GPS全球定位系統(tǒng)是利用美國24顆GPS衛(wèi)星所發(fā)射的信息從而進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)的導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)自上個(gè)世紀(jì)末面向世界全部免費(fèi)開放以來，迅速地得到了各行各業(yè)的廣泛推廣和使用，比如監(jiān)測(cè)、導(dǎo)航、車輛定位以及防盜系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用。本文主要介紹了AT89C52單片機(jī)的液晶GPS定位儀的設(shè)計(jì)方法。

一、GPS的系統(tǒng)

（一）GPS系統(tǒng)的組成

GPS系統(tǒng)主要包含著以下三個(gè)組成部分：空間部分、地面控制部分以及用戶設(shè)備部分，即為GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及GPS信號(hào)接收機(jī)。

1.空間部分

空間部分即是GPS工作衛(wèi)星及其星座，它是由21顆工作衛(wèi)星以及3顆備用衛(wèi)星組成的，一般都記作（21+3）GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)，傾角為55°，各個(gè)軌道平面間相距為60°。每個(gè)軌道平面內(nèi)各衛(wèi)星之間的升交角距相差度為90°，以軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30°。

位于20000公里高空里GPS衛(wèi)星，如果地球完成自轉(zhuǎn)一周，那么他們環(huán)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間就是兩周。位于地平線上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的差異而不盡相同，可見度低的時(shí)候就4顆，可見度較高的時(shí)候就是11顆。在使用GPS信號(hào)導(dǎo)航定位時(shí)，為了得到三維坐標(biāo)，就至少應(yīng)該觀察到4顆衛(wèi)星。當(dāng)然，在定位的過程中，這4顆衛(wèi)星的相對(duì)位置會(huì)對(duì)定位精確度產(chǎn)生一些影響。對(duì)于不同時(shí)間和地段時(shí)，點(diǎn)位坐標(biāo)定位的精準(zhǔn)性得不到保證，我們稱這一時(shí)間段為“間隙段”，但這一間隙段時(shí)間是相對(duì)短暫的，不會(huì)影響大范圍內(nèi)的地方全天候、高精度、連續(xù)定時(shí)定位導(dǎo)航。

2.地面控制部分

在導(dǎo)航定位中，GPS衛(wèi)星是一個(gè)已知的不斷變化點(diǎn)，衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，通過不斷計(jì)算和修正衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù)，最終得以確認(rèn)。而地面設(shè)備則是用來監(jiān)控衛(wèi)星上的設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)以及衛(wèi)星自身的軌道運(yùn)行。此外，地面監(jiān)控系統(tǒng)還具有另外一個(gè)重要的作用，就是保證各個(gè)衛(wèi)星都處在同一時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)的GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面觀察站檢測(cè)個(gè)衛(wèi)星的時(shí)間，求出時(shí)間差，然后由地面出入轉(zhuǎn)發(fā)給衛(wèi)星，再由導(dǎo)航電文發(fā)給各用戶設(shè)備。

GPS接收機(jī)在每個(gè)監(jiān)測(cè)站都必須具有的設(shè)備，監(jiān)測(cè)站的主要任務(wù)就是對(duì)各衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)并向主控提供觀測(cè)數(shù)據(jù)。

3.用戶設(shè)備部分

用戶設(shè)備部分，即GPS信號(hào)接收機(jī)。它的主要作用是接受待測(cè)衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)行進(jìn)行跟蹤，然后按照一定方法處理所接收到的信號(hào)，用以測(cè)量GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接受天線的傳播時(shí)間，然后對(duì)來自GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文進(jìn)行一個(gè)解讀，實(shí)時(shí)計(jì)算出測(cè)站的三維位置，以及三維速度和時(shí)間。

定位一般分為兩種：即靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。其中，靜態(tài)定位GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的時(shí)候，自身的位置不會(huì)發(fā)生變化，接收機(jī)高精度地測(cè)量GPS信號(hào)的傳播時(shí)間，利用GPS衛(wèi)星在軌的位置，解算出接收機(jī)天線所在位置的三維坐標(biāo)。而動(dòng)態(tài)定位，則是利用GPS接收機(jī)預(yù)估一條物體的運(yùn)行軌跡。而這個(gè)運(yùn)動(dòng)中的物體，是指GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過程中，與地球之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，接收機(jī)用GPS信號(hào)實(shí)時(shí)地測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)。

（二）GPS定位儀的應(yīng)用

GPS定位儀系統(tǒng)具有以下幾大特點(diǎn)：1.全球全球定位；2.定位精度極高；3.觀測(cè)時(shí)間短；4.儀器設(shè)備操作簡(jiǎn)單；5.具有較強(qiáng)的存儲(chǔ)功能。

