基于DSP的GPRMC定位数据提取.docx
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基于DSP的GPRMC定位数据提取
课程设计（论文）任务书
信息工程学 院 通信工程专 业09—1 班
一、课程设计（论文）题目基于DSP的GPRMC定位数据提取
二、课程设计（论文）工作自2012年6月11日起至2012年6月15日止。
三、课程设计（论文）地点:
图书馆、4教4-410。
四、课程设计（论文）内容要求：
1．本课程设计的目的
（1）使学生掌握NMEA-0183数据格式及理解GPS的基本工作原理；
（2）培养学生基本掌握DSP程序设计的基本思路和方法；
（3）使学生掌握DSP系统硬件调试；
（4）能提高和挖掘学生对所学习知识的实际应用能力及创新能力；
（5）提高学生的科技论文写作能力。
2．课程设计的任务及要求
1）基本要求：
（1）学习NMEA-0183数据格式及理解GPS的基本工作原理；
（2）熟悉DSP编程软件，熟练掌握异步串口传输方式；
（3）对GPGGA定位数据进行分析；
（4）提出系统软件的设计方案；
（5）对所设计软件进行硬件调试即在DSP系统实验箱实现GPGGA定位数据的提取；
2）创新要求：
在基本要求达到后，可进行创新设计，如改善异步串口传输程序或LCD显示程序使数据实现动态显示。
3）课程设计论文编写要求
（1）要按照书稿的规格打印誊写毕业论文
（2）论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等
（3）毕业论文装订按学校的统一要求完成
4）答辩与评分标准：
（1）完成原理分析：
10分；
（2）完成设计过程：
40分；
（3）完成调试：
40分；
（4）回答问题：
10分；
5）参考文献：
（1）胡辉编著.《DSP应用技术》教育科学出版社
（2）邹彦编著.《DSP原理及应用》电子工艺出版社
（3）张雄伟等编著.《DSP集成开发与应用》电子工业出版社
（4）
（5）
6）课程设计进度安排：
内容天数 地点
构思及收集资料1 图书馆
编写程序与硬件调试2 实验室
撰写论文2 图书馆、实验室
学生签名：
2012年月日
课程设计（论文）评审意见
（1）完成原理分析（10分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（2）程序设计分析 （40分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（3）完成调试分析 （40分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（4）回答问题 （10分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（5）格式规范性及考勤是否降等级：
是（ ）、否（ ）
评阅人：
职称：
教授
2012年月日
目录
绪论4
1GPS系统基本原理5
1.1GPS系统介绍5
1.2NMEA-0183数据格式6
1.2.1GPRMC6
1.2.2GPGGA7
1.3GPS入门术语大全7
2系统总体设计11
2.1DSP介绍11
2.2异步传输方式12
2.3异步通信接口芯片12
2.3LCD显示15
2.3.2液晶显示器的工作原理：
16
2.4系统设计分析17
2.4.1系统设计过程17
2.4.2系统设计原理图18
3系统程序设计20
3.1CCS简介20
3.2系统程序设计流程图21
3.3系统程序设计23
3.3.1初始化程序模块23
3.3.2中断程序模块23
3.3.3数据提取与LCD显示模块24
4系统调试29
4.1串口调试器介绍29
4.2系统调试过程29
4.3调试结果与分析30
结束语31
参考文献32
致谢33
绪论
GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称。
GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。
20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。
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，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
在机械领域GPS则有另外一种含义：
产品几何技术规范（GeometricalProductSpecifications）-简称GPS。
另外一种解释为G/s（GBpers）
GPS用户接收系统主要由以无线电传感和计算机技术支撑的GPS卫星接收机和GPS数据处理软件构成。
GPS卫星接收机的基本结构是天线单元和接收单元两部分。
天线单元的主要作用是：
当GPS卫星从地平线上升起时，能捕获、跟踪卫星，接收放大GPS信号。
接收单元的主要作用是：
记录GPS信号并对信号进行解调和滤波处理，还原出GPS卫星发送的导航电文，解求信号在站星间的传播时间和载波相位差，实时地获得导航定位数据或采用测后处理的方式，获得定位、测速、定时等数据。
微处理器是GPS接收机的核心，承担整个系统的管理、控制和实时数据处理。
目前，国际上已推出几十种测量用GPS接收机，各厂商的产品朝着实用、轻便、易于操作、美观价廉的方向发展。
GPS数据处理软件是GPS用户系统的重要部分，其主要功能是对GPS接收机获取的卫星测量记录数据进行“粗加工”、“预处理”，并对处理结果进行平差计算、坐标转换及分析综合处理。
解得测站的三维坐标，测体的坐标、运动速度、方向及精确时刻。
GPS定位技术是正在发展中的高新技术，数据处理技术也处在不断更新之中，各系列GPS接收机制造厂家研制的处理软件也各具特色。
GPS接收机是被动式全天候系统，只收不发信号，故不受卫星系统和地面控制系统的控制。
用户数量也不受限制。
GPS接收机的性能因机种不同而有差异。
