器、存儲器、外設(shè)器、沁端口、圖形處理器等諸多硬件與各類系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序緊密結(jié)合，共同完成定位與導(dǎo)航，

開發(fā)難度較大，投入的人力、物力、財(cái)力大、開發(fā)周期過長、不適于大規(guī)模開發(fā)；基于單板機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案是對嵌入式實(shí)現(xiàn)方案在性能與外觀上的進(jìn)一步優(yōu)化、縮小化，各類必要的硬件資源處理器被集成到一個體積很小的單板計(jì)算機(jī)上，開發(fā)時不需單獨(dú)進(jìn)行外圍電路設(shè)計(jì)，凡是在通用PC上的應(yīng)用軟件可以直接進(jìn)行移植，開發(fā)難度較小；基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案是本文重點(diǎn)探討的一個問題，將具體在第二框中展開論述。

二、GPS導(dǎo)航裝置中單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的GPS導(dǎo)航裝置的設(shè)計(jì)初衷是為了充分發(fā)揮單片機(jī)成本低、控制系統(tǒng)組成靈活方便、調(diào)試方便與維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，這是目前多數(shù)定位導(dǎo)航均采用的實(shí)現(xiàn)方案。單片機(jī)又稱為嵌入式微控制器，它將CPU、RAM、ROM、時鐘、定時/計(jì)數(shù)器、多功能的串行與并行U/O口等濃縮集中于這塊微型芯片上，應(yīng)用起來極為便捷。由于需要存儲大量的歷史定位數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)精密、實(shí)時定位，所以通常選用的單片機(jī)是功能強(qiáng)大的C8051F系列的單片機(jī)。單片機(jī)在整個定位導(dǎo)航系統(tǒng)中扮演著極其重要的角色，一方面要與GPS接收機(jī)通信以取得定位的地理位置信息，另一方面又要保留與PC機(jī)通信的接口，所以，這就要求單片機(jī)必須選擇有兩個硬件串口的單片機(jī)；單片機(jī)作為數(shù)據(jù)終端的主控芯片，通常會選用C8051F020系列的單片機(jī)，因?yàn)檫@類單片機(jī)功能強(qiáng)大、幾乎囊括單片機(jī)的所有常用功能，且支持C語言源程序的調(diào)試，單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)主要集中在對單片機(jī)功能部件的設(shè)計(jì)上，一是實(shí)現(xiàn)兩個硬件串口，設(shè)計(jì)時要注意，這兩個串口的波特率產(chǎn)生是相互獨(dú)立的，使用起來非常靈活，串口1需要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片與PC機(jī)相連接進(jìn)行通信，串口0與GPS模塊連接，實(shí)現(xiàn)與接收機(jī)的通信；二，無需直接的仿真工具可直接通過JTAG接口與用戶系統(tǒng)相連；三，為了滿足大規(guī)模的存儲需求，建議使用64K字節(jié)大容量閃存器與4352字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM存儲設(shè)備，不需要再擴(kuò)展程序存儲器。

結(jié)束語：GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的研究與開發(fā)必定是一個綜合性、大范圍、多學(xué)科的偉大工程，它的研究進(jìn)展直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定健康發(fā)展，對于鞏固我國的國際地位也具有非常深遠(yuǎn)的影響。通過上述本文的分析，我們著重分析了上述兩個方面的內(nèi)容，通過分析單片機(jī)在GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以促進(jìn)GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)與成熟，促進(jìn)我國智能定位導(dǎo)航系統(tǒng)的成熟。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王惠南.GPS導(dǎo)航原理與應(yīng)用.北京：北京出版社，2003.

[2]黃凌.基于單片機(jī)的GPS信息處理系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)， 2007，（21）： 60-61.

[3]求是科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航[M ].北京：人民郵電出版社， 2005.