基于单片机的液晶GPS硬件设计论文
基于单片机的液晶GPS硬件设计论文
一、前言
本设计介绍了一种成本低又能满足性能要求的GPS 接收机的设计方案。主要任务是在GPS、单片机和液晶显示的理论知识基础上，选择合适的单片机提取GPS 接收模块接收的数据并且由液晶显示模块显示接收的数据。
二、 GPS 的组成
全球定位系统(GPS) 主要包含着以下三个组成部分：地面控制部分、空间部分以及用户装置部分，即为地面监控系统、GPS 卫星星座以及GPS 信号接收机。
(1)地面控制部分，由主控站( 负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线( 在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站( 数据自动收集中心) 和通讯辅助系统( 数据传输) 组成。(2)空间部分，即是GPS 工作卫星及其星座， 它由24 颗卫星组成，分布在6 个轨道平面上。(3)用户装置部分，是满足用户定位精度和动态特性要求的GPS接收模块，其功能是接收卫星播发的信号，获取定位观测值，提取导航电文中的广播卫星星历、卫星时钟钟差及电离层延迟修正参数等，并经过数据处理，已完成导航和定位任务。
GPS 信号接收模块的任务是能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS 信号进行变换、放大和处理。
(1)天线单元: 它是由接收天线和前置放大器组成。GPS 接收机天线有: 定向天线、偶极子天线、微带天线、螺旋天线等。(2)接收单元: 接收单元包括通道单元及计算和显示单元两部分。通道单元的主要功能是接收来自天线单元的信号，经过变频放大、滤波等一系列处理过程，实现对GPS 信号的跟踪、锁定、测量，提供计算位置的数据信息。
三、 GPS 定位仪硬件设计
本次设计要求通过单片机控制GPS 器件实现定位信息显示功能。在这里使用常见的MCS-52 型单片机作为处理器，利用MCS-52 单片机的串行接口接收NEO-6M GPS 信号接收模块输出的数据信号，并通过软件方法筛选出其中有用的定位数据，最后通过单片机的并行接口输出至液晶显示模块显示的方案。该GPS 定位信息显示系统硬件部分主要由以下几个部分组成： (1)接收部分：以NEO-6M GPS 接收模块为核心的GPS 接收机; (2)控制电路：由52 单片机作为微处理器控制GPS 信号; (3)显示部分：12864LCD 液晶显示模块; (4)电源电路：系统工作时所需电源。 (5)单片机系统：本次设计使用52 单片机作为微处理器，控制GPS 数据的读取和传输过程。利用其串行接口接收NEO-6MGPS 接收模块输出的数据，并将接收到的数据经过筛选和处理后发送到12864 液晶显示器显示。 (6)外围电路：外围电路一部分是由GPS 接收器件及其辅助电路组成，一部分是LCD 液晶显示模块的电源电路和显示电路。NEO-6M GPS 接收模块主要由变频器、信号通道、存储器、中央处理器和输入输出接口构成。它接收天线获取的卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量定位。(7)单片机控制程序：编写程序，实现单片机控制系统的初始化，控制GPS 器件完成数据的采集, 进行相应的信号处理，并通过单片机接口输出至液晶显示模块显示必要的数据。
根据总体设计方案，该系统硬件电路设计主要由GPS信号接收部分(NEO-6MGPS 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。
四、系统软件设计
该GPS 软件设计的重点在于GPS 接收模块与单片机的通讯，以及单片机将收到的信息筛选编排显示位置后送到LCD 液晶显示模块显示。在设计该软件时采用了模块化的思想，软件模块化后方便软件的调试，也便于软件的移植，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。模块设计分为液晶模块初始化模块，GPS 数据接收模块和单片机模块这三个主要模块。
五、系统调试
系统的设计和调试是两个相辅相成的环节。调试和测试在整个设计过程中占了一定的工作量，通过不断的调试发现问题和漏洞，并及时进行修改已达到预期的效果。本次调试分为硬件和软件调试两大部分。
1、硬件调试。(1)检查所设计的硬件电路板所有的.器件和引脚是否正确。首先，用数字万用表进行了逐一对点的检查，检查各导线间是否有短路与开路的故障。然后，测输入5V 电源(0V 地)线是否与电路中的对应点的电源(地)线相连接是否正确;最后，检查开关是否正常，是否连接正确。(2)测芯片管座与芯片管座之间用导线连接起来的对应脚是否导通和截止。将仿真插头插入单片机插座进行调试，检查各接口是否满足设计的要求。(3)将程序代码经过Keil软件仿真生成的(.hex)文件，用编程器将生成的文件导入单片机STC89C52 中。(4)将写入程序的单片机插入硬件电路单片机管座，查看液晶显示器12864 显示结果是否符合设计要求。(5)本设计有GPS 模块调试接口，通过串口调试助手可以检查能否接收到有效数据，界面。
2、软件调试。首先单独调试各子程序是否能够按照预期的功能，接口电路的控制是否正常，最后调试整个程序。(1)检查12864 液晶显示模块程序，观察在液晶显示器上是否能够显示相应的字符。(2)检查GPS 模块程序，通过观察12864 液晶显示情况理解GPS 信号接收状况。(3)通过GPS 模块程序和12864 液晶显示模块程序的结合，观察12864 液晶显示器上的GPS 显示信息。
六、结论
本文介绍了GPS 定位导航的概念和原理，并介绍了导航数据的帧格式和提取方法。在经过比较论证后，选择了利用单片机实现导航定位的方案，实现了接收板导航数据的接收，完成了单片机与PC 机的串行接口的通信和LCD 液晶屏的显示。并且完成了单片机主程序、单片机初始化的设计。