接收机根据用户不同的使用需要又可分为大地型GPS接收机和导航型GPS接收机两类。
1GPS系统基本原理
1.1GPS系统介绍
GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成：
1.GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。
24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内,轨道平面的倾角为55°,卫星的平均高度为20200km,运行周期为11h58min。
卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号,导航定位信号中含有卫星的位置信息,使卫星成为一个动态的已知点。
在地球的任何地点、任何时刻,在高度角15°以上,平均可同时观测到6颗卫星,最多可达到9颗。
GPS卫星产生两组电码，一组称为C/A码（Coarse/AcquisitionCode11023MHz），一组称为P码（ProciseCode10123MHz）。
2.地面控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成。
监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。
监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。
主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3个地面控制站。
地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。
这种注入对每颗GPS卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。
如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。
3.GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备（如计算机）等组成。
GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,跟踪卫星的运行,并对信号进行交换、放大和处理,再通过计算机和相应软件,经基线解算、网平差,求出GPS接收机中心（测站点）的三维坐标。
GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。
目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。
1.2NMEA-0183数据格式
1.2.1GPRMC
GPS定位的数据格式为NMEA－0183数据格式。
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。
b.GPS推荐定位信息输出语句（$GPRMC）。
本实验是对此信号进行提取定位信息的，故对其格式列出如下：
RecommendedMinimumSpecificGPS/TRANSITData（RMC）推荐定位信息。
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh
<1>UTC时间，hhmmss（时分秒）格式
<2>定位状态，A=有效定位，V=无效定位
<3>纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）
<4>纬度半球N（北半球）或S（南半球）
<5>经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）
<6>经度半球E（东经）或W（西经）
<7>地面速率（000.0-999.9节，前面的0也将被传输）
<8>地面航向（000.0-359.9度，以真北为参考基准，前面的0也将被传输）
<9>UTC日期，ddmmyy（日月年）格式
<10>磁偏角（000.0-180.0度，前面的0也将被传输）
<11>磁偏角方向，E（东）或W（西）
<12>模式指示（仅NMEA01833.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）
1.2.2GPGGA
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh
<1>UTC时间，hhmmss（时分秒）格式
<2>纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）
<3>纬度半球N（北半球）或S（南半球）
<4>经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）
<5>经度半球E（东经）或W（西经）
<6>GPS状态：
0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算
<7>正在使用解算位置的卫星数量（00-12）（前面的0也将被传输）
<8>HDOP水平精度因子（0.5-99.9）
<9>海拔高度（-9999.9-99999.9）
<10>地球椭球面相对大地水准面的高度
<11>差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空）
<12>差分站ID号0000-1023（前面的0也将被传输，如果不是差分定位将为空）
1.3GPS入门术语大全
GPS常碰到的一些术语：
1.坐标（coordinate）
有2维、3维两种坐标表示，当GPS能够收到4颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的3微坐标：
经度、纬度、高度，若只能收到3颗卫星的信号，它只能计算出2维坐标：
