基于单片机的GPS定位系统设计外文翻译.docx

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基于单片机的GPS定位系统设计外文翻译

本科毕业设计

（外文翻译）

题目基于单片机的GPS定位

系统设计

姓名

专业

学号

指导教师

信息工程学院

二○一五年三月

基于单片机的GPS定位系统设计外文翻译

摘要

本文介绍了一项利用单片机采集和处理GPS定位信息的设计，实现全球定位功能。

该系统以ATMEL公司的AT89C51单片机为核心控制器件，通过串行口与GPS模块C3-370B通信，接收GPS模块输出的时间和定位信息，该输出信息格式采用NMEA-0183标准格式中的GPRMC语句。

单片机接收到定位信息和时间信息后，将GPS模块输出的时间信息进行时差调整，再将所获取的位置和时间信息通过显示终端显示。

经过调试后，本系统可以接收GPS定位信息和时间信息，并把经度、纬度和时间通过屏幕显示出来。

该系统主要由GPS模块、看门狗EEPROM模块、液晶显示模块及键盘组成，采用以AT89C51来控制各模块的设计思想。

本文对每个模块逐一进行了研究，全面详细地论述了硬件电路的设计，对本设计中各模块的工作原理及功能进行了详细的论述。

关键词：

GPS定位系统；单片机；液晶显示屏

1总体设计

在GPS系统的硬件设计中采用AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内4Kbytes可反复擦写的Flash只读程序存储器（ROM）和128bytes的随机存取存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MSC-51指令系统，片内置通用八位中央处理器（CPU）和Flash存储单元[7]。

（1）键盘模块

本设计采用的是4×4的矩阵式键盘，直接与AT89C51的I/O口进行连接。

利用键盘实现数据信息选择性输出的控制。

（2）液晶显示模块

液晶显示模块要实现的功能是显示由单片机输出的定位信息，包括经度、纬度、高度的三维坐标及时间等。

可由单片机选择性的显示某一个数据或同时显示几个数据。

（3）GPS模块

GPS模块是整个设计中最重要的核心模块，该模块的功能是把内部接受到的定位数据通过串行通信的方式传递给单片机，由单片机进而对这些数据进行相应的控制和处理。

2显示电路设计

51系列单片机与液晶模块的接口方式有两种，一种为直接访问方式，一种为间接控制方式。

直接访问方式就是将液晶显示模块作为存储器或I／O设备对待，直接挂在单片机总线上，单片机以访问存储器或I／O设备的方式操作液晶显示模块。

间接控制方式是单片机通过软件模拟液晶工作时序的方法实现与液晶显示模块的连接。

显示器的DB0-DB7引脚与单片机的P1口的8个I/O口串行连接，进行数据的传输；RS引脚接单片机的P2.0，过其高、电平选择显示数据或指令数据；RW、EN引脚接单片机的P2.1、P2.2，两引脚同时高电平完成对数据的读取，两引脚同时跌落至低电平数据被写入指令寄存器或数据寄存器（IR、DR）；CS1、CS2引脚接单片机的P2.3、P2.4，选择芯片左、右半屏信号；RST引脚接单片机的P2.5，可通过单片机对其发送复位信号；VLCD、VEE引脚分别为LCD的驱动电压和驱动负电压，两者用一个10K的滑动变阻器连接并一端接地，同时满足两引脚的电压要求；LED+、LED-引脚为LED背光板电源，其中正引脚接电源，负引脚通过一个三极管9012和一个1K电阻接到单片机的P2.6口[12]。

由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不仅硬件电路结构简洁，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶显示模块。

而且该模块低功耗、体积小、接口方式灵活、操作简单，满足本设计的要求，因此采用12864液晶显示器是一个较好的解决方案。

3GPS模块设计

GPS模块是整个电路设计的核心，直接决定了传输到单片机上的定位信息的相关要求，以及定位速度等性能水平。

本设计采用的是JCOMC3-370BGPS接收模块。

C3-370B是一款韩国JCOM出产的内置天线GPS接收模块，其定位快速，低耗电，搜星质量上乘，在众多GPS接收机中工作稳定、性能较为出众，它的输出、输入信息具有格式清晰、信息量大、数据结构完整等优点，非常适合于二次开发[13]。

各引脚功能如下：

（1）EN：

校准器使能端，上电或低电压时启用，2.0V—VCC时禁用；

（2）VCC：

提供电压5.0V；

（3）TXA：

串行输出端口；

（4）RXA：

串行输入端口；

（5）GND：

接地；

（6）BOOT：

模块启动端口，VCC复位时模块启动进入特殊调试模式。

单片机AT89C51串口TXD、RXD分别与C3-370B的RXA、TXA进行连接，用于对C3-370B进行设置后，采集C3-370B的GPS定位和时间信息[14]。

