苏州市职业大学 基于51单片机的GPS定位系统的设计.docx

1、苏州市职业大学 基于51单片机的GPS定位系统的设计苏 州 市 职 业 大 学实习（实训）报告 名称 基于51单片机的GPS定位系统的设计 2013年6月24日至2013年6月28日共1周院 系 电子信息工程学院 班 级 学 号 姓 名 院 长 系 主 任 指导教师 苏 州 市 职 业 大 学实习（实训）任务书 名 称： 基于51单片机的GPS定位系统的设计 起讫时间： 2013年6月24-2013年6月28 院 系： 电子信息工程学院 班级： 11通信技术1 指导教师： 院 长： 一、实习（实训）目的和要求1、掌握液晶显示模块与单片机接口及编程方法。2、掌握8250工作原理及编程控制。3、了

2、解GPS定位原理，学会使用GPS接收系统，掌握NMEA-0183数据格式。4、在液晶屏上显示接收到的GPS定位信息，显示纬度、经度、高度、时间、定位有效信息。二、实习（实训）内容 图1 系统总体结构图1、根据图1，连接各部分功能模块实验连线，并设置各模块功能。2、利用keil 3编写运行实验程序GPS.ASM，完成规定功能。3、观察实验箱上液晶屏上GPS信息显示。三、实习（实训）方式 集中 分散 校内 校外四、实习（实训）具体安排1、指导教师概述系统功能、结构以及工作原理，说明安全注意事项、实训报告书写规范。-2课时2、了解EL-MUT-III型单片机实验箱、8051CPU模块以及GPS扩展模

3、块的结构和主要功能。-2课时3、根据设计要求，连接各个系统模块。-2课时4、利用keil 3编写软件程序。-6课时5、系统调试并记录测量数据。-4课时6、完成实训报告。-6课时7、指导教师逐个检查实验并收实训报告。-2课时五、实习（实训）报告内容1、系统概述2、系统结构（硬件电路、软件设计）3、测试结果及分析4、实验总结5、参考文献第一章51单片机概述1.1 单片机概述单片机一词最初源于“single Chip Microcomputer”，简称SCM。在单片机诞生时，因为它的组成与原理都基于计算机，所以SCM是一个准确的、流行的称谓。随着SCM在技术上、体系结构上的不断进步，使其控制功能不断

4、扩展，它的主要作用已不是计算，而是控制。国际上也逐渐采用“MCU”（Micro Controller Unit），即微控制器来代替SCM，形成了单片机界公认的、最终统一的名词。单片机是微型机的一个主要分支，它在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和基本工作原理而言，一块单片机芯片就是一台计算机。其内部总线包括地址总线（AB）、数据总线（DB）、控制总线（CB）。Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的MCS-51单片机系列。80C51系列单片机是在MCS-51系列单片机的基础上发展起来的。1998年以后，80

5、C51系列单片机又出现一个新的分支，称为AT89系列单片机。AT89系列单片机的引脚和80C51是样的，所提，用AT89系列单片机取代80C51时，可以直接进行代换，新增加型号的功能是向下兼容的，并且有些型号可以不更换仿真机。在89系列中，AT89C51（AT89S51）、P89C51、STC89C51、W78E51都是与MCS-51系列的80C51兼容的型号。1.2 51单片机系统结构组成及功能AT89S51单片机与Intel公司的MCS-51单片机系列的80C51型号单片机在芯片结构与功能上基本相同，外部引脚完全相同。主要不同点是89系列产品中程序存储器全部采用快擦写存储器，简称闪存。AT

6、89S51单片机与AT89C51单片机主要不同点是增加了ISP串行接口（可实现串行下载功能）和看门狗定时器。AT89S51仅是一块芯片，但它包括了构成计算机的基本部件，因此可以说它是一台简单的计算机，但是它的主要作用是控制，所以又成为微控制处理器。1.2.1 51单片机组成结构AT89S51单片机集成了一台微型计算机的各个主要部分。其中主要有CPU、存储器、可编程I/O口、定时/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。下图为AT89S51单片机的基本组成功能图：图1-2-1 AT89S51单片机的基本组成功能图图中的P0、P1、P2、P3为4个可编程I/O口，TED、RXD为串行口的输入、输

