基于单片机GPS定位信息显示系统设计.docx

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基于单片机GPS定位信息显示系统设计

基于单片机GPS定位信息显示系统设计

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ﻩ

一、系统整体概述ﻩ2

（一）主要内容2

（二）系统方案的总体设计ﻩ２

二、硬件设计ﻩ3

（一）硬件总体结构框图3

（二）单片机的介绍ﻩ4

1.　ＳTＣ89C52的简介ﻩ４

2.ＳTC89C52引脚图ﻩ4

（三）GPＳ（ＵBLOXNＥO6M）模块介绍ﻩ4

１.UＢLOX　ＮＥO6Ｍ简介ﻩ4

2．ＵＢLOXNEO６M性能和管脚定义5

（四）LＣD（1２８６4）模块介绍ﻩ6

1．LCD（1２8６4）简介6

2.ＬCＤ（1２8６4）引脚介绍ﻩ6

３.LCD（１28６4）操作时序ﻩ6

（五）硬件电路PＣB板的绘制7

1.原理图的绘制ﻩ7

2.　PＣB板的绘制ﻩ7

３．　实际硬件电路８

三、软件设计9

（一）软件设计思路ﻩ9

（二）模块化软件设计ﻩ9

2.　单片机模块设计ﻩ11

3．显示模块设计ﻩ11

四、系统调试与结果13

（一）硬件调试１3

（二）软件调试1３

（三）设计结果14

五、总　结16

参考文献17

附录18

一、系统整体概述

（一）主要内容

在学习C51系列单片机和GＰS定位原理以及GPＳ相关知识的理论知识基础上,我们需要在种类繁多的单片机和GPS类型中选择合适的单片机和ＧＰS模块,GＰＳ模块的作用是用来接收卫星信号然后提取相应的信息，单片机作为本次设计系统的控制核心，对GPＳ模块接收到的信息进行处理,然后用液晶显示屏实时显示预设的数据信息。

系统的具体实现主要由软硬件设计结合完成。

硬件设计核心是单片机最小系统的设计,然后在最小系统的基础上设计本次设计所需的外围电路,借助成品ＧPS模块,完成硬件电路的焊接,该设计硬件电路设计并不复杂，而且体积小便于携带。

软件设计的核心内容是实现ＧＰS模块与单片机的通信进而完成系统设计的要求，因为模块化设计具有功能清晰、调试方便等优点,而且在不同平台上移植方便，所以这次设计的思路是采用模块化设计，整个软件开发环境用Keｉl软件,采用C语言编程,硬件则为使用Aｌtiuｍ　Designer。

（二）系统方案的总体设计

本次设计的目标是要在单片机的基础上完成ＧPS定位信息显示系统设计。

根据设计预设的要求,我们设计是以单片机为控制核心,控制GＰS接收模块，最后利用液晶显示设备就可以实现系统设计目标。

市场上单片机种类很多,C51系列单片机，SＴM系列单片机等等。

通过考虑单片机的普适性、所具备的功能、具体Ｉ/0口的性能以及价格是否经济实用等因素,本次设计采用C5１系列单片机。

系统整体是由硬件设计和软件设计两部分设计而成，采用Ｃ51系列单片机、GPＳ定位模块、ＬCＤ液晶显示模块设计而成。

硬件设计主要由单片机（SＴC８9Ｃ５２）、GPS模块（ＵBLOXNEＯ６M）、ＬCＤ12864液晶显示模块等组成；接收GPＳ模块传送的数据信息是软件设计的重点,进而获得当前所处位置的经纬度、航向和海拔等信息。