EN引脚为校准器使能端，接单片机的P3.6，通过其选用校准器（上电或低电压时启用，在2.0V到VCC之间禁用）。

BOOT引脚为模块启动端口，与单片机的P3.7相连,VCC复位时模块启动进入特殊调试模式。

4系统电源设计

本系统中各模块所用芯片的工作电压如表3所示。

由于本系统中所有芯片的工作电压都维持在5V左右，所以可以采用+5V的直流电源来供电。

模块

单片机

看门狗及EEPROM

GPS

液晶显示模块

芯片

AT89C51

X5045

C3-370B

12864

工作电压（V）

5.0

2.7-5.5

3.6-5.5

3.0-5.5

为了确保系统电路的安全可靠，应提供稳定的电源电压，可考虑增加DC/DC转换器，这里设计了一个简单的LM7805稳压电路，是最常用的线性降压型DC/DC转换器。

LM7805是常见的三端稳压集成电路78系列的一种，用78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。

该系列集成稳压IC型号中的78后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，由此可见LM7805的输出电压恰好为5V，刚好是51系列单片机运行所需的电压[11]。

LM7805作为三端稳压集成电路，显而易见，它有三个引脚，分别是输入端、接地端和输出端，TO-220的标准封装。

当输出电流较大时，应配上散热板和接地脚相连，当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。

参考文献

[1]HONGHuanfeng,LIChuanwei.Adhibitionofelectricalisolationinelectricalcontrollingcircuits[J].MachineBuilding&Automa-tion,2007,36

（2）:

134-136.

[2]QIUYuchun,LIWenjun.Infraredcommunicationinterfaceinmicrocontrollersystem[J].Electronic&ComputerDesignWorld,2000（5）:

36-37.

[3]FANGJianchao.Designandrealizationofinfraredcommunica-tionamongmicrocomputers[J].ComputerTechnologyandAuto-mation,2001,20

（2）:

57-61.

[4]Liyuan,HuXiulin.BasedonGPS-OEMboardandchippositioningterminaldevelopment[J].Hubei:

Hubeipostsandtelecommunicationstechnology,2004,29~32.

[5] NMEA Protocol Specification . Verison1.31. Fastrax Oy.2003.06 

[6]Elliott D.Kaplan.Understanding GPS Principles[M].Beijing:

ElectronicsIndustryPress,2002.

[7] Anna M.Murph,Shinichi Tsutsumi,Perer Gaussen. Low-Power,Low-Cost Bipolr GPS Receier Chip[J], IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS. 1997,4 （4）:

587-591. 

[8]JiaJinling.ThedesignandguidanceofMicrocomputerPrincipleandinterfacetechnologycourse[M].Chongqing:

ChongqingUniversitypress,2001.12

ForeignLanguageTranslationMicrocontroller-BasedDesignGPSPositioningSystem

Abstract

Thisarticledescribestheuseofasingle-chipGPSpositioninginformationacquisitionandprocessingdesign,globalpositioning.ThesystemATMELCorporationAT89C51microcontrollerasthecorecontroldevice,throughaserialporttocommunicatewiththeGPSmoduleC3-370B,receivingtimeandpositioninginformationGPSmoduleoutput,theoutputformatusingtheNMEA-0183standardformatGPRMCstatement.Afterthemicrocontrollerreceivespositioninginformationandtimeinformation,timeinformationoutputbytheGPSmoduletoadjustthetimedifference,thentheacquiredpositionandtimeinformationdisplayedbythedisplayterminal.Aftercommissioning,thesystemcanreceiveGPSpositioninginformationandtimeinformation,andthelatitude,longitudeandtimedisplayedonscreen.

ThesystemconsistsofGPSmodule,watchdogEEPROMmodule,LCDmoduleandkeyboardcomponents,theusetoAT89C51tocontroleachmoduledesign.Inthispaper,onebyoneforeachmodulestudiedcomprehensivelydiscussedindetailthehardwaredesign,workingprincipleandfunctionofthedesignofthemoduleswerediscussedindetail.

Keywords:

GPSpositioningsystem;microcontroller;PLCDdisplay

1OverallDesign

AT89C51microcontrollerhardwaredesignusingtheGPSsystemasamicroprocessor,AT89C51ATMELproducedbytheUSlow-voltage,high-performanceCMOS8bitmicrocontroller,on-chip4KbytesofFlashrewritableread-onlyprogrammemory（ROM）and128bytesofrandomaccessmemory（RAM）,thedeviceusesATMEL'shighdensitynonvolatilememorytechnologyproduction,compatiblewithstandardMSC-51instructionset,theeight-chip,general-purposecentralprocessingunit（CPU）andaFlashmemorycell[7].