7、出端，以上各部分通过总线相连。AT89C51/AT89C51与AT89S51/AT89S51在结构上的主要不同点是没有看门狗、双DPTR和ISP端口。在AT89S51单片机内部除了有CPU、RAM、ROM和定时器、串行口等主要功能部件外，还有驱动器、指令寄存器、锁存器、地址寄存器等辅助电路部分。1.2.2 AT89S51各引脚功能介绍 图1-2-2 AT89S51引脚图1. VCC：AT89S51电源正端输入，接+5V。2. VSS：电源地端。3. XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。4. XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上

8、一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。5. RESET：AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。6. EA/VPP：EA为英文External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。7. ALE

9、/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为AT89S51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入8. PSEN：此为Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。9. P0P3在1.3.3

10、节有详细介绍。1.2.3 51单片机主要部件及其功能1. 中央处理器（CPU）中央处理器是单片机最核心的部分，主要完成运算和控制功能，这一点与通用的微处理器基本相同，只是它的控制功能更强。80C51系列的CPU是一个字长为8位的中央处理单元，它对数据的处理是按字节为单位进行的。在执行程序中起关键作用的是。CPU的主要由运算器与控制器这两大部分组成。.控制器控制器是用来统一指挥和控制计算机工作的部件，它的功能是接收来自存储器中的逐条指令，进行指令译码，并通过定时和控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部控制信息及CPU外部所需控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的各种操作。它由指令

11、部件、时序部件、操作控制部件等三部分组成。指令部件由16位程序计数器PC、8位指令寄存器、8位指令译码器等组成。.运算器运算器是用于对数据进行算术运算和逻辑操作的执行部件，包括算术/逻辑部件ALU、累加器ACC、暂存寄存器、程序状态字PSW、通用寄存器、BCD码运算调整电路等。2. 数据存储器（内部RAM）数据存储器用于存放变化的数据。在80C51单片机中通常把控制与管理寄存器（简称专用寄存器）在逻辑上划分在内部RAM中，因为其地址与RAM是连续的。AT89S51单片机中数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面的128个，后128个被专用寄存器占用。

12、片内数据存储器为8位地址，寻址空间为00HFFH。AT89S51片内供用户使用的RAM为片内低128字节，地址范围为007FH，对其访问可采用直接寻址和间接寻址的方式。其中80HFFH为特殊功能寄存器SFR所占用的空间。.低128字节RAM低128字节RAM分为三个部分。其中001FH地址空间为通用工作寄存器区，20H2FH地址空间为位寻址区，30H7FH地址空间为用户RAM区。.特殊功能寄存器SFR特殊功能寄存器SFR主要用于管理片内和片外的功能部件（指定时器、中断系统以及外部扩展的存储器、外围芯片等）。SFR主要包括：累加器ACC、寄存器B、程序状态字PSW、堆栈指针SP、数据指针寄存器D

13、PTR、端口P0P3、中断优先级IP、中断允许IE、定时器/计数器方式TMOD、定时器/计数器控制TCON、定时器/计数器0/1、串行控制SCON、串行数据缓存器SBUF、电源控制PCON等。3. 程序存储器（内部ROM）程序存储器用于存放程序和固定的常数。通常采用只读存储器，只读存储器有多种类型，89系列单片机中全部采用了闪存，51单片机内部配置了4KB闪存。 通过片外16位地址线可扩展到64KB，两者是统一编址。在AT89S51中，程序存储器有6个入口地址：0000H：51系列单片机上电复位后，PC=0000H，程序将自动从0000H开始执行指令。0003H：外部中断0入口。000BH：定

