基于單片機的GPS導航裝置分析

譚昕

【摘要】 全球定位系統GPS作為新一代衛星導航與定位系統，如今已成為實用性極強、定位極精密的集導航、指揮和調度功能于一體的系統工程，被廣泛應用在軍民兩用導航系統中。在此背景下，下面本文將具體來分析基于單片機的GPS導航裝置，主要從GPS導航裝置總體設計分析、GPS導航裝置中單片機控制模塊設計兩部分來展開介紹，以期能夠促進GPS導航系統開發的進一步成熟與完善。

【關鍵詞】 單片機 GPS導航裝置 分析

GPS衛星導航與定位系統由美國國防部從上世紀70年代開始研制，經過40多年的發展與完善，如今已經發展成為一項偉大的跨世紀工程，它可以有效實現精密定位、實時導航與智能調度。本文主要從GPS導航裝置總體設計分析、GPS導航裝置中單片機控制模塊設計兩部分來展開介紹，以期進一步促進單片機技術在GPS系統當中的科學運用，促進基于單片機的GPS導航裝置的進一步成熟與完善。

一、GPS導航裝置總體設計分析

由上圖可以看出，GPS導航定位系統是由多種技術相融合的技術系統，該系統總共包括六部分：GPS接收天線、GPS-OEM接收模塊、中央處理單元模塊、LCD顯示模塊、電源模塊與鍵盤接口。其中，最核心的是GPS接收模塊與中央處理單元模塊，這兩部分的主要功能是負責GPS信號接收、信息解調及信號處理、控制工作進程等等；LCD顯示模塊主要負責顯示導航信息及定位狀態，電源模塊負責整個導航系統的電力供應需求，同時還擔負著過載保護工作；鍵盤接口用來完成本系統各種操作命令的輸入功能。這六部分綜合起來可以分為三大功能模塊：GPS接收模塊、信息處理模塊、顯示模塊。總體來說，GPS全球定位系統綜合運用信息處理技術、GPS定位技術、通信技術，將GPS定位技術信息處理與自制簡易電子地圖相結合實現對追蹤目標的實時監測與追蹤，并在顯示屏上及時顯示動態跟蹤信息。目前常見的導航定位系統主要包括三大類：基于嵌入式的實現方案、基于單板機的實現方案、基于單片機的實現方案。第一種方案將處理器、存儲器、外設器、沁端口、圖形處理器等諸多硬件與各類系統軟件和應用程序緊密結合，共同完成定位與導航，

開發難度較大，投入的人力、物力、財力大、開發周期過長、不適于大規模開發；基于單板機的實現方案是對嵌入式實現方案在性能與外觀上的進一步優化、縮小化，各類必要的硬件資源處理器被集成到一個體積很小的單板計算機上，開發時不需單獨進行外圍電路設計，凡是在通用PC上的應用軟件可以直接進行移植，開發難度較小；基于單片機的實現方案是本文重點探討的一個問題，將具體在第二框中展開論述。

二、GPS導航裝置中單片機控制模塊設計

基于單片機的GPS導航裝置的設計初衷是為了充分發揮單片機成本低、控制系統組成靈活方便、調試方便與維護簡單等優點，這是目前多數定位導航均采用的實現方案。單片機又稱為嵌入式微控制器，它將CPU、RAM、ROM、時鐘、定時/計數器、多功能的串行與并行U/O口等濃縮集中于這塊微型芯片上，應用起來極為便捷。由于需要存儲大量的歷史定位數據來實現精密、實時定位，所以通常選用的單片機是功能強大的C8051F系列的單片機。單片機在整個定位導航系統中扮演著極其重要的角色，一方面要與GPS接收機通信以取得定位的地理位置信息，另一方面又要保留與PC機通信的接口，所以，這就要求單片機必須選擇有兩個硬件串口的單片機；單片機作為數據終端的主控芯片，通常會選用C8051F020系列的單片機，因為這類單片機功能強大、幾乎囊括單片機的所有常用功能，且支持C語言源程序的調試，單片機控制模塊的設計主要集中在對單片機功能部件的設計上，一是實現兩個硬件串口，設計時要注意，這兩個串口的波特率產生是相互獨立的，使用起來非常靈活，串口1需要經過電平轉換芯片與PC機相連接進行通信，串口0與GPS模塊連接，實現與接收機的通信；二，無需直接的仿真工具可直接通過JTAG接口與用戶系統相連；三，為了滿足大規模的存儲需求，建議使用64K字節大容量閃存器與4352字節內部數據RAM存儲設備，不需要再擴展程序存儲器。

結束語：GPS導航系統的研究與開發必定是一個綜合性、大范圍、多學科的偉大工程，它的研究進展直接關系到國民經濟的穩定健康發展，對于鞏固我國的國際地位也具有非常深遠的影響。通過上述本文的分析，我們著重分析了上述兩個方面的內容，通過分析單片機在GPS定位導航系統中的應用，可以促進GPS定位導航系統的進一步開發與成熟，促進我國智能定位導航系統的成熟。

參 考 文 獻

[1]王惠南.GPS導航原理與應用.北京：北京出版社，2003.

[2]黃凌.基于單片機的GPS信息處理系統[J].現代電子技術， 2007，（21）： 60-61.

[3]求是科技.單片機典型模塊設計實例導航[M ].北京：人民郵電出版社， 2005.