精度和纬度，这时它可能还会显示高度数据，但这数据是无效的。
大部分GPS不仅能以经/纬度（Lat/Long）的方式，显示坐标，而且还可以用UTM（UniversalTransverseMercator）等坐标系统显示坐标但我们一般还是使用LAT/LONG系统，这主要是由你所使用的地图的坐标系统决定的。
坐标的精度在SelectiveAvailability（美国防部为减小GPS精确度而实施的一种措施）打开时，GPS的水平精度在100-50米之间，视接受到卫星信号的多少和强弱而定，若根据GPS的指示，说你已经到达，那么四周看看，应该在大约一个足球场大小的面积内发现你的目标的。
在SA关闭时，精度能达到15米左右。
高度的精确性由于系统结构的原因，更差些。
经纬度的显示方式一般都可以根据自己的爱好选择，一般有\"hddd.ddddd\",\"hddd*mm.mmm\"\"，\"hddd*mm\"ss.s\"\"\"（其中的“*”代表“度”，以下同）地球子午线长是39940.67公里，纬度改变一度合110.94公里，一分合1.849公里，一秒合30.8米，赤道圈是40075.36公里，北京地区纬在北纬40度左右，纬度圈长为40075*sin（90-40）,此地经度一度合276公里，一分合1.42公里一秒合23.69米，你可以选定某个显示方式，并把各位数字改变一对应地面移动多少米记住，这样能在经纬度和实际里程间建立个大概的对应。
大部分GPS都有计算两点距离的功能，可给出两个坐标间的精确距离。
高度的显示会有英制和公制两种方式，进GPS的SETUP页面，设置成公制，这样在其他象速度、距离等的显示也都会成公制的了。
2.路标（LandmarkorWaypoint）
GPS内存中保存的一个点的坐标值。
在有GPS信号时，按一下\"MARK\"键，就会把当前点记成一个路标，它有个默认的一般是象\"LMK04\"之类的名字，你可以修改成一个易认的名字（字母用上下箭头输入），还可以给它选定一个图标。
路标是GPS数据核心，它是构成“路线”（见3）的基础。
标记路标是GPS主要功能之一，但是你也可以从地图上读出一个地点的坐标，手工或通过计算机接口输入GPS，成为一个路标。
一个路标可以将来用于GOTO功能（见5）的目标，也可以选进一条路线Route，见3.）作为一个支点。
一般GPS能记录500个或以上的路标。
3.路线（ROUTE）
路线是GPS内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标点之间的线段叫一条\"腿\"（leg）。
常见GPS能存储20条线路，每条线路30条\"腿\"。
各坐标点可以从现有路标中选择，或是手工/计算机输入数值，输入的路点同时做为一个路标（Waypoint/Landmark）保存。
实际上一条路线的所有点都是对某个路标的引用，比如你在路标菜单下改变一个路标的名字或坐标，如果某条路线使用了它，你会发现这条线路也发生了同样的变化。
可以有一条路线是\"活跃\"（Activity）的。
“活跃”路线的路点是导向（见5）功能的目标。
4.前进方向（Heading）
GPS没有指北针的功能，静止不动时它是不知道方向的。
但是一旦动了起来，它就能知道自己的运动方向。
GPS每隔一秒更新一次当前地点信息，每一点的坐标和上一点的坐标一比较，就可以知道前进的方向，请注意这并不是GPS头指的方向，它老人家是不知道自己的脑袋和运动路线是成多少度角的。
不同GPS关于前进方向的算法是不同的，基本上是最近若干秒的前进方向，所以除非你已经走了一段并仍然在走直线，否则前进方向是不准确的，尤其是在拐弯的时候你会看到数值在变个不停。
方向的是以多少度显示的，这个度数是手表表盘朝上，12点指向北方，顺时针转的角度。
有很多GPS还可以用指向罗盘和标尺的方式来显示这个角度。
一般同时还显示前进平均速度，也是根据最近一段的位移和时间计算的。
5.导向（Bearing）
导向功能在以下条件下起作用：
1.）以设定\"走向\"（GOTO）目标。
\"走向\"目标的设定可以按\"GOTO\"键，然后从列表中选择一个路标。
以后\"导向\"功能将导向此路标。
2.）目前有活跃路线（Activityroute）。
活跃路线一般在设置->路线菜单下设定。
如果目前有活动路线，那么\"导向\"的点是路线中第一个路点，每到达一个路点后，自动指到下一个路点。
在\"导向\"页面上部都会标有当前导向路点名称（\"ROUTE\"里的点也是有名称的）。
它是根据当前位置，计算出导向目标对你的方向角，以与\"前进方向\"相同的角度值显示。
同时显示离目标的距离等信息。
读出导向方向，按此方向前进即可走到目的地。
有些GPS把前进方向和导向功能结合起来，只要用GPS的头指向前进方向，就会有一个指针箭头指向前进方向和目标方向的偏角，跟着这个箭头就能找到目标。
6.日出日落时间（Sunset/raisetime）
大多数GPS能够显示当地的日出、日落时间，这在计划出发/宿营时间时是有用的。
这个时间是GPS根据当地经度和日期计算得到的，是指平原地区的日出、日落时间，在山区因为有山脊遮挡，日照时间根据情况要早晚各少半个小时以上。
GPS的时间是从卫星信号得到的格林尼制时间，在设置（setup）菜单里可以设置本地的时间偏移，对中国来说，应设+8小时，此值只与时间的显示有关。
7.足迹线（Plottrail）
GPS每秒更新一次坐标信息，所以可以记载自己的运动轨迹。
一般GPS能记录1024个以上足迹点，在一个专用页面上，以可调比例尺显示移动轨迹。
足迹点的采样有自动和定时两种方式自动采样由GPS自动决定足迹点的采样方式，一般是只记录方向转折点，长距离直线行走时不记点；定时采样可以规定采样时间间隔，比如30秒、一分钟、5分钟或其他时间，每隔这么长时间记一个足迹点。
在足迹线页面上可以清楚地看到自己足迹的水平投影。
你可以开始记录、停止记录、设置方式或清空足迹线。
“足迹”线上的点都没有名字，不能单独引用，查看其坐标，主要用来画路线图（计算机下载路线?