14、时器0溢出中断入口。0013H：外部中断1入口。001BH：定时器1溢出中断入口。0023H：串行口中断1入口。4. 定时/计数器定时/计数器用于实现定时和技术功能。51单片机中有2个16位的定时/计数器。并以其定时或计数结果对计算机进行控制。定时时靠内部分频时钟频率计数实现，做计数器时，对P3.4（T0）或P3.5（T1）端口的低电平脉冲计数。5. 并行I/O口并行I/O口主要用于实现与外部设备中数据的并行输入/输出，有些I/O口还具有其他多种功能。51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）以实现数据的输入输出。P0P3是AT89S51单片机与外界联系的4个8位双向并行I/O

15、端口。.P0口是一个真正的双向口，它的每一位都具有输出锁存、输入缓冲和悬浮状态，这3种工作状态。P0口既可做I/O端口使用，也可做地址/数据总线使用。.P1口除作为一般的I/O端口外，某些位还具有第二功能：T2、T2EX、MOSI、MISO、SCK。.P2口除作为一般的I/O端口外，在具有片外并行扩展存储器的系统中，P2口通常作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。.P3口除作为一般的I/O端口外，其各位增加了第二功能：RXD、TXD、T0、T1、。6. 串行口AT89S51有一个UART全双工异步串行口，用以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作

16、为全双工异步通信收发器使用，也可作为移位器使用。RXD（ P3.0）脚为接收端口，TXD（P3.1）脚为发送端口。AT89S51还有一个ISP全双工同步串行口，用于实现串行在线下载程序。7. 时钟电路时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。AT89S51单片机CPU执行指令的一系列动作都是在统一的时钟脉冲控制下进行的。为了便于CPU时序进行分析，人们按指令的执行过程规定了时钟周期、机器周期、指令周期。.振荡周期定义为时钟脉冲频率的倒数，又称为时钟周期。.机器周期是指完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。80C51系列单片机的一个机器周期等于六个状态周期，即12个时钟周期。.指令

17、周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。8. 中断系统中断系统的主要作用是对外部或内部的中断请求进行管理和处理。AT89S51的中断系统主要由几个与中断有关的特殊功能寄存器、中断允许、顺序查询逻辑电路等组成。AT89S51单片机共有5个中断源，其中2个外部中断源和、，3个内部中断源，即2个定时/计数中断和1个串行口中断。1.3 8255可编程接口芯片目前已生产了多种可编程接口芯片，如，可编程芯片8155、8255、计数/定时器8253、可编程串行接口8250、可编程中断控制器8259等。8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通

18、道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。 其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。1.3.1 8255A可编程接口的结构8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。1）与CPU连接部分根据定义，8255能并行传送8位数据，所以其数据线为8根D0D7。由于8255具有3个通道A、B、C，所以只要两根地址线就能寻址A、

19、B、C口及控制寄存器，故地址线为两根A0A1。此外CPU要对8255进行读、写与片选操作，所以控制线为片选、复位、读、写信号。各信号的引脚编号如下：（1）数据总线DB：编号为D0D7，用于8255与CPU传送8位数据。（2）地址总线AB：编号为A0A1，用于选择A、B、C口与控制寄存器。（3）控制总线CB：片选信号、复位信号RST、写信号、读信号。当CPU要对8255进行读、写操作时，必须先向8255发片选信号选中8255芯片，然后发读信号或写信号对8255进行读或写数据的操作。2）与外设接口部分根据定义，8255有3个通道A、B、C与外设连接，每个通道又有8根线与外设连接，所以8255可以用

20、24根线与外设连接，若进行开关量控制，则8255可同时控制24路开关。各通道的引脚编号如下：（1）A口：编号为PA0PA7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。（2）B口：编号为PB0PB7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。（3）C口：编号为PC0PC7，用于8255向外设输入输出8位并行数据，当8255工作于应答I/O方式时，C口用于应答信号的通信。3）控制器8255将3个通道分为两组，即PA0PA7与PC4PC7组成A组，PB0PB7与PC0PC3组成B组。如图7.5所示，相应的控制器也分为A组控制器与B组控制器，各组控制器的作用如下：（1）A组控制器：控制A口与上C口的输入与

