基于ATMEGA8单片机的GPS定位系统设计
基于单片机的GPS定位系统设计
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 System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 CHIPCOMPUTERABSTRACTGPS is the abbreviation of the English term Global Positioning System global positioning system. The system is the United States laid the second generation 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。
课程设计：基于单片机的GPS全球卫星定位系统设计说明书
目录第一章GPS简介及基本理论 (2)1.1 GPS的概述 (2)1.2 GPS的组成 (3)1.3 GPS的发展趋势 (3)1.4 Globalsat和HOLUX的EB-3531 (4)1.5 EB-3531的特点 (5)第二章硬件电路设计 (7)2.1 电源转换电路设计 (7)2.2 GPS接收模块与单片机接口电路设计 (9)2.3 单片机控制系统的硬件电路 (9)第三章软件部分设计 (11)3.1 串口通行模块 (11)3.2主程序设计 (13)第四章调试 (15)4.1 硬件调试 (15)4.2 软件调试 (15)第五章总结 (17)致谢 (18)参考文献 (19)第一章 GPS简介及基本理论1.1 GPS的概述GPS是英文Navigation Satellitte Timing and Ranging/Global Positioning System的字头缩写词（NAVSTAR/GPS）的简称。
它的含义是，利用卫星的测时和测距进行导航，以构成全球卫星定位系统。
现在国际上已经公认：将这一全球定位系统简称：GPS。
GPS系统的前身为美军研制的一种“子午仪”导航卫星系统(Transit），1958年研制，64年正式投入使用。
该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。
然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。
由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。
美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。
为此,美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。
基于单片机的GPS定位系统设计
基于单片机的GPS定位系统设计摘要：GPS全球定位系统在实际生活中被广泛应用，是当今信息数字化时代发展中的重要组成部分。
因其具有性能好、精度高、应用广的特点，使其成为迄今为止最好的定位导航系统。
本次设计以单片机为核心，通过GPS接收模块接收GPS卫星信号，然后将数据发送到单片机的串口。
单片机执行串口中断，提取所需要的数据并进行处理，最后将处理的数据通过液晶屏显示，成功实现定位。
本系统由52单片机、GPS模块M-87、12864液晶屏等硬件组成，应用C语言编程，完成了GPS信息的提取、处理和显示。
系统可以显示当地经度、纬度、时间、高度等信息，是一台体积小巧、携带方便、可以独立使用的全天候实时的定位导航设备。
关键词：单片机；GPS接收模块；12864液晶屏；串行通信总体方案的设计：本次设计以单片机（STC89C52）为核心，首选通过GPS（M-87）接收模块接收GPS卫星信号，然后将数据发送到单片机的串口，单片机执行串口中断，提取所需要的数据并处理，最后将处理后的数据通过液晶显示屏（LCD12864）显示。
该GPS定位系统硬件电路主要由以下几个部分组成：(1) 控制部分：以STC89C52单片机为核心的小型控制系统；（2）接收部分：以GPS（M-87）接收模块为核心的GPS接收机；（3）显示部分：由LCD12864构成的液晶显示电路；（4）电源部分: 由三节1.5V干电池串连而成的电源进行供电。
该GPS定位系统软件部分主要由以下几个部分组成：（1）串口初始化程序：对TMOD、TH1、TL1、REN、RI、TI等进行赋初值；（2）液晶初始化程序：令PSB=1使LCD为并口方式及LCD开、关标设定等；（3）数据接收与处理程序：编写数据提取与处理程序，实时接收与处理数据。
（4）延时程序：编写延时函数，延时函数可以控制液晶屏内容的显示时长；由此可知：GPS接收模块将接收到的GPS卫星导航电文调制解码，转换为标准格式后，通过串行口将数据送给单片机，当单片机执行串口中断收到GPS接收模块发来的数据，经过片内程序的识别筛选，将筛选出来的数据进行处理后送到显示模块，最后通过液晶显示屏按照要求显示。
基于单片机的GPS定位信息显示系统设计
由三大部分构成的GPS卫星全球定位系统
GPS信号接收方案选择
方案一：选择GPS接收芯片然后再根据芯片设计标准， 设计外围电路和安装天线等，选择这个方案的优点是可以 掌握到GPS接收部分的电路设计技术，但是这个方案实 现的难度较大，其次由于GPS接收芯片一般都是厂商直 接供货，单独采购价格会很高。
，采用40引脚双列直插封装方式。引脚图如下图 所示。
引脚说明： 主电源引脚（2根）： VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源； GND(Pin20)：接地线。 外接晶振引脚（2根）： XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端； XTAL2(Pin18)：片内振荡电路的输出端。 控制引脚（4根）： RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周
期的高电平将使单片机复位； ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号； PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号；
EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平
从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序 存储器读指令。
可编程输入/输出引脚（32根）： STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别为P0、 P1、P2、P3口，每个口有8根引脚，共32根。 P0口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0 ～P0.7； P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0 ～P1.7； P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为 P2.0～P2.7； P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为 P3.0～P3.7
基于单片机的GPS定位信 息显示系统设计
导师：王庆龙
班级：08级自动化（1）班 姓名：王致忠 学号：0805070058
基于单片机的GPS定位系统设计
