基于AT89C52單片機的液晶GPS定位儀的設計

GPS全球定位系統是利用美國24顆GPS衛星所發射的信息從而進行實時定位、導航和授時服務的導航系統。該系統自上個世紀末面向世界全部免費開放以來，迅速地得到了各行各業的廣泛推廣和使用，比如監測、導航、車輛定位以及防盜系統等領域的應用。本文主要介紹了AT89C52單片機的液晶GPS定位儀的設計方法。

一、GPS的系統

（一）GPS系統的組成

GPS系統主要包含著以下三個組成部分：空間部分、地面控制部分以及用戶設備部分，即為GPS衛星星座、地面監控系統以及GPS信號接收機。

1.空間部分

空間部分即是GPS工作衛星及其星座，它是由21顆工作衛星以及3顆備用衛星組成的，一般都記作（21+3）GPS星座。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面內，傾角為55°，各個軌道平面間相距為60°。每個軌道平面內各衛星之間的升交角距相差度為90°，以軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星超前30°。

位于20000公里高空里GPS衛星，如果地球完成自轉一周，那么他們環繞地球運轉的時間就是兩周。位于地平線上的衛星顆數隨著時間和地點的差異而不盡相同，可見度低的時候就4顆，可見度較高的時候就是11顆。在使用GPS信號導航定位時，為了得到三維坐標，就至少應該觀察到4顆衛星。當然，在定位的過程中，這4顆衛星的相對位置會對定位精確度產生一些影響。對于不同時間和地段時，點位坐標定位的精準性得不到保證，我們稱這一時間段為“間隙段”，但這一間隙段時間是相對短暫的，不會影響大范圍內的地方全天候、高精度、連續定時定位導航。

2.地面控制部分

在導航定位中，GPS衛星是一個已知的不斷變化點，衛星的位置是依據衛星發射的信號，通過不斷計算和修正衛星運動及其軌道的參數，最終得以確認。而地面設備則是用來監控衛星上的設備的運轉以及衛星自身的軌道運行。此外，地面監控系統還具有另外一個重要的作用，就是保證各個衛星都處在同一時間和標準的GPS時間系統。這就需要地面觀察站檢測個衛星的時間，求出時間差，然后由地面出入轉發給衛星，再由導航電文發給各用戶設備。

GPS接收機在每個監測站都必須具有的設備，監測站的主要任務就是對各衛星進行觀測并向主控提供觀測數據。

3.用戶設備部分

用戶設備部分，即GPS信號接收機。它的主要作用是接受待測衛星信號，并對衛星的運行進行跟蹤，然后按照一定方法處理所接收到的信號，用以測量GPS信號從衛星到接受天線的傳播時間，然后對來自GPS衛星的導航電文進行一個解讀，實時計算出測站的三維位置，以及三維速度和時間。

定位一般分為兩種：即靜態定位和動態定位。其中，靜態定位GPS接收機在捕獲和跟蹤GPS衛星的時候，自身的位置不會發生變化，接收機高精度地測量GPS信號的傳播時間，利用GPS衛星在軌的位置，解算出接收機天線所在位置的三維坐標。而動態定位，則是利用GPS接收機預估一條物體的運行軌跡。而這個運動中的物體，是指GPS接收機天線在跟蹤GPS衛星的過程中，與地球之間的相對運動，接收機用GPS信號實時地測得運動載體的狀態參數。

（二）GPS定位儀的應用

GPS定位儀系統具有以下幾大特點：1.全球全球定位；2.定位精度極高；3.觀測時間短；4.儀器設備操作簡單；5.具有較強的存儲功能。

最初的GPS定位儀被運用于軍事領域，但是隨著時代的發展，GPS定位儀開始廣泛運用于人們日常的生產生活活動中，例如工程測量、地質勘探、車輛導航以及戶外旅行等。GPS定位儀基本的服務內容分為兩大類型：一是空間位置服務，例如定位、導航以及測量等功能；二是時間服務，例如系統同步以及時間校準等。

二、AT89C52單片機

AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8K Bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 Bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業中有著廣泛的應用，在GPS定位儀中也不例外。