21、输出。（2）B组控制器：控制B口与下C口的输入与输出。1.3.2 8255A的引脚介绍8255A共有40个引脚，采用双列直插式封装，引脚分布图如下：图1-3-2 8255A引脚分布图各引脚功能介绍：.数据总线：D0D7、PA0PA7、PB0PB7、PC0PC7，此32条数据线均为三态双向数据线。D0D7与单片机数据总线连接，用来传送CPU与8255A之间的命令与数据信息，PA0PA7、PB0PB7、PC0PC7分别与A、B、C三个口相对应，以实现8255A与外设之间的数据传送。.控制线：、RESET：读信号，低电平有效。当这个引脚输入为低电平，CPU对8255A进行读操作。：写信号，低电平有效

22、。当这个引脚输入为低电平，CPU对8255A进行写操作。RESET：复位信号，高电平有效。当这个引脚输入为高电平，所有8255A内部寄存器都清零。.寻址线：、A0、A1:芯片选择线，低电平有效。当这个引脚输入为低电平，表示芯片被选中。A1、A0：地址线，用来选择8255内部端口。1.3.3 8255A的工作方式8255A具有3个相互独立的输入/输出通道端口，用+5V单电源供电，有三种工作方式，即：方式0（基本输入输出方式）：这种工作方式不需要任何选通信号。A口、B口以及C口的高4位和低4位都可以被设定为输入或输出。方式1（选通输入/出方式）：在这种工作方式子下，A、B、C三个口被分为两组。A组

23、包括A口和C口的高4位，A组包括B口和C口的低4位。方式2（双向选通输入/输出方式）：在这种工作方式子下，A口为8位双向数据口，C口的PC3PC7用来作为输入或输出的控制同步信号。1.3.4 8255A的控制寄存器位操作制字的方式实现的。8255A有2个控制字，分别为方式选择控制字和C口置/复位控制字。.方式选择控制字方式选择控制字的作用是选择8255A的工作模式，选择3个端口各位的工作状态是输入还是输出。它的格式如下图1-4-4-1。例如，当将83H（10000011B）写入控制寄存器后，8255A被编程为A口为方式0输出，B口为方式0输人，PC7PC4为输出，PC3PC0为输人。图1-3-

24、4-1 8255A方式选择控制字格式.C口置/复位控制字C口置/复位控制字格式如下图1-4-4-2。C口具有位操作功能，把一个置/复位控制字送入8255A的控制寄存器，就能把C口的某一位置1或清零而不影响其他位的状态。例如，将07写入控制寄存器后，8255A的PC3置1；写入0EH时，PC7复位0。图1-3-4-2 8255AC口置/复位控制字格式假设应用中要求8255A按工作方式0工作，A口各位作为输入，B口各位作为输出，C口高4位作为输出，低4位作为输入。将 A口数据存入R1，则编程如下： MOV DPTR，#0FF7FH ；指向控制寄存器地址 MOV A，#10010001B ；按要求设

25、置控制字 MOV DPTR，A ；控制字送入控制寄存器 MOV DPTR，#0FF7CH ；指向A口地址 MOV A ，DPTR ；取A口数据 MOV R1，A 1.3.5 8255A可编程芯片程序编写应用实训1.源程序 ;8255A的PA0PA7接发光二极管L1L8； ;PB0PB7接开关K1K8； ;片选信号8255CS接CS0 NAME T7 ;8255A实验一 CSEG AT 0000H LJMP START CSEG AT 4100H PA EQU 0CFA0H PB EQU 0CFA1H PCTL EQU 0CFA3HSTART: MOV DPTR,#PCTL ;置8255A控制字

