基于AT89C52单片机的液晶GPS定位仪的设计

GPS全球定位系统是利用美国24颗GPS卫星所发射的信息从而进行实时定位、导航和授时服务的导航系统。该系统自上个世纪末面向世界全部免费开放以来，迅速地得到了各行各业的广泛推广和使用，比如监测、导航、车辆定位以及防盗系统等领域的应用。本文主要介绍了AT89C52单片机的液晶GPS定位仪的设计方法。

一、GPS的系统

（一）GPS系统的组成

GPS系统主要包含着以下三个组成部分：空间部分、地面控制部分以及用户设备部分，即为GPS卫星星座、地面监控系统以及GPS信号接收机。

1.空间部分

空间部分即是GPS工作卫星及其星座，它是由21颗工作卫星以及3颗备用卫星组成的，一般都记作（21+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，倾角为55°，各个轨道平面间相距为60°。每个轨道平面内各卫星之间的升交角距相差度为90°，以轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30°。

位于20000公里高空里GPS卫星，如果地球完成自转一周，那么他们环绕地球运转的时间就是两周。位于地平线上的卫星颗数随着时间和地点的差异而不尽相同，可见度低的时候就4颗，可见度较高的时候就是11颗。在使用GPS信号导航定位时，为了得到三维坐标，就至少应该观察到4颗卫星。当然，在定位的过程中，这4颗卫星的相对位置会对定位精确度产生一些影响。对于不同时间和地段时，点位坐标定位的精准性得不到保证，我们称这一时间段为“间隙段”，但这一间隙段时间是相对短暂的，不会影响大范围内的地方全天候、高精度、连续定时定位导航。

2.地面控制部分

在导航定位中，GPS卫星是一个已知的不断变化点，卫星的位置是依据卫星发射的信号，通过不断计算和修正卫星运动及其轨道的参数，最终得以确认。而地面设备则是用来监控卫星上的设备的运转以及卫星自身的轨道运行。此外，地面监控系统还具有另外一个重要的作用，就是保证各个卫星都处在同一时间和标准的GPS时间系统。这就需要地面观察站检测个卫星的时间，求出时间差，然后由地面出入转发给卫星，再由导航电文发给各用户设备。

GPS接收机在每个监测站都必须具有的设备，监测站的主要任务就是对各卫星进行观测并向主控提供观测数据。

3.用户设备部分

用户设备部分，即GPS信号接收机。它的主要作用是接受待测卫星信号，并对卫星的运行进行跟踪，然后按照一定方法处理所接收到的信号，用以测量GPS信号从卫星到接受天线的传播时间，然后对来自GPS卫星的导航电文进行一个解读，实时计算出测站的三维位置，以及三维速度和时间。

定位一般分为两种：即静态定位和动态定位。其中，静态定位GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的时候，自身的位置不会发生变化，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位，则是利用GPS接收机预估一条物体的运行轨迹。而这个运动中的物体，是指GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中，与地球之间的相对运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数。

（二）GPS定位仪的应用

GPS定位仪系统具有以下几大特点：1.全球全球定位；2.定位精度极高；3.观测时间短；4.仪器设备操作简单；5.具有较强的存储功能。

最初的GPS定位仪被运用于军事领域，但是随着时代的发展，GPS定位仪开始广泛运用于人们日常的生产生活活动中，例如工程测量、地质勘探、车辆导航以及户外旅行等。GPS定位仪基本的服务内容分为两大类型：一是空间位置服务，例如定位、导航以及测量等功能；二是时间服务，例如系统同步以及时间校准等。

二、AT89C52单片机

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8K Bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 Bytes的随机存取数据存储器（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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用，在GPS定位仪中也不例外。

（一）AT89C52单片机液晶的系统组成

系统程序包括主程序、数据接收子程序、时间转换子程序和显示子程序。设接收到的时间信息放在显示缓冲区中，显示缓冲区的地址为60H，61H，…，65H，依次存放时时分分秒秒。程序如下：

（二）AT89C52单片机GPS定位仪的功能及设计实现

AT89C52单片机因为精密度高、兼容性强以及强大存储功能，所以在电子行业中有着广泛的应用。基于AT89C52设计的GPS定位仪具有以下几种功能：

1.8K可反复擦写FLASH ROM；

图1 原理框图

图2 主程序流程图

图3 系统初始化子程序流程图

图4 经纬度显示主程序流程图

图5 中断接收子程序流程图

2.兼容MCS-51指令系统；

3.3个16位可编程定时、计数器中断；

4.2个外部中断源，共8个中断源；

5.256x8bit；

6.有PDIP、PAFP、TQFP以及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求；

7.2个读写中断口线，3级加密位；

8.时钟频率0-24MHZ；

9.2个串行中断，可编程UART串行通道；

10.低能耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。

①硬件设计

基于AT89C52单片机的GPS定位仪主要是将液晶显示和控制键盘作为主要的GPS定位模块以及人机对话接口来实现数据的有效交换的。该GPS定位仪的硬件部分具体是由CGM-12232液晶显示器、GPS OEM模块以及AT89C52单片机等等组成的。简单来说，相关的定位信息数据通过GPS OEM发送以后传至相应的单片机串行口位置，然后经由单片机简单地进行处理后再传送到液晶显示器上，由液晶显示器将相应的信息显示出来，如图1所示。

②软件设计

基于AT89C52单片机的GPS定位仪软件所要完成的相关功能包含了实时显示经纬度和标准时间、GPS信号接收、字操作控制与实现、键盘中断处理等方面，其所选用的设计类型主要为模块化设计，其具体的软件程序一般包含主程序、系统初始化子程序、经纬度显示子程序和中断接收子程序发，如图2、3、4、5所示。

经过严格测试审核后，该基于AT89C52单片机的GPS定位仪基本满足系统运行要求，其针对相应的GPS定位数据的有效显示进行了充分的展示，在实际的调试过程中，该单片机的实际电路操作比较便捷。

三、结束语

由于计算机技术、网络技术以及GPS定位技术等相关技术所具有的全天候、高精度及自动测量的特征，其已经作为先进的测量手段和新兴生产力，成为人们日常生产生活中一个不可缺少的重要组成部分，同时它也是也是国防力量不断增强和社会不断发展的可靠保障。因此开展对GPS各领域的研究具有重要的意义。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机在电子行业中有着广泛的应用。通过对AT89C52单片机液晶GPS定位仪的研究，有利于GPS电子系统不断更新和趋向先进化，以满足电子行业日益变化的需求，从而研发出更先进的电子产品。

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