）和“回溯”功能。
很多GPS有一种叫做“回溯”（Traceback）的功能，使用此功能时，它会把足迹线转化为一条“路线”（ROUTE），路点的选择是由GPS内部程序完成的一般是选用足迹线上大的转折点。
同时，把此路线激活为活动路线，用户即可按导向功能原路返回。
要注意的是回溯功能一般会把回溯路线放进某一默认路线（比如route0）中，看你GPS的说明书，使用前要先检查此线路是否已有数据，若有，要先用拷贝功能复制到另一条空线路中去，以免覆盖。
回溯路线上的各路点用系统默认的临时名字如\"T001\"之类，有的GPS定第二条回溯路线时会重用这些名字，这时即使你已经把旧的路线做了拷贝，由于路点引用的名字被重用了，所以路线也会改变，不是原来那条回溯路线了。
请查看你GPS的使用说明书，并试用以明确你的情况。
有必要的话，对于需要长期保存的TraceBack路线，要拷贝到空闲路线，并重命名所有路点名字。
GPS的热启动冷启动和温启动
启动GPS
GPS开机定位分为冷启动、温启动和热启动三种：
冷启动：
以下几种情况开机均属冷启动。
初次使用时；电池耗尽导致星历信息丢失时；关机状态下将接收机移动1000公里以上距离。
温启动：
距离上次定位的时间超过两个小时的启动。
热启动：
距离上次定位的时间小于两个小时的启动。
有时候如果机器有软件问题，需要进行冷启动，冷启动可以使用gpsviewer进
2系统总体设计
2.1DSP介绍
数字信号处理（DigitalSignalProcessing,DSP）,就是对信号的数字处理。
它是利用数字计算机或专用数字硬件，对数字信号进行的一切变换或按预定规则进行的一切加工处理的运算就称为数字信号处理。
DSP狭义理解为DigitalSignalProcessor数字信号处理器，广义理解可为数字信号处理技术。
DSP（digitalsignalprocessor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。
再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
DSP微处理器（芯片）一般具有如下主要特点：
（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问； （4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；
（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
（7）可以并行执行多个操作；
（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
2.2异步传输方式
异步传输（AsynchronousTransmission）：
异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。
发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。
在异步传输方式中，每传送一个字符（7或8位）都要在每个字符码前加1个起始位，以表示字符代码的开始；在字符代码和效验码后面加1或2个停止位，表示字符结束。
接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始和结束，从而起到通信双方的同步作用。
2.3异步通信接口芯片
UART只是一个串行的异步接口它负责对要发送的数据进行格式化和对收到的数据进行译码。
它对数据是打包发送和接收的，每一包数据前有一个起始位，末有一个或多个停止位。
数据包里的数据是从低位到高位逐位进行发送的。
为了对数据进行校验，有时还可以在数据里加上校验位。
在没有数据发送或接收时，该数据线总是处于高电平。
它有如下的一些特点：
（1）数据的长度可变，可以是5位，6位，7位或8位；
（2）波特率可变，位传输的速率可以通过编程来实现，在UART中有一个寄存器可以对主频时钟进行分频来产生相应的波特率；
（3）校验位的产生和检测，在发送一个字符的时候，UART在发送时在数据位的末尾上附加一个校验位，当接收这个字符的时候，就可以利用这个校验位来来检查在接收过程中有没有发生错误；
（4）可以设置中断，通过软件可以模拟当异步串口发送0的个数超过数据包的长度的时候（表明发送异常），可通过设置中断处理事件。
串行通信的流程图如图2所示。
图1
下面对TMS32F240和PC机通信有关的寄存器做一些简单介绍。
表1TL16CTL16C550C的寄存器
寄存器
DLAB
A2
A1
A0
地址
操作
接收缓冲器RBR
0
0
0
0
00H
只读
发送缓冲器THR
0
0
0
0
00H
只写
中断使能寄存器IER
0
0
0
1
01H
读/写
中断标志寄存器IIR
X
0
1
0
02H
只读
FIFO控制寄存器FCR
X
0
1
0
02H
只读
线路控制寄存器LCR
X
0
1
1
03H
读/写
MODEM控制寄存器MCR
X
1
0
0
04H
读/写
线路状态寄存器LSR
X
1
0
1
05H
读/写
MODEM状态寄存器MSR
X
1
1
0
06H
读/写
暂存寄存器SCR
1
0
0
0
07H
读/写
低位除数寄存器DLL
1
0
0
1
00H
读/写
高位除数寄存器DLM
1
0
0
1
01H
读/写
线路控制寄存器（LCR）用来存放串行通信的二进制数据格式，LCR是一个8位寄存
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