1、毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者签 名： 日期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，
2、并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行 研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的
3、复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注 意 事 项1. 设计（论文）的内容包括：1） 封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2） 原创性声明3） 中文摘要（300 字左右）、关键词4） 外文摘要、关键词5） 目次页（附件不统一编入）6） 论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7） 参考文献8） 致谢9） 附录（对论文支持必要时）2. 论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括
4、图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3. 附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4. 文字、图表要求：1） 文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2） 工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3） 毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印4） 图表应绘制于无格子的页面上5） 软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5. 装订顺序1） 设计（论文）2） 附件：按照任务书、开题报告
5、、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良
6、 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决
7、实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及 格（在所选等级前的内画“”） 不及格评阅教师：（签名）年月日单位：（盖章）洛阳理工学院毕业设计（论文）教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优
8、 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及 格教研室主任（或答辩小组组长）：年月日 不及格（签名）教学系意见：年月日系主任：（签名）教研室（或答辩小组）及教学系意见V基于单片机的 GPS 定位系统设计摘 要GPS 是全球定位系统英文名词 Global Positioning Syst
9、em 的缩写。该系统是美国布设的第二代卫星无线电导航系统。它能为用户提供全球性、全天候、连续、实时、高精度的三维坐标、三向速度和时间信息。其目的是在全球范围内对地面和空中目标进行准确定位和监测。现在，GPS 接收机作为一种先进的导航和定位仪器，已在军事及民用领域得到广泛的应用。本设计是基于 AT89C51 单片机来实现的简易 GPS 定位信息显示系统。本控制系统主要完成接受数据、时间显示、经度显示、纬度显示等常规功能。此方案基于单片机、GPS 模块和 12864 液晶显示屏等硬件, 并应用 C 语言实现了 GPS 信号的提取、显示及基本的键盘控制操作等。经过实践测试 ,这种接收机可以达到基本
10、GPS 信息的接收以及显示，可以做到体积小、精度高、连续导航，并可广泛应用于个人野外旅游探险、出租汽车定位及海上作业等领域。关键词：GPS 定位系统，单片机，液晶显示屏DESIGN OF GPS RECEIVER BASED ON 51 SINGLE CHIP COMPUTERABSTRACTGPS is the abbreviation of the English term Global Positioning System global positioning system. The system is the United States laid the second generati
11、on satellite radio navigation system. It can provide users with continuous, real-time, global, round- the-clock, high precision three dimensional coordinates, three velocity and time information. Aimed at targets on the ground and in the air around the world an accurate positioning and monitoring. N
12、ow, as an advanced GPS receiver navigation and positioning equipment, has a wide range of applications in military and civilian areas.This design based on the AT89C51 microcontroller is used to implement a simple GPS positioning information display system. This control system is mainly done to accep
