基于單片機的經緯度定位顯示裝置設計

西華師范大學 林東虹

全球定位系統(GPS)是一種應用比例很高的導航定位系統。其在顯示三維位置、速度信息方面有著廣泛的應用，可基于衛星信號實現這些個功能。在不斷的改進和完善后，全球定位系統開始在軍事、通訊、遙感、大地測量等相關領域大量應用，且表現出很高的應用價值，同時也在一定角度上促進了人類的科學文化生活的發展。目前這種系統開始向便攜式發展，在生活中的應用比例不斷的提高，因而很有必要對此進行研究。

本文對GPS接收機的原理和基于單片機的LCD顯示器進行了設計，在研究過程中設計實現了一臺手持式GPS定位接收設備，同時對其功能進行了論述。該定位系統的定位精度較高，可以滿足相關測控領域的測量精度要求，具有一定的應用價值。

1 單片機簡介

單片機是一種常用的控制設備，其在工業控制領域有著廣泛的應用，單片機的主要組成單元包括存儲器，中央處理器CPU、定時器、輸入輸出設備等，這些單元集中在一個集成電路芯片上，可以實現一定的運算控制功能。

單片機的組成結構較為簡單，不過其具有了微型計算機系統的功能，可以通過其進行各種工業控制，單片機的內部結構如圖1所示。

圖1 單片機的內部結構圖

單片機的集成度很高，相關的原件集中在一個芯片上，這樣系統的可靠性明顯的提高嗎，同時運行速度也有一定的提升。單片機的控制功能強大，可以通過其組建各種類型的控制系統。單片機是嵌入式系統低端應用的最常見單元，本文在設計過程中也用到了單片機。

2 系統設計

本文設計了一個LCD1602電子液晶顯示屏，此顯示單元通過單片機AT89C52進行控制，在設計過程中對控制系統的LCD電子液晶顯示屏相關原理和結構進行介紹之后，做了具體的設計。同時對本系統的軟硬件單元和相應的電路做了具體的設。該電子顯示屏中設置了獨立的控制電路，在字符顯示過程中，需要用到字符對應的ASCII碼。

2.1 系統結構

本系統的硬件部分較為簡單，對應的電路可以總體上劃分為顯示電路，穩壓電源、單片機等幾個單元。

89C52控制的GPS器件的主要作用是采集定位系統信息，與此相關的單元包括顯示模塊，單片機89C52、GPS模塊。為滿足顯示相關的要求，本文設計過程中選擇了MGLS-12032A顯示器。以下對單片機和LCD電路相關的情況進行具體的論述。

●89C52：可通過其實現一定的控制功能，通過其確定出點陣顯示的時序。

●MAX202：主要是通過其進行相應的電平轉換。

●LCD：用于顯示相應的字符信息，在顯示字符信息時需要提供字符的顯示格式。

設計原理圖如圖2所示：

圖2 設計原理圖

這種系統的主要組成單元為GPS數據發送模塊，顯示單元LCD1602，通過單片機對其進行控制，實現相應的功能目的。

2.2 電源模塊設計

此系統全部單元的供電電壓均為5V，因而在電源設計過程中單純設計5V單電源就可以滿足供電要求。

為滿足電壓穩定要求，而應用了LM7805穩壓器，電源模塊對應的電路圖如下，在工作過程中將輸入的220v交流電轉換處理之后變為9V交流電，其后接著通過二極管進行整流，得到滿足要求的正電壓，然后發送給其他的模塊。電容C1可降低電壓波紋幅度而實現一定的濾波目的。濾波后的電壓通過LM7805集成穩壓芯片處理后輸出5V穩壓電源，對應的濾波電容為C3，、C4。可通過其提高相應的瞬態響應性能。

2.3 GPS數據模塊

為了減少接收出錯的問題，一般通過串行口中斷模式進行信息的接收。在接收前應該對相應數據的格式進行判斷，然后選擇符合格式要求的進行存儲，這樣可以很好的節約存儲空間，同時有利于解決RAM不夠用的問題。以下進行舉例說明，例如：接收$GPGGA格式信息的前幾次，先對接收的信息格式進行判斷，在符合格式要求情況下，接著判斷接下來的逗號（’，’）是第幾個逗號。若發現非首個，則可判斷其次的數據是時間，如果是第二個，則可判斷出其次的信息為緯度，本文接收數據過程中應用了這種模式。

GPS數據模塊選擇了成品電路模塊，這樣可提高設計效率，主要是對GPS數據部分進行設計，相應的GPGGA數據格式具體如下所示：

*xx＜CR＞＜LF＞

$GPGGA：起始引導符和對應的語句格式相關情況具體如下；

＜1＞：UTC時間，格式為hhmmss.ss；

＜2＞：緯度，格式為ddmm.mmm；

＜3＞：表示對應的緯度半球，一般通過符號N或S表示；

＜4＞：經度，格式為dddmm.mmm；

＜5＞：具體表示經度半球，通過符號E或W表示；

＜6＞：定位質量指示，相應的字符A含義為有效位置，V則表示非有效接收警告，其和對應的衛星數量有一定的相關性；

＜7＞：具體表示對應的使用衛星數量，總共為十二個；

＜8＞：表示水平精確度，可根據需要選擇相應的精度；

＜9＞：天線離海平面的高度，在一萬米之內；

M：也就是長度單位米

＜10＞：具體表示相應的大地水準面高度，在一萬米之內；

M：指單位米

＜11＞：也就是對應的差分GPS數據期限，和數據傳輸量存在一定的相關性；

＜12＞：差分參考基站標號，可根據要求進行相應的選擇。

*：其含義為對應的語句結束標志符。

xx：也就是從$開始到*內全部相應字碼的異或校驗和。

＜CR＞：表示回車符號。

＜LF＞：也就是換行符號。

GPS系統一般選擇232串口通信，為滿足通信要求需要進行相應的電平轉換，對應的轉換芯片MAX232具體如圖3所示：

圖3 對應的轉換芯片MAX232

系統運行過程中，單片機串口收到信息后，先對句引導頭進行判斷分析，如果發現為“$”，則接收對應的信息內容，在收到“*”字符后，進行判斷，然后根據語句標識區分出信息類別類對相應的接收到的字符針對性顯示。

2.4 控制模塊

本文在設計過程中選擇了AT89C52單片機實現系統控制目的，相應的控制任務包括數據接受和顯示控制，以下進行具體的論述。

①數據接收控制：這種單片機中設置了串行口通信電路，可通過其進行相關數據的接收，對應的數據格式為八位數據+1位停止位。所接收到的數據會存儲到對應的緩沖區。

②顯示控制：接收到的數據顯示時通過51單片機進行控制，且利用LCD1602液晶顯示器進行顯示，對應的取出的字符需要經過CPU處理才能顯示。

2.5 顯示模塊設計

本系統需要顯示相應的西文字符，為滿足方面的顯示要求，而選擇了LCD1602顯示器。

3 軟件設計

具體顯示了對應的系統主程序的總體結構，系統在運行過程中需要先初始化處理，主要是對串口、定時器、中斷等進行設置操作。顯示器設置之后進入到開機狀態，其后就可以正常的顯示。每次可以對兩串字符進行顯示，其后就可以持續的進行相應的循環數據信息顯示。

系統的主要功能在中斷服務子程序中完成。這種系統可以在總體上劃分為如下幾個模塊，顯示單元，串行口中斷服務程序、掃描程序。這些模塊結合起來，可以實現相應的功能操作。

系統在開機之后需要進行初始化，接著顯示開機信息，然后對接收到的信息進行處理，并最終實現相應的顯示目的。