DSP课设正文1.docx
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DSP课设正文1
目录
绪论1
第一章GPS系统基本原理2
1.1GPS系统介绍2
1.2NMEA-0183数据格式介绍3
1.3定位数据的接收与提取5
第二章系统总体设计7
2.1DSP介绍7
2.2异步串口传输方式8
2.3LCD显示10
第三章系统程序设计14
3.1CCS简介14
3.2系统程序设计流程17
3.3系统程序设计17
3.3.1初始化程序模块17
3.3.2串口通信接收程序模块18
3.3.3中断程序模块19
3.3.4数据提取与LCD显示模块20
第四章系统调试24
4.1串口调试器介绍24
4.2系统调试过程24
4.3调试结果与分析25
结束语27
参考文献28
致谢29
绪论
全球卫星定位系统(GlobalPositioningSystem)简称GPS系统。
其起始于1958年美国军方的一个项目,1964年投入使用,通过定位卫星网络向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。
GPS功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素。
这三个要素缺一不可,通过这三个要素,可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。
由于刚开始GPS只限于军事用途,民用受到人为精度的限制(SA)。
直到2000年5月1日起美国政府取消SA限制后,大大地促进了民用普遍化,现已逐步演变为一种世界性高技术产业,成为目前世界上发展最快的三大信息产业之一。
NMEA-0183是美国国家海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式。
它是在过去海用电子设备的标准格式0180和0182的
基础上,增加了GPS接收机输出的内容而完成的。
目前广泛采用的是Ver2.00版本。
现在除少数GPS接收机外,几乎所有的
接收机均采用了这一格式。
GPS定位的数据格式NMER一0183标准应用于GPS方面时,数据串以“$GP”开头,主要有GGA、GL、ZDA、GSV、GSA、ALM等格式。
这次设计主要是基于DSP的GPGGA定位信息的提取,在实验箱上实现GPGGA定位数据的提取。
本篇论文大体可以分为以下四大部分。
第一部分为GPS原理的介绍,GPS定位的一些原理,再详细阐述GPGGA信息的接收和提取。
第二部分为NEMA—0183数据标准在GPS中的应用,异步串口传输方式以及LCD的显示等。
第三部分为CCS软件的介绍,系统整体设计,硬件的配置软件的分析,以及整个系统的设计流程。
第四部分为调试结果与分析,系统程序设计思路以及程序的实现。
第一章GPS系统基本原理
1.1GPS系统介绍
GPS是英文GlobalPositioningSystem(全球定位系统)的简称,而其中文简称为“球位系”。
GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,简单地说,这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。
这个系统可以保证在任意时刻,地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星,以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度,以便实现导航、定位、授时等功能。
这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人,安全、准确地沿着选定的路线,准时到达目的地。
GPS主要由空间部分、地面控制系统、用户设备等部分组成,GPS的空间部分是由24颗卫星组成(21颗工作卫星,3颗备用卫星),它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗),轨道倾角为55°。
卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能在卫星中预存的导航信息。
GPS的卫星因为大气摩擦等问题,随着时间的推移,导航精度会逐渐降低;地面控制系统由监测站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天线(GroundAntenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(ColoradoSpring)。
地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据;用户设备部分即GPS信号接收机。
其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。
当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。
根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。
接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。
GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。
1.2NMEA-0183数据格式介绍
NMEA系列标准是其制定的关于海洋电子设备之间通信接口和协议的标准,1983年制定了NMEA一0183标准。
这一标准在兼容NMEA一0180和NMEA一0182标准的基础上,增加了GPS、测深仪、罗经方位系统等多种设备的接口和通信协议定义,同时,标准还允许一些特定设备制造商对其设备(如GarminGPS一38、TfimbleEnsignXL)通信自行定义协议。
由于NMEA一0183标准的通用性和灵活性,因而在全世界被广泛使用。
NMEA一0183格式定义:
(1)数据串定义:
NEMA一0183格式数据串的所有字符均为母的“语句ID”,其后是数据体,数据字段以逗号分隔,语句末尾为checksum(可选),以回车换行结束。
每行语句最多包含82个字符(包括回车换行和“$”符号)。
数据串以逗号分隔符识别,空字段保留逗号。
语句结束的checksum由一个“*”和两个数据位的十六进制数组成。
NI、伍A一0183标准允许个别厂商自己定义语句格式,这些语句以“$P”开头,其后是3个字符的厂家ID识别号,后接自定义数据体。
NMEA一0183标准应用于GPS方面时,数据串以“$GP”开头,主要有GGA、GL、ZDA、GSV、GSA、ALM等格式,这些格式的作用分别是:
$GP0GA:
输出GPS的定位信息;
$GPGLL:
输出大地坐标信息;
$GPZDA:
输出UTC时间信息;
$GPGSV:
:
输出可见的卫星信息;
$GPGST:
输出定位标准差信息;
$GPGSA:
输出卫星DOP值信息;
$GPALM:
输出卫星星历信息。
(2)通信协议定义:
NMEA一0183格式通信采用RS232通信标准,RS232标准用于DTE和DCE。
GPS和微机之间的通信属于DTE。
标准的RS232通信连接采用25针串口(DB一25),也可用于现在多数微机流行的9针串口(DE一9)。
在试验中,不需要了解NMEA0183通信协议的全部信息,仅需要从中挑选出需要的那部分定位数据,其余的信息忽略掉。
GPS与掌上电脑通信时,通过串口每秒钟发送10条数据。
实际导航应用读取GPS的空间定位数据时,可以根据需要每隔几秒钟更新一次经纬度和时问数据,不必频繁地更新数据,否则,会浪费掌上设备有限的电能。
如果和卫星通信正常,可以接收到的数据格式如下:
$GPGGA,
一个完整的NEMA0183语句是从起始符“$GPGGA”到终止符“
需要掌握的信息是经纬度、经纬度方向、GPS定位状态和接收信号的时间。
所以当接收到这样一个完整的NEMA0183语句时,提取有用信息的方法是:
先判定起始符$GPGGA的位置,从起始符开始读人数据,再通过异或校验后的语句中寻找字符“,”,然后截取前后两个“,”之间的字符(串)获得所关心的数据,并以回车符为一个CPS语句的终止符,得到一个完整的GPS信号。
在提取出的GPS语句中,找寻经纬度所在的逗号位置,读出经纬度坐标,再将经纬度坐标进行度数的转换。
因为地图的坐标是以度数为标准的。
”
NMEA-0183是美国国家海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式。
它是在过去海用电子设备的标准格式0180和0182的基础上,增加了GPS接收机输出的内容而完成的。
目前广泛采用的是Ver2.00版本。
现在除少数GPS接收机外,几乎所有的接收机均采用了这一格式。
为了有效地开发GPS-OEM芯片,必须熟练掌握这一格式。
因此,下面介绍两种最常用的GN-77N输出语句格式。
a.GPS固定数据输出语句($GPGGA)
这是一帧GPS定位的主要数据,也是使用最广的数据。
为了便于理解,下面举例说明$GPGGA语句各部分的含义。
例1是用GN-77N和笔者开发的软硬件接口,在笔者所在地接收到的$GPGGA语句的内容。
例1:
$GPGGA,050901,3931.4449,N,11643.5123,E,1,07,1.4,76.2,M,-7.0,M,,*65其标准格式为:
$GPGGA,
(1),
(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),M,(10),M,(11),(12)*hh(CR)(LF)
各部分所对应的含义为:
(1)定位UTC时间:
05时09分01秒
(2)纬度(格式ddmm.mmmm:
即dd度,mm.mmmm分);
(3)N/S(北纬或南纬):
北纬39度31.4449分;
(4)经度(格式dddmm.mmmm:
即ddd度,mm.mmmm分);
(5)E/W(东经或西经):
东经116度43.5123分;
(6)质量因子(0=没有定位,1=实时GPS,2=差分GPS):
1=实时GPS;
(7)可使用的卫星数(0~8):
可使用的卫星数=07;
(8)水平精度因子(1.0~99.9);水平精度因子=1.4;
(9)天线高程(海平面,-9999.9~99999.9,单位:
m);
(10)大地椭球面相对海平面的高度(-999.9~9999.9,单位:
m);
(11)差分GPS数据年龄,实时GPS时无:
无;
(12)差分基准站号(0000~1023),实时GPS时无:
无;
b.可视卫星状态输出语句($GPGSV)
例2:
$GPGSV,2,1,08,06,33,240,45,10,36,074,47,16,21,078,44,17,36,313,42*78
标准格式:
$GPGSV,
(1),
(2),(3),(4),(5),(6),(7),...(4),(5),(6),(7)*hh(CR)(LF)
各部分含义为:
(1)总的GSV语句电文数;2;
(2)当前GSV语句号:
1;
(3)可视卫星总数:
08;
(4)卫星号:
06;
(5)仰角(00~90度):
33度;S
(6)方位角(000~359度):
240度;
(7)信噪比(00~99dB):
45dB(后面依次为第10,16,17号卫星的信息);
注:
每条语句最多包括四颗卫星的信息,每颗卫星的信息有四个数据项,即:
(4)-卫星号,(5)-仰角,(6)-方位角,(7)-信噪比。
1.3定位数据的接收与提取
GPS接收机只要处于工作状态就会源源不断地把接收并计算出的GPS导航定位信息通过串口传送到计算机中。
前面的代码只负责从串口接收数据并将其放置于缓存,在没有进一步处理之前缓存中是一长串字节流,这些信息在没有经过分类提取之前是无法加以利用的。
因此,必须通过程序将各个字段的信息从缓存字节流中提取出来,将其转化成有实际意义的,可供高层决策使用的定位信息数据。
同其他通讯协议类似,对GPS进行信息提取必须首先明确其帧结构,然后
才能根据其结构完成对各定位信息的提取数据主要由
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