二、硬件设计

（一）硬件总体结构框图

硬件总体结构框图如图2-1所示。

　　　　　　　　图2-1硬件总体结构框图

本次设计系统的硬件电路主要由下面几部分构成：

第一，接收模块电路。

GPS模块负责锁定卫星,然后把信息传送给单片机。

第二,控制模块电路。

以STC89C52单片机为控制核心,读取GＰS模块传送的数据，然后把读取的数据送到液晶显示屏即实现了单片机的控制作用。

第三,液晶显示电路。

5１单片机控制液晶显示电路,在液晶显示屏进而可以显示GPＳ模块读取的数据信息。

第四，电源部分电路。

整个系统的正常工作需要电源部分为其提供电源。

此外，硬件电路中还会涉及一些使单片机正常工作的外围电路，以保证单片机正常工作。

（二）单片机的介绍

1．　STC８9C52的简介

STC8９Ｃ52是ＳTC公司生产的一种控制器。

MCS-５1内核是该单片机的经典内核，而且在STC8９C52上做了很多的创新,使其不仅具有传统51单片机所具有的功能，而且引进了很多创新的功能,使SＴC8９Ｃ52的应用范围更加广泛。

STＣ８９Ｃ52具体的使用标准可以查阅相关书籍和芯片技术手册,更多资料不再说明。

2．STC89C5２引脚图

　　图2-2SＴC８9C５2引脚图

（三）GPＳ（UＢLＯＸNEO6M）模块介绍

　1.　UBＬＯX　NEO6M简介

本次课程设计使用的GPS（ＵBLOXNEＯ6M）模块是一个完整的成品接收模块,具有高性能、低功耗的优点，能满足我们本次设计定位的要求。

ＧPS模块实物图如图２－2所示。

　　　　图2－3ＧPS模块实物

2.UBLOX　NＥO6M性能和管脚定义

（1）定位时间（TＴＦF）:

精准的定位时间和当前环境有关。

（2）灵敏度

　　Miｎ

　　Lyp

Maｘ

单位

　　跟踪

-16０

　　dＢm

　　捕获

-1４7

　　dＢｍ

表２-4GＰS灵敏度

（3）精度

2D平面：

2.５m[平均］　　　　漂移:

<０.０2m/ｓ

2D平面：

2m［平均]，有WAAＳ辅助　　授时精度：

1us

（４）UBLOX　NEO6Ｍ管脚定义见表2-5所示。

序号

　名称

I／O

　　描述

　　特性

　　1

VCC

1

模块主电源,直流输入

　　DC3.0V-5.2Ｖ

２

GND

　　0

接地

　３

TＸ

0

　　UARＴ接口

OＨ>=2.13７5V，OL<=０.7125V

　4

RX

　1

　　　UART接口

3．15Ｖ＞＝OH＞=1.9９5V

　　　-0.3V<=OL<=０.８55V

５

　PPS

　　0

　模块定位脉冲

ＯH>=２.1375V，ＯL<＝0.７1２5V

表2-５GPS管脚定义

（更加详细资料可参考UＢLOXNEO　6M数据手册）

（四）LＣＤ（12８64）模块介绍

1.ＬCＤ（12864）简介

ＬCD（12８6４）液晶显示模块类型属于汉字图形类型的液晶模块，可在显示屏上显示数字、符号和汉字等字符。

可与CPU直接连接，设有串行和并行这两种控制方式。

具有多种功能可供使用,具体使用哪种功能可查阅芯片资料。

２.LＣＤ（12864）引脚介绍

D0~Ｄ7是数据口,RS（CS）是数据／命令选择端（串片选）,Ｒ/W（ＳIＤ）端口是读/写选择端（串数据口）,E（SCLK）是使能信号（串同步时钟信号），PＳB端口是串/并选择端口,RST是我们熟悉而且常用的复位端口（低电平有效）,BLA与BＬK则是并不常用的背光电源正极端和负极端。

ＬＣD（1２86４）的引脚如图2-6所示。

　　　　图2-6ＬCＤ12864引脚

3.　ＬCD（12８64）操作时序

12864控制可使用两种时序,分别为并行操作时序和串行操作时序。

（具体内容太多,可参考12８６4数据手册。

）

（五）硬件电路PCB板的绘制

大二时由于自学过AltiumDesigneｒ,又参加飞思卡尔智能车竞赛绘制电路板,加上平时经常绘制一些较为复杂的PCB,所以此系统所有硬件由AlｔiumＤｅsｉgｎer设计完成。

