基于單片機的液晶GPS硬件設計論文
一、前言
本設計介紹了一種成本低又能滿足性能要求的GPS 接收機的設計方案。主要任務是在GPS、單片機和液晶顯示的理論知識基礎上，選擇合適的單片機提取GPS 接收模塊接收的數據并且由液晶顯示模塊顯示接收的數據。
二、 GPS 的組成
全球定位系統(tǒng)(GPS) 主要包含著以下三個組成部分：地面控制部分、空間部分以及用戶裝置部分，即為地面監(jiān)控系統(tǒng)、GPS 衛(wèi)星星座以及GPS 信號接收機。
(1)地面控制部分，由主控站( 負責管理、協(xié)調整個地面控制系統(tǒng)的工作)、地面天線( 在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文)、監(jiān)測站( 數據自動收集中心) 和通訊輔助系統(tǒng)( 數據傳輸) 組成。(2)空間部分，即是GPS 工作衛(wèi)星及其星座， 它由24 顆衛(wèi)星組成，分布在6 個軌道平面上。(3)用戶裝置部分，是滿足用戶定位精度和動態(tài)特性要求的GPS接收模塊，其功能是接收衛(wèi)星播發(fā)的信號，獲取定位觀測值，提取導航電文中的廣播衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星時鐘鐘差及電離層延遲修正參數等，并經過數據處理，已完成導航和定位任務。
GPS 信號接收模塊的任務是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS 信號進行變換、放大和處理。
(1)天線單元: 它是由接收天線和前置放大器組成。GPS 接收機天線有: 定向天線、偶極子天線、微帶天線、螺旋天線等。(2)接收單元: 接收單元包括通道單元及計算和顯示單元兩部分。通道單元的'主要功能是接收來自天線單元的信號，經過變頻放大、濾波等一系列處理過程，實現對GPS 信號的跟蹤、鎖定、測量，提供計算位置的數據信息。
三、 GPS 定位儀硬件設計
本次設計要求通過單片機控制GPS 器件實現定位信息顯示功能。在這里使用常見的MCS-52 型單片機作為處理器，利用MCS-52 單片機的串行接口接收NEO-6M GPS 信號接收模塊輸出的數據信號，并通過軟件方法篩選出其中有用的定位數據，最后通過單片機的并行接口輸出至液晶顯示模塊顯示的方案。該GPS 定位信息顯示系統(tǒng)硬件部分主要由以下幾個部分組成： (1)接收部分：以NEO-6M GPS 接收模塊為核心的GPS 接收機; (2)控制電路：由52 單片機作為微處理器控制GPS 信號; (3)顯示部分：12864LCD 液晶顯示模塊; (4)電源電路：系統(tǒng)工作時所需電源。 (5)單片機系統(tǒng)：本次設計使用52 單片機作為微處理器，控制GPS 數據的讀取和傳輸過程。利用其串行接口接收NEO-6MGPS 接收模塊輸出的數據，并將接收到的數據經過篩選和處理后發(fā)送到12864 液晶顯示器顯示。 (6)外圍電路：外圍電路一部分是由GPS 接收器件及其輔助電路組成，一部分是LCD 液晶顯示模塊的電源電路和顯示電路。NEO-6M GPS 接收模塊主要由變頻器、信號通道、存儲器、中央處理器和輸入輸出接口構成。它接收天線獲取的衛(wèi)星信號，經過變頻、放大、濾波、相關、混頻等一系列處理，可以實現對天線視界內衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測量定位。(7)單片機控制程序：編寫程序，實現單片機控制系統(tǒng)的初始化，控制GPS 器件完成數據的采集, 進行相應的信號處理，并通過單片機接口輸出至液晶顯示模塊顯示必要的數據。
根據總體設計方案，該系統(tǒng)硬件電路設計主要由GPS信號接收部分(NEO-6MGPS 信號接收模塊)、控制芯片(STC89C52 單片機)、顯示部分(12864LCD 液晶顯示模塊)這幾部分構成。
四、系統(tǒng)軟件設計
該GPS 軟件設計的重點在于GPS 接收模塊與單片機的通訊，以及單片機將收到的信息篩選編排顯示位置后送到LCD 液晶顯示模塊顯示。在設計該軟件時采用了模塊化的思想，軟件模塊化后方便軟件的調試，也便于軟件的移植，在不同的硬件平臺上運行該軟件只需要更改相應的軟件模塊就可以實現。模塊設計分為液晶模塊初始化模塊，GPS 數據接收模塊和單片機模塊這三個主要模塊。
五、系統(tǒng)調試
系統(tǒng)的設計和調試是兩個相輔相成的環(huán)節(jié)。調試和測試在整個設計過程中占了一定的工作量，通過不斷的調試發(fā)現問題和漏洞，并及時進行修改已達到預期的效果。本次調試分為硬件和軟件調試兩大部分。
1、硬件調試。(1)檢查所設計的硬件電路板所有的器件和引腳是否正確。首先，用數字萬用表進行了逐一對點的檢查，檢查各導線間是否有短路與開路的故障。然后，測輸入5V 電源(0V 地)線是否與電路中的對應點的電源(地)線相連接是否正確;最后，檢查開關是否正常，是否連接正確。(2)測芯片管座與芯片管座之間用導線連接起來的對應腳是否導通和截止。將仿真插頭插入單片機插座進行調試，檢查各接口是否滿足設計的要求。(3)將程序代碼經過Keil軟件仿真生成的(.hex)文件，用編程器將生成的文件導入單片機STC89C52 中。(4)將寫入程序的單片機插入硬件電路單片機管座，查看液晶顯示器12864 顯示結果是否符合設計要求。(5)本設計有GPS 模塊調試接口，通過串口調試助手可以檢查能否接收到有效數據，界面。
2、軟件調試。首先單獨調試各子程序是否能夠按照預期的功能，接口電路的控制是否正常，最后調試整個程序。(1)檢查12864 液晶顯示模塊程序，觀察在液晶顯示器上是否能夠顯示相應的字符。(2)檢查GPS 模塊程序，通過觀察12864 液晶顯示情況理解GPS 信號接收狀況。(3)通過GPS 模塊程序和12864 液晶顯示模塊程序的結合，觀察12864 液晶顯示器上的GPS 顯示信息。
六、結論
本文介紹了GPS 定位導航的概念和原理，并介紹了導航數據的幀格式和提取方法。在經過比較論證后，選擇了利用單片機實現導航定位的方案，實現了接收板導航數據的接收，完成了單片機與PC 機的串行接口的通信和LCD 液晶屏的顯示。并且完成了單片機主程序、單片機初始化的設計。
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