基于MCS-51系列单片机的简易GPS定位信息显示系统设计
基于MCS-51系列单片机的简易GPS定位信息显示系统设计[20200131184103]
摘 要
GPS（Global Positioning System）全球定位系统是当今信息时代发展中的重要组成部分。由于其良好的性能，精度高，适用范围广等特点，被广泛应用于陆地，海洋，航空航天等领域。本文提出了一种微控制器作为核心控制设备，由GPS接收模块、实时显示模块等功能电路构成的GPS实时显示系统。文章从硬件设计和软件设计两个方面，阐述了MCS-51系列单片机如何与GPS接收模块实现串行通信，结果显示GPS定位信息，并利用Proteus仿真软件，对其性能进行了仿真测试。该设计电路简单，成本低，性能好，具有一定的实用价值。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】GPS；单片机；串行通信；实时显示模块
目 录
一 概述 1
（一）系统设计背景及意义 1
（二）系统设计主要内容 1
二 GPS定位信息显示系统方案设计 1
（一）GPS全球定位系统简介 1
（二）GPS信号接收方案的解决 2
（三）GPS接收模块简介 3
（四）总体方案的设计 3
三 硬件电路设计 4
（一）硬件总体结构框图 4
（二）单片机性能概述 5
（三）SiRF Star II GPS信号接收模块 7
（四）实时显示模块概述 8
（五）电路原理图 10
四 软件设计 10
（一）软件设计思路 10
（二）程序流程图 10
（三）模块软件设计 11
五 软件调试与仿真测试 14
（一）软件调试 14
（二）仿真测试过程 14
六 总结 16
致 谢 17
参考文献 17
附录一 电路原理图 18
附录二 仿真电路原理图 19
附录三 源程序 20
一 概述
（一）系统设计背景及意义
GPS是英文Global Positioning System全球定位系统的简称，它提供实时全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集，应急通信和一些其他用途。
目前已经被广泛用于陆海空三大领域。例如：陆地的GPS技术应用，它可以应用在各种车辆的行驶状态监控中；在海洋应用中，GPS技术可以应用于远洋船舶的最佳航线测定；在航空航天应用，GPS技术可以应用到民用飞机在运输过程中的自主导航。
现在的GPS技术中最关键的就是如何解决GPS信号是否能被准确接收和调制输出的的问题。此外，准确显示出当时所在地方的经度和纬度、时间，也直接关系到这种技术是否具有良好的实用价值。今天，已经有很多基于此类GPS技术及基本功能的基础上开发的产品，如GPS手持机，GPS导航设备等。GPS技术的确具备功能强大、可扩展性好等优势，但同时也具有价格昂贵、电路复杂等缺点。本文拟设计一个简单的基于单片机的GPS定位信息显示系统，整个系统的构成简单，基本性能齐全，价格便宜，具有一定的实用价值。
（二）系统设计主要内容
在学习微控制器和GPS的理论知识基础上，选择合适的微控制器和GPS接收模块，通过GPS接收并提取卫星信息。以单片机为核心组成部分，对所提取的信息进行分析，处理，利用液晶显示器构成显示电路，实时准确地显示所需的数据。设计完成后利用Proteus软件仿真测试其性能。
二 GPS定位信息显示系统方案设计
（一） GPS全球定位系统简介
GPS是新一代空间卫星导航定位系统——Global Positioning System的简称，由美国在21世纪70年代研制开发。GPS技术在研究的初始阶段其主要的目的是为收集情报。此外，包括实时监测核武器动向，对地、海、空三大领域进行全天候的、实时的无漏洞的导航服务也是其主要目的之一。目前，GPS技术还被广泛地应用与应急通信和其他一些军事目的、经济领域。
GPS技术整体比较复杂，但从不同的技术领域来分，可以分为以下三个主要部分：
第一， 地面控制部分。主要包括主控站、地面天线以及电台和通讯辅助系统；
第二， 空间控制部分。目前全球一共有24颗卫星分布在6个不同的轨道平面上，为GPS技术的信息获取提供主要来源；
第三， 用户装置部分。该部分主要包括卫星天线以及GPS接收机两个模块。
这三部分的关系图如图1所示。
图1 GPS全球定位系统组成
其主要工作原理是由地面监控部分来计算从卫星发出的信号到达GPS接收机，即用户装置部分的时间间隔，利用公式计算出用户装置到基准卫星的距离。在此过程中共需要接收天空中大于3颗的卫星信号所发的信息。然后在三维坐标系中，利用距离的计算工式，求解出观测点的位置坐标。此外，由于来自卫星的时钟信号与地面用户装置的时钟信号之间难免存在误差现象，还需要考虑该时间差所造成的距离偏差问题。
（二） GPS信号接收方案的关键问题
为了能够实现在液晶显示器上准确、实时的显示出所接收到的GPS数据信息，核心问题就是如何处理来自卫星的信号与GPS接收器芯片之间的数据通信。本设计的难点就是如何进行软件程序的编写实现GPS模块信息的接收。此外，还应该根据核心芯片的设计标准，对整个外围电路、天线模块等进行设计，进而保证在GPS完成卫星信息的接收之后，能够准确计算出观测点的经度、纬度以及高度，并将结果通过定位模块的输出，在显示电路模块显示出来。