1．原理图的绘制

根据系统要求绘制的硬件原理图如图2-6所示。

其中包括了单片机最小系统电路（复位、震荡、程序下载接口等电路）、电源电路、12864显示屏接口电路和led指示灯电路。

　　图2-7硬件电路原理图

２.　PCB板的绘制

根据系统要求及原理图绘制的PＣB图如图２-8所示。

　　　图２-８　硬件电路PCＢ图

3.实际硬件电路

ﻩ由于资金原因，设计好的PCＢ并没有送某宝卖家打印,实际电路板由洞洞板焊接而成，如图２-9所示。

图2-9实际硬件图

三、软件设计

（一）软件设计思路

实现GPＳ接收模块与单片机的通信是软件设计的核心模块，然后可以实现在液晶显示屏上实时显示当前的数据信息。

整个编程是用ｋeil软件，采用C语言编程。

功能清晰、调试方便等特点是软件模块化设计所具有的优点，所以采用模块化设计,GPS数据接收模块、单片机模块、LＣD模块和实时显示模块是软件程序设计的四个组成部分。

程序的设计思路是GＰS模块接收信息,然后向单片机发送固定格式的数据，单片机通过串口接收数据，并对数据进行解析,最终实现在LCD显示屏上显示时间、经纬度和高度等信息。

详细源代码见附录。

（2）模块化软件设计

1.　GＰＳ接收模块设计

　首先在搜索卫星时显示“华水课程设计”、“江涛２01412712”和“GPＳ显示项目”，然后进行识别判断GPＳ模块收到的信息是否完成发送给单片机的操作,若有信息发送给单片机,但接收到的信息我们并不是全部需要,所以需要进行识别判断相应语句的操作，然后把需要的信息存入到GPＲMＣ语句中。

GPS接收模块程序流程图如图3-1所示。

　　　图3-1GPS接收模块流程图

2.单片机模块设计

GPS模块接收到数据信息后,需要把信息传送到单片机，单片机经过分析以及对数据信息进行筛选处理,然后送到液晶显示屏实时显示相应的位置信息,具体主要通过两个界面显示。

单片机模块程序设计流程图如图３-2所示。

　　　　　　图3-2单片机模块流程图

3.　显示模块设计

GPS模块接收信息后,把信息传送给单片机,单片机首先对数据进行筛选和处理等操作，然后就可以把信息送到液晶显示模块,就实现了在液晶显示屏实时显示当前位置我们所需的信息。

液晶显示屏主要分为两个界面显示，界面一实时显示当前的日期、时间和经纬度信息，界面二实时显示当前所处位置的速度、航向、高度和海拔。

显示模块程序设计流程图如图3－３所示。

　　　　　图3－３显示模块流程图

四、系统调试与结果

（一）硬件调试

检测电路设计和工艺设计等方面的故障是硬件调试的主要任务。

1.检查电路设计中所有元件的焊接以及引脚是否有故障。

首先用万用表逐个检查焊点，目的是检测是否出现短路和断路故障。

然后接入电源，观察电源指示灯的工作状态,硬件电路加入电源指示灯可以方便的检测硬件电路焊接是否正常。

2．进行仿真操作。

用单片机控制仿真操作,目的是用来检查系统所涉及的接口是否达到设计的要求。

把程序下载到单片机上。

利用Keil软件,将已经完成的程序进行选择生成头文件的操作,然后把文件下载到SＴＣ89C5２单片机。

４．检查单个模块。

通过下载51单片机自带的程序到单片机,然后查看液晶显示屏（LCD1286４）的显示情况判断单个模块是否工作正常。

（二）软件调试

软件调试时我们是使用Kｅil软件进行仿真和调试,可以检查程序是否出错,而且同时可以纠正程序的错误,若硬件设计有问题,就可以检查出硬件的故障然后我们就可以进行修改。

因为程序设计是模块化的，所以在调试时可以逐个模块进行调试,若模块调试结果正常，就可以进行整个程序的调试。

尤其注意查看各个模块的语法正确而参数设计不正确的情况。

1.　检查已经编译完成的LCD（1２864）液晶显示模块程序,查看液晶显示屏能否正常显示。

２.　检查已经编译完成的GPＳ模块程序,查看液晶显示屏显示的信息和预设结果的差距进而修改GPＳ接收模块程序。

３.　运行整个程序,观察液晶显示屏的结果是否实时显示当前位置我们所设想的信息,通过显示效果进行相应的软硬件修改。

（三）设计结果

软件调试初各个模块工作正常,但一旦运行整个程序，液晶显示屏在GＰS搜索卫星界面后出现乱码，通过多次的调试和检测，原来是晶振不符合要求,更换晶振后，再次进行调试和检测，最终液晶显示屏显示了预想的结果，即实现了实时显示当前位置的日期、时间、纬度、经度等信息。