（一）AT89C52單片機液晶的系統組成

系統程序包括主程序、數據接收子程序、時間轉換子程序和顯示子程序。設接收到的時間信息放在顯示緩沖區中，顯示緩沖區的地址為60H，61H，…，65H，依次存放時時分分秒秒。程序如下：

（二）AT89C52單片機GPS定位儀的功能及設計實現

AT89C52單片機因為精密度高、兼容性強以及強大存儲功能，所以在電子行業中有著廣泛的應用。基于AT89C52設計的GPS定位儀具有以下幾種功能：

1.8K可反復擦寫FLASH ROM；

圖1 原理框圖

圖2 主程序流程圖

圖3 系統初始化子程序流程圖

圖4 經緯度顯示主程序流程圖

圖5 中斷接收子程序流程圖

2.兼容MCS-51指令系統；

3.3個16位可編程定時、計數器中斷；

4.2個外部中斷源，共8個中斷源；

5.256x8bit；

6.有PDIP、PAFP、TQFP以及PLCC等幾種封裝形式，以適應不同產品的需求；

7.2個讀寫中斷口線，3級加密位；

8.時鐘頻率0-24MHZ；

9.2個串行中斷，可編程UART串行通道；

10.低能耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能。

①硬件設計

基于AT89C52單片機的GPS定位儀主要是將液晶顯示和控制鍵盤作為主要的GPS定位模塊以及人機對話接口來實現數據的有效交換的。該GPS定位儀的硬件部分具體是由CGM-12232液晶顯示器、GPS OEM模塊以及AT89C52單片機等等組成的。簡單來說，相關的定位信息數據通過GPS OEM發送以后傳至相應的單片機串行口位置，然后經由單片機簡單地進行處理后再傳送到液晶顯示器上，由液晶顯示器將相應的信息顯示出來，如圖1所示。

②軟件設計

基于AT89C52單片機的GPS定位儀軟件所要完成的相關功能包含了實時顯示經緯度和標準時間、GPS信號接收、字操作控制與實現、鍵盤中斷處理等方面，其所選用的設計類型主要為模塊化設計，其具體的軟件程序一般包含主程序、系統初始化子程序、經緯度顯示子程序和中斷接收子程序發，如圖2、3、4、5所示。

經過嚴格測試審核后，該基于AT89C52單片機的GPS定位儀基本滿足系統運行要求，其針對相應的GPS定位數據的有效顯示進行了充分的展示，在實際的調試過程中，該單片機的實際電路操作比較便捷。

三、結束語

由于計算機技術、網絡技術以及GPS定位技術等相關技術所具有的全天候、高精度及自動測量的特征，其已經作為先進的測量手段和新興生產力，成為人們日常生產生活中一個不可缺少的重要組成部分，同時它也是也是國防力量不斷增強和社會不斷發展的可靠保障。因此開展對GPS各領域的研究具有重要的意義。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機在電子行業中有著廣泛的應用。通過對AT89C52單片機液晶GPS定位儀的研究，有利于GPS電子系統不斷更新和趨向先進化，以滿足電子行業日益變化的需求，從而研發出更先進的電子產品。

[1]邢硯田.簡易GPS定位信息顯示系統的設計[J].科協論壇(下半月),2011(3):48.

[2]韓曉新,邢紹邦,沈琳.基于AT89C52單片機的液晶GPS定位儀設計[J].工礦自動化,2010(2):38-40.

[3]李舟明.GPS全球定位系統設計[J].裝備制造技術,2009(4):72-73.

[4]趙澤文,楊宏業,孫作雷.GPS車載終端通信的軟件設計方案及其實現[J].福建電腦,2006(8):6.

[5]彭礴,李科舉,趙月明,等.基于AT89C52懸掛運動控制系統的設計[J].電子測量技術,2010(9):85-87.

[6]凌璟.基于AT89C52單片機的溫度監測控制系統研究[J].黑龍江科技信息,2011(29):60.

[7]夏發欽.基于單片機的精密溫度控制系統的設計與實現[J].信息技術,2011(10):133-135.

[8]李建昌,盧紅星,宮興,等.一種基于AT89C52單片機的智能報警逃生門鎖系統[J].消防科學與技術,2011,30(1):59-61.