摘 要
GPS（Global Positioning System）全球定位系统是当今信息时代发展中的重要组成部分。由于其良好的性能，精度高，适用范围广等特点，被广泛应用于陆地，海洋，航空航天等领域。本文提出了一种微控制器作为核心控制设备，由GPS接收模块、实时显示模块等功能电路构成的GPS实时显示系统。文章从硬件设计和软件设计两个方面，阐述了MCS-51系列单片机如何与GPS接收模块实现串行通信，结果显示GPS定位信息，并利用Proteus仿真软件，对其性能进行了仿真测试。该设计电路简单，成本低，性能好，具有一定的实用价值。
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关键字:】GPS；单片机；串行通信；实时显示模块
目 录
一 概述 1
（一）系统设计背景及意义 1
（二）系统设计主要内容 1
二 GPS定位信息显示系统方案设计 1
（一）GPS全球定位系统简介 1
（二）GPS信号接收方案的解决 2
（三）GPS接收模块简介 3
（四）总体方案的设计 3
三 硬件电路设计 4
（一）硬件总体结构框图 4
（二）单片机性能概述 5
（三）SiRF Star II GPS信号接收模块 7
（四）实时显示模块概述 8
（五）电路原理图 10
四 软件设计 10
（一）软件设计思路 10
（二）程序流程图 10
（三）模块软件设计 11
五 软件调试与仿真测试 14
（一）软件调试 14
（二）仿真测试过程 14
六 总结 16
致 谢 17
参考文献 17
附录一 电路原理图 18
附录二 仿真电路原理图 19
附录三 源程序 20
一 概述
（一）系统设计背景及意义
GPS是英文Global Positioning System全球定位系统的简称，它提供实时全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集，应急通信和一些其他用途。
目前已经被广泛用于陆海空三大领域。例如：陆地的GPS技术应用，它可以应用在各种车辆的行驶状态监控中；在海洋应用中，GPS技术可以应用于远洋船舶的最佳航线测定；在航空航天应用，GPS技术可以应用到民用飞机在运输过程中的自主导航。
现在的GPS技术中最关键的就是如何解决GPS信号是否能被准确接收和调制输出的的问题。此外，准确显示出当时所在地方的经度和纬度、时间，也直接关系到这种技术是否具有良好的实用价值。今天，已经有很多基于此类GPS技术及基本功能的基础上开发的产品，如GPS手持机，GPS导航设备等。GPS技术的确具备功能强大、可扩展性好等优势，但同时也具有价格昂贵、电路复杂等缺点。本文拟设计一个简单的基于单片机的GPS定位信息显示系统，整个系统的构成简单，基本性能齐全，价格便宜，具有一定的实用价值。
（二）系统设计主要内容
在学习微控制器和GPS的理论知识基础上，选择合适的微控制器和GPS接收模块，通过GPS接收并提取卫星信息。以单片机为核心组成部分，对所提取的信息进行分析，处理，利用液晶显示器构成显示电路，实时准确地显示所需的数据。设计完成后利用Proteus软件仿真测试其性能。
二 GPS定位信息显示系统方案设计
（一） GPS全球定位系统简介
GPS是新一代空间卫星导航定位系统——Global Positioning System的简称，由美国在21世纪70年代研制开发。GPS技术在研究的初始阶段其主要的目的是为收集情报。此外，包括实时监测核武器动向，对地、海、空三大领域进行全天候的、实时的无漏洞的导航服务也是其主要目的之一。目前，GPS技术还被广泛地应用与应急通信和其他一些军事目的、经济领域。
GPS技术整体比较复杂，但从不同的技术领域来分，可以分为以下三个主要部分：
第一， 地面控制部分。主要包括主控站、地面天线以及电台和通讯辅助系统；
第二， 空间控制部分。目前全球一共有24颗卫星分布在6个不同的轨道平面上，为GPS技术的信息获取提供主要来源；
第三， 用户装置部分。该部分主要包括卫星天线以及GPS接收机两个模块。
这三部分的关系图如图1所示。
图1 GPS全球定位系统组成
其主要工作原理是由地面监控部分来计算从卫星发出的信号到达GPS接收机，即用户装置部分的时间间隔，利用公式计算出用户装置到基准卫星的距离。在此过程中共需要接收天空中大于3颗的卫星信号所发的信息。然后在三维坐标系中，利用距离的计算工式，求解出观测点的位置坐标。此外，由于来自卫星的时钟信号与地面用户装置的时钟信号之间难免存在误差现象，还需要考虑该时间差所造成的距离偏差问题。
（二） GPS信号接收方案的关键问题
为了能够实现在液晶显示器上准确、实时的显示出所接收到的GPS数据信息，核心问题就是如何处理来自卫星的信号与GPS接收器芯片之间的数据通信。本设计的难点就是如何进行软件程序的编写实现GPS模块信息的接收。此外，还应该根据核心芯片的设计标准，对整个外围电路、天线模块等进行设计，进而保证在GPS完成卫星信息的接收之后，能够准确计算出观测点的经度、纬度以及高度，并将结果通过定位模块的输出，在显示电路模块显示出来。
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