调试结果初始化界面如图4－1所示。

　　　　　　图４-1　初始化界面

把当前位置液晶显示屏显示的信息与谷歌地图显示的位置信息进行对比，日期、时间非常精确，但经度与纬度出现了误差。

究其原因：

一是由于本次设计所采用的GPＳ接收模块精度并不高,不能进行精确定位接收;二是在实验中不可避免会受障碍物、天气等因素的干扰,试验环境并不理想；三是在谷歌地图中我们手动点选的位置没有和ＧPS测量位置达到同步。

但是误差是在误差范围内，我们是可以接受的。

所以本次设计是有意义的，可靠的。

即实现了实时显示当前位置的数据信息。

界面一和二显示结果如图５-2,5－３所示。

　　　　　　　图4-2界面一显示结果

　　　　　　　　　　　　图４－3界面二显示结果

五、总结

本次课程设计以单片机为控制核心，控制GPS接收模块，ＧPS模块把接收到的信息传送给单片机,单片机把数据信息送到液晶显示屏显示，实现实时显示当前位置的数据信息。

通过完成本次的课程设计,做到了单片机的理论知识和实践相结合。

我们在初学习单片机时,曾把精力主要放在学习单片机的内部结构上。

可想而知,学起来非常痛苦。

实践证明，这不是正确的方法,我们应该把精力放在单片机的应用上，在掌握应用过程中我们发现也逐步掌握了单片机的内部结构,也学会了充分地利用了单片机的资源。

通过学习单片机知识，进而了解了计算机的原理和结构。

计算机的功能主要体现在控制功能上,比如现在流行的智能家居领域也是单片机控制功能的体现。

经过本次的单片机课程设计，不仅学习了GPS接收模块的知识、单片机和液晶显示模块相关知识，也提高了自己的焊接能力,使自己明确了拿到一个课题自己应该从哪着手去做,使自己有明确的系统设计思路，也懂得了当实验结果不理想时，该如何去纠错,如何去寻找问题，解决问题。

参考文献

[1]数字电子技术基础/岩石主编;清华大学电子学教研组编.－５版.－北京：

高等教育出版社，２006.５

[2］模拟电子技术基础／童诗白,华成英主编;清华大学电子学教研组编.－4版．-北京：

高等教育出版社，2０06.5

[3］潘谈.基于STC89C5８芯片的小型GＰS船舶航迹仪的设计[J].舰船科学技术，2014,（12）:

12４-127.

[4]杜俊,董松.基于单片机的ＧＰS定位系统的设计与实现[Ｊ].甘肃科技，2016,（1９）:

25-27.

[５］张亮红，刘文怡,王红亮.基于单片机的GPS定位系统的设计与实现[Ｊ］．电子器件,２0１５,（5）:

11８7－1１９1.

[6]谭昕.基于单片机的GＰＳ导航装置分析[J].中国新通信,2015,（18）:

115.

[7]刘颖.基于单片机的GＰS导航装置的设计研究[J].科技展望,２015,（1８）:

15７．

[8]高芳．单片机在GＰS系统中的应用[Ｊ]．电子制作，2013,（19）：

5７．

[9]GuanｇＬｉLong.Design　ｏfＧPSbａseｄonSｉngｌeChipMicroｃoｍｐuter[J]．Ｔrans　Ｔech期刊,2012：

21９2－2195．

附录

系统设计部分代码:

Mａiｎ．c

/／＝=＝＝=＝＝========＝===＝==========＝===＝==＝===＝＝==＝===＝===＝＝===＝＝=========＝

//　工程名称：

ﻩGPS模块测试程序

／/　文件名称:

maｉn.ｃ

／/功能描述：

　ﻩGPS模块接收定位信息,在ＬCD上显示

//组成文件：

ﻩmaiｎ.c　ＬCＤ.cGPＳ.ｃ　dｉsplａｙ.c　

／／　　头文件:

ＬCD．hGPＳ.ｈｄｉsplay.h

／/程序分析：

ﻩGPＳ模块通过串口向单片机发送固定格式的数据

／/ﻩ单片机的串口接收到数据后，进行解析,在LＣD上显示

／/ﻩﻩ定位信息包括：

日期时间,经纬度，速度，角度,高度ﻩﻩ

//====＝=＝==＝===＝=======＝＝===＝====＝======＝=＝==＝＝=＝＝＝=＝==＝=====＝=====＝=＝=＝

#incｌｕｄｅ

#include

#include　

＃ｉnclude"ＧPＳ．h"

#ｉnclｕde"LCＤ.h＂

#include　"ｄisplay．h"

ｓbit　led１=P２＾３;　//接收数据指示灯

sbｉtled２　=P2^4;　/／GPRＭC数据有效指示灯

sbitlｅd3＝P2^5;　//GPＧGA数据有效指示灯

#defｉne　　ＲEＶ_YES　led１=0

#defｉne　RＥV_NO　led1=1

#dｅfineRMＣ_YES　　lｅd2　=0

#dｅfｉne　RMC_ＮO　　leｄ2＝1

＃dｅfｉnｅ　GGA_YESled3=0

＃deｆｉneGＧＡ_NO　　led3=　1

ｃhaｒ　ｘdａｔarev_bｕf[80];　　//接收缓存

uｃhar　xdａtareｖ_start=０;　/／接收开始标志

uｃhar　ｘｄａtarev_stｏｐ　=　0;　　　//接收停止标志

ucｈar　　xdａtａ　gpｓ＿flaｇ=0;　//GPＳ处理标志

ucｈarxdataｃhａnｇｅ_ｐaｇe=0;/／换页显示标志

uchａｒ　xdaｔanｕm=０；　　　　　　　//

ｅxtｅrｎGPＳ_INＦＯGPＳ;//在display.c中定义,使用时要加exteｒn

uchａr　coｄeiｎf[]　＝{"　　华水江涛"}；

voｉｄUarｔ_Iｎit（ｖoid）

{

ﻩTMOD=0x21;ﻩ//０01０　0００1

ﻩＰCON=０Ｘ0０;

ＴH0=0x3ｃ;

ﻩTＬ0=0ｘb0;

TH１=0xfd;　ﻩ//

ﻩTＬ１=0xｆd;//

ﻩＴＲ1=１;//开启定时器1

ﻩREN=1;　　　/／允许接收数据　　　

ﻩSＭ０=0；

SM１=1;

ﻩTI=0；

RI=0；

EA=１；//开总中断

EＳ=1;//串口1中断允许

ET0=　1；//定时器1中断允许

｝

／******＊******＊***＊*＊＊**＊*＊*******＊*＊**＊＊

主函数

／**＊*＊************＊********************＊*/

voiｄmａin（vｏid）

{

uｃｈａr　error_nuｍ　=　0;

ﻩUaｒｔ＿Inｉt（）；　//初始化串口

Ｌcｄ_Ｉnit（）;ﻩ　／／初始化LCＤ

ﻩGPＳ_Init（）;　　／/初始化ＧPS

rｅv_sｔoｐ=0；

ＲEV_NO；

ﻩwhile

（1）

ﻩ{

ﻩﻩｉｆ（１）　／／如果接收完一行

ﻩ{

ﻩﻩﻩTR0=１；　／/开启定时器

ﻩREV_YEＳ;

ﻩﻩｉf　（change_page　%2==1）／/换页

ﻩﻩﻩ{

ﻩﻩif（ＧPS_ＧGＡ＿Ｐaｒsｅ（ｒｅv_buｆ,&ＧPＳ））　//解析GPGGA

｛

ﻩﻩﻩGGＡ＿ＹES;

ﻩGPＳ＿DisplayTwo（）；/／显示第二页信息

ﻩﻩﻩｅrｒor_num＝0；

ﻩﻩﻩgps_flaｇ　＝0；

ﻩﻩｒｅv＿stｏp　　=0;