26、，A、B、C口均工作 ;方式0，A、C口为输出，B口为输入 MOV A,#82H MOVX DPTR,ALOOP: MOV DPTR,#PB ;从B口读入开关状态值 MOVX A,DPTR MOV DPTR,#PA ;从A口将状态值输出显示 MOVX DPTR,A MOV R7,#10H ;延时DEL0: MOV R6,#0FFHDEL1: DJNZ R6,DEL1 DJNZ R7,DEL0 JMP LOOPEND2.硬件连接 .将8255A的PA0PA7接发光二极管L1L8； .PB0PB7接开关K1K8； .片选信号8255CS接CS。硬件连接图如下：图1-3-5-1 8255A实训硬件连

27、接图3.程序分析此程序是通过B口输入，A口输出，当把开关K1K7按上去，则LED1LED8灯全亮，如果按下开关K1，则LED1灯熄灭，以此类推，8个开关K1K7一一对应控制LED1LED8灯。如果改成从A口输入，B口输出，当把开关K1K7按上去，则LED1LED8灯全亮，但是与上面不同的是，如果按下开关K1，则LED8灯熄灭，按下开关K2，则LED7灯熄灭，以此类推，8个开关K1K7一一对应控制LED8LED1灯。则只需将下面一段程序“MOV A,#82H MOVX DPTR,A LOOP: MOV DPTR,#PB ;从B口读入开关状态值 MOVX A,DPTR MOV DPTR,#PA ;

28、从A口将状态值输出显示”改写成“MOV A,#90H MOVX DPTR,A LOOP: MOV DPTR,#PA ;从A口读入开关状态值 MOVX A,DPTR MOV DPTR,#PB ;从B口将状态值输出显示”对应的连接：.将8255A的PB0PB7接发光二极管L1L8； .PA0PA7接开关K1K8； .片选信号8255CS接CS。硬件连接图如下：图1-3-5-2 8255A实训硬件连接图1.4 8250可编程接口芯片8250可编程接口芯片内部结构图：1.4.1 8250的初始化. 设置波特率 MOV AL ，80H 通信控制寄存器的D7 = 1，为了寻址 MOV DX ，3FBH 分

29、频锁存器（除数寄存器）DLH、DLL OUT DX ，AL MOV AL ，60H 设波特率为1200b/s ，分频次数 = 843200/161200 MOV DX ，3F8H = 0096 = 0060H OUT DX ，AL 先写低分频值到DLL（3F8H） MOV AL ，0 MOV DX，3F9H OUT DX，AL 再写高分频值到DLH（3F9H）. 设置通信数据格式（对通信控制寄存器写入命令字） 假定7个数据位，1个停止位，偶校验。 MOV DX ，3FBH MOV AL ，1AH OUT DX ，AL 1.5 液晶显示器在单片机中，常用的显示器是LCD液晶显示器。LCD显示器功

30、耗低，显示清晰度高。液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件英文名称叫“LCD Module”，简称“LCM”，中文一般称为“液晶显示模块”。 液晶显示器件是一种高新技术的基础元器件，虽然其应用巳很广泛，但对很多人来说，使用、装配时仍感到困难。特别是点阵型液晶显示器件，使用者更是会感到无从下手特殊的连接方式和所需的专用设备也非人人了解和具备，故此液晶显示器件的用户希望有人代劳，将液晶显示器件与控制、驱动集成电路装在一起，形成一个功能部件，用户只需用传统工艺即可将其装配成一个整机系统。 1.5.1 液晶显示器的功能用户通过用户命令调用 OCMJ 系列液晶显示器的各种功能。命令分为操作码及操作数两部分，操作数为十六进制。共分为 3 类10 条。分别是：（以下所示取值范围分别为：2X8、4X8、5X10的取值范围）.显示国标汉字命令格式： F0 XX YY QQ WW该命令为5字节命令（最大执行时间为1.2毫秒，Ts2=1.2mS），其中XX：为以汉字为单位的屏幕行坐标值，取值范围00到07、02到09、00到09YY：为以汉字为单位的屏幕列坐标值，取值范围00到01、00到03、00到04QQ WW：坐标位置上要显示的GB 2312 汉字区位码