最初的GPS定位儀被運(yùn)用于軍事領(lǐng)域，但是隨著時(shí)代的發(fā)展，GPS定位儀開始廣泛運(yùn)用于人們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活活動(dòng)中，例如工程測(cè)量、地質(zhì)勘探、車輛導(dǎo)航以及戶外旅行等。GPS定位儀基本的服務(wù)內(nèi)容分為兩大類型：一是空間位置服務(wù)，例如定位、導(dǎo)航以及測(cè)量等功能；二是時(shí)間服務(wù)，例如系統(tǒng)同步以及時(shí)間校準(zhǔn)等。

二、AT89C52單片機(jī)

AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K Bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 Bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，在GPS定位儀中也不例外。

（一）AT89C52單片機(jī)液晶的系統(tǒng)組成

系統(tǒng)程序包括主程序、數(shù)據(jù)接收子程序、時(shí)間轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序。設(shè)接收到的時(shí)間信息放在顯示緩沖區(qū)中，顯示緩沖區(qū)的地址為60H，61H，…，65H，依次存放時(shí)時(shí)分分秒秒。程序如下：

（二）AT89C52單片機(jī)GPS定位儀的功能及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

AT89C52單片機(jī)因?yàn)榫芏雀摺⒓嫒菪詮?qiáng)以及強(qiáng)大存儲(chǔ)功能，所以在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用?；贏T89C52設(shè)計(jì)的GPS定位儀具有以下幾種功能：

1.8K可反復(fù)擦寫FLASH ROM；

圖1 原理框圖

圖2 主程序流程圖

圖3 系統(tǒng)初始化子程序流程圖

圖4 經(jīng)緯度顯示主程序流程圖

圖5 中斷接收子程序流程圖

2.兼容MCS-51指令系統(tǒng)；

3.3個(gè)16位可編程定時(shí)、計(jì)數(shù)器中斷；

4.2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；

5.256x8bit；

6.有PDIP、PAFP、TQFP以及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求；

7.2個(gè)讀寫中斷口線，3級(jí)加密位；

8.時(shí)鐘頻率0-24MHZ；

9.2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道；

10.低能耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。

①硬件設(shè)計(jì)

基于AT89C52單片機(jī)的GPS定位儀主要是將液晶顯示和控制鍵盤作為主要的GPS定位模塊以及人機(jī)對(duì)話接口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效交換的。該GPS定位儀的硬件部分具體是由CGM-12232液晶顯示器、GPS OEM模塊以及AT89C52單片機(jī)等等組成的。簡(jiǎn)單來說，相關(guān)的定位信息數(shù)據(jù)通過GPS OEM發(fā)送以后傳至相應(yīng)的單片機(jī)串行口位置，然后經(jīng)由單片機(jī)簡(jiǎn)單地進(jìn)行處理后再傳送到液晶顯示器上，由液晶顯示器將相應(yīng)的信息顯示出來，如圖1所示。

②軟件設(shè)計(jì)

基于AT89C52單片機(jī)的GPS定位儀軟件所要完成的相關(guān)功能包含了實(shí)時(shí)顯示經(jīng)緯度和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、GPS信號(hào)接收、字操作控制與實(shí)現(xiàn)、鍵盤中斷處理等方面，其所選用的設(shè)計(jì)類型主要為模塊化設(shè)計(jì)，其具體的軟件程序一般包含主程序、系統(tǒng)初始化子程序、經(jīng)緯度顯示子程序和中斷接收子程序發(fā)，如圖2、3、4、5所示。

經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試審核后，該基于AT89C52單片機(jī)的GPS定位儀基本滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求，其針對(duì)相應(yīng)的GPS定位數(shù)據(jù)的有效顯示進(jìn)行了充分的展示，在實(shí)際的調(diào)試過程中，該單片機(jī)的實(shí)際電路操作比較便捷。

三、結(jié)束語

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及GPS定位技術(shù)等相關(guān)技術(shù)所具有的全天候、高精度及自動(dòng)測(cè)量的特征，其已經(jīng)作為先進(jìn)的測(cè)量手段和新興生產(chǎn)力，成為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中一個(gè)不可缺少的重要組成部分，同時(shí)它也是也是國防力量不斷增強(qiáng)和社會(huì)不斷發(fā)展的可靠保障。因此開展對(duì)GPS各領(lǐng)域的研究具有重要的意義。AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。通過對(duì)AT89C52單片機(jī)液晶GPS定位儀的研究，有利于GPS電子系統(tǒng)不斷更新和趨向先進(jìn)化，以滿足電子行業(yè)日益變化的需求，從而研發(fā)出更先進(jìn)的電子產(chǎn)品。

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