13、t the data, time display, latitude, longitude, and other routine functions. This program is based on single-chip, GPS module and 12864 LCD display, hardware, c language implementation and application of the GPS signal extraction, display and keyboard control of basic operations. Practice tests, this
14、 receiver can receive and display the basic GPS information. small size, high accuracy, continuous navigation can be done, and can be widely applied to individuals in the wild tour adventure, hire car positioning and operations at sea, and other areas.KEY WORDS: GPS positioning system, microcontroll
15、er, LCD display目录前言1第 1 章 GPS 系统简介31.1 GPS 的由来及发展31.2 GPS 定位系统的基本原理31.3 GPS 模块定位流程41.4 本设计的主要工作4第 2 章 系统硬件设计52.1 单片机52.1.1 AT89C51 单片机的结构原理62.1.2 AT89C51 单片机的主要特性72.2 GPS 模块72.2.1 概述72.2.2 主要技术参数及产品特点82.2.3 管脚介绍及与单片机的接口电路82.3 显示部分102.3.1 LCD12864 概述112.3.2 基本特性122.3.3 模块接口说明12第 3 章 系统软件设计143.1 系统软件概
16、述143.2 软件程序的编写143.2.1 初始化模块153.2.2 数据接收处理模块15第 4 章 系统调试174.1 硬件调试174.2 软件调试174.3 系统测试结果18结论20谢 辞21参考文献22附录24外文资料翻译44前言GPS 卫星导航全球定位系统问世以来，在导航、定位领域发展势头迅猛，引起世界各界人士的关注。具备高精度、全天候、全球覆盖、高效率、多功能、操 作简便等特点。广泛应用于地面车辆跟踪和城市智能交通管理方面。车载 GPS 系统配合电子地图，适时掌握自己的方位与目的地，对锁定目标进行跟踪、监控， 从而达到防御、求援之目的。满足对机动车辆的指挥、调度、管理、监控、导航、通
17、讯等需求。改变了人们的工作方式，提高了工作效率，带来了巨大的社会效益 和经济效益。随着人们对运输载体的监控、跟踪以及智能化管理要求的提高，GPS 在中国即将进入爆发性发展阶段，蕴藏着巨大的发展空间。GPS 系统包括三大部分：空间部分GPS 卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS 信号接收机。GPS 系统通过使用来自多个卫星的信号来确定地面或近地面任何位置的移动接收机的位置。我国的卫星定位技术综合了 GPS 卫星导航全球定位，GSM 全球数字蜂窝移动通信，GIS 地理信息， 计算机网络技术全方位的技术应用。利用 GPS 卫星信号接收机，跟踪这些卫星的运行，对所接收到的 GPS 信
18、号进行变换、放大和处理，测量传播时间，解译导航电文。接收机 24h 不间断地接收卫星发送的数据参数，算出接收的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。全球定位系统 GPS 是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS 技术已经开始应用于交通运输和道路工程之中。目前，GPS 技术在我国道路工程和交通管理中的应用还刚刚起步，相信随着我国经济的发展，高等级公路的快速修建和 GPS 技术应用研究的逐步深入，其在道路工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。自 20 世纪 90 年代
19、GPS 系统向全世界免费开放以来, GPS 系统已广泛应用在导航、大地测量、精确授时、线路巡检及车辆防盗等领域。接收机是获得GPS 系统服务的关键设备,目前已有从手持式到台式数百种型号的接收机可供用户选择。通用接收机功能齐全,除了信号接收单元外,往往还配置有显示单元和人机对话设备。这一方面为用户提供了极大的方便，但GPS 定位接收机价格比较昂贵41而且使用灵活性低,难以满足特定条件下的应用需求,造成了资金浪费。因此,众多用户期望按照自己的使用环境和性能要求设计和使用个性化的 GPS 定位接收机。本文首先介绍了 GPS 系统由来及其发展、基本概念、GPS 接收机的工作原理及接收机定位流程。然后对
20、单片机及其串口通信、M-87 及其 NMEA-0183 语句的数据格、液晶显示器进行了详细论述，并且设置了所需的外围电路。接着详细地介绍了该 GPS 接收机的软件设计过程。通过 C 语言实现了 GPS 信号的提取、显示等。经过实践测试,这种接收机可以达到基本 GPS 信息接收以及显示，可以做到方便灵活、优质价廉、精度高、连续导航、抗干扰能力强，并可广泛应用于个人野外旅游探险、出租汽车定位及海上作业等领域。第 1 章 GPS 系统简介1.1 GPS 的由来及发展导航卫星定时测距全球定位系统(NavigationSatelliteTimingandRanging Global Position S