ﻩﻩREV_ＮＯ;

ﻩ}

else

ﻩﻩ{

ﻩﻩerroｒ＿ｎｕm++;

ﻩﻩﻩﻩｉf（eｒroｒ_nｕm　＞=20）／/如果数据无效超过2０次

ﻩ{

ﻩﻩﻩﻩGGA_NO;

ﻩﻩerｒor_num　=20;

ﻩﻩﻩGPS_Init（）；//返回初始化

ﻩﻩﻩ}

ﻩﻩﻩｇps＿fｌａｇ=0;

ﻩﻩﻩﻩｒev_stoｐ　=０;

ﻩﻩREV＿ＮO;

ﻩﻩ｝

ﻩ}

ﻩﻩﻩeｌse

ﻩ{

if（ＧＰＳ_ＲMＣ＿Paｒse（rev_buｆ，&ＧＰS））／／解析GPRMＣ

ﻩ{

ﻩﻩﻩRＭC_YES;

ﻩﻩﻩGPＳ_DispｌayOｎe（）；ﻩ／／显示GＰS第一页信息

ﻩﻩerrｏｒ_num　=０；

ﻩﻩgps_flag=　０；

ﻩﻩﻩreｖ＿ｓtop=０;

ﻩﻩﻩﻩled１　＝１;

ﻩﻩ}

ﻩelｓｅ

ﻩﻩﻩ{

ﻩﻩﻩﻩerror_num++;

ﻩｉf（ｅｒｒｏr＿ｎum>=２０）//如果数据无效超过２0次

ﻩﻩ{

ﻩﻩﻩＲMC_NO;

ﻩeｒror_nｕm=　20;

ﻩﻩﻩﻩGPS_Ｉｎｉt（）;　//返回初始化

ﻩﻩ}

ﻩﻩgｐs_flag=0；

ﻩﻩrev_ｓｔoｐ　＝０;

ﻩREV_NO;

ﻩ}

ﻩ}

ﻩ}

}

｝

//定时器0服务函数

voidｔimｅr0（voｉd）interrupｔ　1

{

ﻩstatic　uｃｈaｒcｏｕnｔ=0；

ﻩＴH0＝0x3ｃ;

TL0=　0ｘb０;

count+＋;

ｉf　（coｕnｔ　==2００）//2*５秒钟

ﻩ{

ﻩcount=0；

ﻩchａnge_pａge＋＋；／／换页

ﻩif（ｃhange＿pａge＝=10）

ﻩchａnge＿page=0;

ﻩ｝ﻩ

}

／/串口接受中断服务函数

ｖｏｉdUart_Ｒｅceｉve（vｏid）　inｔeｒrupt４

{

ﻩucharch;

ﻩES　＝０;

leｄ1=~led1;

if（RI）

ﻩ{

ﻩﻩｃｈ=SＢＵF;

if　（（cｈ=＝　'$'）&&　（gｐs_flag＝=0））／/如果收到字符＇$'，便开始接收

ﻩ{

rev_sｔart=　1;

ﻩﻩrｅｖ＿sｔop=0;

ﻩﻩ｝

ﻩ

ｉf　（rｅv_starｔ==1）　／／标志位为1,开始接收

{

ﻩﻩrｅv_buf[nuｍ++］＝cｈ;//字符存到数　组中

ﻩﻩif（ch==　＇\n＇）　　　//如果接收到换行

ﻩﻩ{

ﻩrｅv＿bｕｆ[nuｍ］=＇\0＇;

ﻩrev＿sｔaｒt　=　０;

ﻩreｖ_sｔoｐ＝1；

ﻩﻩﻩﻩgps_fｌaｇ＝　１;

ﻩnum　＝0;

}

}

ﻩ｝

ﻩRＩ　=0;ﻩ//RI清0，重新接收

ES　=1;

}

=＝=＝=========＝=====＝=＝===========＝===＝==＝=＝==＝==＝=＝======＝=＝====＝＝=＝＝==＝=======

GPS.c

#includｅ"GPS.h＂

＃iｎcludｅ＂LCD．h"

#includｅ

ｕcｈa