Peripheralcircuitsfromthekeyboard,awatchdogandEEPROMmodule,LCDmodule,GPSmodule

（1）keyboardmodule

Thisdesignusesa4×4matrixkeyboarddirectlywithAT89C51theI/Oportforconnection.Usingthekeyboardforcontroldataselectivelyoutput.

（2）liquidcrystaldisplaymodule

LCDmoduletoachievethefunctionistodisplaythelocationinformationfromthemicrocontrolleroutput,includinglongitude,latitude,altitudeandotherthree-dimensionalcoordinatesandtime.SCMcanoptionallydisplayoneorbothdatadisplayseveraldata.

（3）GPSmodule

GPSmoduleisthewholedesignofthemostimportantcoremodule,functionofthemoduleistoreceiveaninternalpositioningdatatothemicrocontrollerthroughserialcommunication,andthenthedatacorrespondingtothecontrolandprocessingbythemicrocontroller.

2ShowsTheCircuitDesign

Interface51seriesofLCDmodule,therearetwo,onefordirectaccessmethod,anindirectcontrol.DirectaccessmethodistoLCDmoduleasamemoryorI/Odevicestotreat,directlylinkedtothemicrocontrollerbus,themicrocontrollertoaccessmemoryorI/OdevicesmanipulateLCDmodule.IndirectcontrolisasinglechipanalogLCDtimingworkthroughsoftwareimplementationandLCDconnectedtothemodule....

8ImonitorDB0-DB7pinmicrocontrollerP1port/Oportserialconnectionfordatatransmission;RSpinisconnectedtotheMCUP2.0,throughitshighlevelselectdisplaydataorinstructiondata;RW,ENpinisconnectedtotheMCUP2.1,P2.2,twopinsatthesametimehighreadingofthedataiscompleted,thetwopinssimultaneouslydroppedtothelowleveldataiswrittentotheinstructionregisterordataregister（IR,DR）;CS1,CS2pinisconnectedtotheMCUP2.3,P2.4,selectchipleft,rightpanelsignal;RSTpinisconnectedtotheMCUP2.5,cansenditssignalthroughtheMCUreset;VLCD,VEEpinsaretheLCDdrivevoltageanddrivenegativevoltage,bothslidingrheostata10Kconnectionandendoftheground,whilemeetingtherequirementsofbothvoltagepin;LED+,LED-pinLEDbacklightpowersupply,whichPositivepinisconnectedtothepowersupply,thenegativepinthroughatransistor9012anda1KresistortothemicrocontrollerportsP2.6[12].

LiquidcrystaldisplayconstitutedbythemoduleprogramwiththesametypeofdotmatrixLCDmodulecomparedtonotonlythehardwarecircuitstructureissimple,thepriceandthemoduleisalsoslightlylowerthanthesamegraphicdotmatrixLCDmodule.Andthemodulelowpowerconsumption,smallsize,flexibleinterfacemode,simpleoperation,tomeettherequirementsofthedesign,soa12864LCDdisplayisabettersolution

3GPSModuleDesign

GPSmoduleisthecoreofthecircuitdesigndirectlydeterminesthelocationinformationistransmittedtotherelevantrequirementsonthemicrocontroller,positioningspeedandperformancelevels.ThisdesignusesaJCOMC3-370BGPSreceivermodule.

C3-370BJCOMproducedinKoreaisabuilt-inantennaGPSreceivermodulepositioningfast,highpowerconsumption,searchstarquality,stableandinmanyGPSreceivers,theperformanceismoresuperior,itsoutput,inputinformationhasaformatclear,informative,completedatastructure,etc.,isverysuitableforsecondarydevelopment[13].

Pinfunctionasfollows:

（1）EN:

calibrationenableend,whenthepowerorlowvoltageisenabled,2.0V-VCCisdisabled;

（2）VCC:

providingavoltage5.0V;

（3）TXA:

serialoutputport;

（4）RXA:

serialinputport;

（5）GND:

Ground;

（6）BOOT:

modulestartport,VCCresetmodulebootintoaspecialdebugmode.

SCMAT89C51serialTXD,RXDrespectivelyC3-370BofRXA,TXAconnection,afterC3-370BsetforC3-370BacquisitionofGPSlocationandtimeinformation[14].ENpiniscalibratedenableend,thentheMCUP3.6,throughitsselectionofthecalibrator（onpowerorlowvoltageenable,disable,inbetween2.0VtoVCC）.BOOTpinmodulestartport,andP3.7microcontrollerconnected,VCCresetmodulebootintoaspecialdebugmode.HardwareconnectiondiagramshowninFigure7.

4SystemPowerSupplyDesign

ThechipsusedinthemodulesoftheoperatingvoltageasshowninTable3.Becauseofthissystem,allthechip'soperatingvoltageismaintainedatabout5V,soy