21、ystem GPS)是美国第二代卫星导航系统。它在 1973 年底由美国陆海空三军等单位协调分工提出的能取代旧式的导航设备,为军用舰船、飞机车辆等用户提供全球全天候、连续实时服务的高精度三维导航系统。系统由空间部分、地面监控部分和地面接收机部分组成。定位服务包括精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。PPS 授权的精密定位系统用户需要密码设备和特殊的接收机。SPS 对于普通民用用户,供全世界用户免费、无限制地使用。由于 GPS 具有全球覆盖以及精度高、定位速度快、实时性好、抗干扰能力强等特点,近年来在国内外得到广泛的应用,在各个领域发挥了极大的作用,已成为信息时代不可缺少的一部分。各种
22、 GPS 民用产品的开发,已是经济和社会发展的必然要求,其前景将会非常广阔和光明,尤其是在我国,通过这些年来对它认识不断加深,我国的 GPS 开发应用也一定会以科技力量推动经济和社会发展的一颗巨星,对我国的经济和社会的发展产生重大的影响。1.2 GPS 定位系统的基本原理每颗 GPS 卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度可以计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集至少 4 颗卫星的数据时，通过变频、放大、滤波等一系列处理过程,实现对 GPS 卫星信号的跟踪、锁定和测量,从而产生计算位置的数据信息(包括：纬度、经度、高度、速度、日期
23、、时间、航向、卫星状况等),经由 I/O 口输出串行数据。1.3 GPS 模块定位流程（1） 搜索可用卫星，接收卫星信号，与卫星信号同步，提取导航电文信息。（2） 从导航电文中获取计算位置所需的信息，这些信息应该包括时钟信息和星历等数据。（3） 计算卫星的准确位置，这包括计算卫星的高度和方位角，从而进行必要的对流层校正。（4） 计算伪距，并进行电离层校正等。（5） 重复上述过程，对所有可用卫星进行相应的计算。（6） 进行其他必要的校正，例如根据卫星信号到达 GPS 接收机的时间，校正地球旋转所造成的卫星位置的偏差。（7） 根据定位原理，计算出 GPS 接收机的初始位置，并将其转换成所需的坐标格
24、式进行显示或输出。（8） 加入闰秒和 UTC（标准世界时）时间补偿计算当前精确的时间。（9） 分析可用卫星的信息，计算最好的 DOP(Dilution of Precision)，进行选星，并计算和修正 GPS 接收机的位置，给出 GPS 接收机的三维坐标和准确的时间信息。1.4 本设计的主要工作本文的主要目的是在 GPS 和单片机的理论知识上，选用 Atmel 公司的AT89C51 提取 GPS 模块的接收数据并由 12864 液晶显示接收数据。在此设计过程中，主要熟悉 Holux-M-87 GPS 模块各性能指标，学习 NMEA 封包并懂得使用 NMEA 输出命令，结合单片机串行通信知识，
25、实现对 GPS 接收到的卫星信息进行提取，并在 12864 液晶显示平台上选择性的显示数据。第 2 章 系统硬件设计课题要求研制的 GPS 接收机要具有接收、处理、显示信息的功能。硬件上必须有相应的接收处理部分、显示部分和配置输入部分，同时需要处理器实现各部 分功能的联合。由于单片机集成度高，系统结构简单，价格低廉，同时技术成熟， 处理器部分使用单片机实现。本课题设计的硬件系统主要由：单片机、GPS 模块、显示部分等组成。如图2-1 所示：单片机键盘晶振电源显示复位GPS模块图 2-1 系统框图2.1 单片机硬件核心控制任务是由单片机来完成的，单片机的采用使硬件电路设计大大简化，并且性能更加可
26、靠。目前，可采用的微处理器有很多种，如:MCS-51、Me6sol、280、eopsoo 等 8 位单片机，虽然 16 位单片机在 1982 年已经问世， 但其发展并不像人们想象的那样快，尽管在某些性能指标方面超过了 8 位单片机， 但从性价比及开发周期等综合效益上却不如 8 位单片机，因此应用并不普及。在本次设计中，采用 MCS-51 系列单片机，虽然信号处理和计算的功能相对差些，但其结构简单、体积小、性价比高、可靠性高、功耗小及应用范围广，适合于小型化作业。因此，选择 AT89C51 单片机作为微控制器。它具有全双工异步通信口,可与 M-87 接口进行数据读取、处理和输出。GPS 信号接收
27、和处理部分与单片机进行串口通信时,由于都采用了 TTL 电平,故两者之间不需进行电平转换就可直接通信。2.1.1 AT89C51 单片机的结构原理AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效精简微控制器。AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价格低
28、廉的方案，其引脚排列如图2-2 所示：图 2-2 AT89C51 引脚图引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.1.2 AT89C51 单片机的主要特性(1) 与 MCS-51 兼容。(2) 4K 字节可编程闪烁存储器。(3) 寿命：1000 写/擦循环。(4) 数据保留时间：10 年。(5) 全静态工作：0Hz-24MHz。(6) 三级程序存
29、储器锁定。(7) 1288 位内部 RAM。(8) 32 可编程 I/O 线。(9) 两个 16 位定时器/计数器。(10) 5 个中断源。(11) 可编程串行通道。(12) 低功耗的闲置和掉电模式。(13) 片内振荡器和时钟电路。2.2 GPS 模块2.2.1 概述根据设计需要，GPS 模块选用 M-87，如图 2-3 所示。M-87 是一种根据低耗电 Mediatek GPS 解决方案设计的超小型 25.425.47 mm GPS 引擎机板。它是一个高性能、低功耗、小型并很容易联合的 GPS 模块，应用范围广泛。它对于导航应用提供高达-159dBm 的绝佳灵敏度与快速的第一次定位时间。M-87 是您想要内嵌在使用于 GPS 服务的 PDA、PND、行动电话、可携式装置设计中的最佳选择。图 2-3 M-87 GPS 模块2.2.2 主要技术参数及产品特点主要技术参数：(1) 工作电压：3.55V 直流。(2) 接收灵敏度：-159dBm。(3) 体积大小：25.425.47 mm。(4) 模块重量：7 克。(5) 定位精度：3m(6) 系统内存：4MB