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 System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 CHIPCOMPUTERABSTRACTGPS is the abbreviation of the English term Global Positioning System global positioning system. The system is the United States laid the second generation 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。
基于单片机的GPS定位系统设计【范本模板】
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 System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 CHIPCOMPUTERABSTRACTGPS is the abbreviation of the English term Global Positioning System global positioning system. The system is the United States laid the second generation 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。
基于单片机的GPS定位系统设计毕业论文
本科毕业设计（论文）题目基于单片机的GPS定位系统设计姓名专业学号指导教师信息工程学院二○一五年六月目录摘要 (I)Abstract (II)前言 (III)1 方案的选择与论证 (1)1.1 方案选择 (1)1.1.1 方案一 (1)1.1.2 方案二 (2)1.1.3 方案论证 (3)2系统软件仿真 (4)2.1 Proteus软件简介 (4)2.1.1 Proteus 的工作过程 (4)2.1.2 Proteus 调试手段 (4)2.2 系统的总体仿真 (5)2.2.1液晶显示模块 (6)2.2.2 GPS模块 (7)3 GPS定位系统硬件设计 (9)3.1 Keil软件介绍 (9)3.2 GPS定位系统硬件设计 (11)3.2.1 IAP15W4K58S4单片机 (11)3.2.2 按键模块设计 (11)3.2.3 按键液晶显示模块 (11)3.2.4 GPS模块 (12)3.2.5 SERF NEO-6 GPS信号接收模块 (13)3.2.6 稳压电路模块 (13)4 基于单片机的GPS定位系统的实现 (15)4.1 硬件部分的实现 (15)4.2 软件的烧录与调试 (16)4.3 最终实现的功能 (17)结论 (18)致谢 (19)参考文献 (20)附录一：总体电路原理图 (22)附录二：实物图 (23)附录三：源程序 (24)基于单片机的GPS定位系统设计摘要本设计是基于IAP15W4K58S4单片机来实现的简易全球定位系统。
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、全球定位系统模块和1602字符型LCD液晶显示屏等硬件, 并应用C 语言实现了全球定位系统信号的提取、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全球定位系统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。
基于单片机的GPS定位信息显示系统设计
器件选择
• 89C52：LED的控制器，控制字符的发送和点阵 显示的时序。 • LED：显示模块。在单片机的控制下，按照要 求的格式显示接收到的数据。 • 74LS00、74LS04：由于LED没有独立的片选信 号，所以使用单片机的读写信号进行选通，而 74LS00、74LS04则是转换读写信号的电平，同 时作为片选信号。 • GPS25-LVS：GPS模块的接口。 • MAX232：TTL电平和RS-232电平的转换芯片。
系统的电路原理图如图所示。系统采用12MHz 晶振，串口方式1接收GPS信息，P0口和P2口 用于七段共阳LED显示接口，可以轮流显示实 时时间、纬度、经度及其它GPS信息数据。
• 下图是单片机对GPS模块的串行数据接收、 整理和向RAM中写入数据的基本流程图：
下图为基于单片机的GPS硬件总体结 构框图：
P3.4 T0（计时器0外部输入） P3.5 T1（计时器1外部输入） ALE/PROG：当 访问外部存储器 时，地址锁存允 许的输出电平用 于锁存地址的地 位字节。
主要功能特性
• • • • • • • • • • 1、兼容MCS51指令系统 2、8k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM； 3、32个双向I/O口； 4、256x8bit内部RAM； 5、3个16位可编程定时/计数器中断； 6、时钟频率0-24MHz； 7、2个串行中断，可编程UART串行通道； 8、2个外部中断源，共8个中断源； 9、2个读写中断口线，3级加密位； 10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和 唤醒功能； • 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形 式，以适应不同产品的RS-232C技术标准 • 2、只需要单一 +5V电源供电 • 3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能 力，能够产生+10V和-10V电压V+、V• 4、功耗低，典型供电电流5mA • 5、内部集成2个RS-232C驱动器 • 6、高集成度，片外最低只需4个电容即可 工作。
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基于ATMEGA8单片机的GPS定位系统设计摘要本文主要是研究利用ATMEGA8单片机提取GPS卫星接收芯片（SDC Inc）接收到的数据，然后再把数据用软件滤波，并在LCD上显示经纬度等信息，以实现系统的功能。
由于GPS定位数据中存在着影响定位精度的随机误差，文中对接收机的位置误差建立了线性卡尔曼滤波模型，并利用观测数据对GPS定位数据的自适应卡尔曼滤波算法进行了仿真，结果表明滤波后定位精度得到了提高。
关键词: GPS， AVR单片机，卡尔曼滤波AbstractThis article is extracted using ATMEGA8 SCM GPS satellite receiver chip (SDC Inc) to receive the data, and then the data filtering software and LCD display latitude and longitude and other information in order to achieve the function of the system. As GPS positioning data in a positioning accuracy of the impact of random error, the text of the receiver's position error to establish a linear model Kalman filtering and use of data on the GPS positioning data adaptive Kalman filter the simulation results After that filter positioning accuracy has been enhanced.Key words:GPS, AVR microcontroller, Kalman filter目录1 绪论 (1)1.1课题的提出目的及意义 (1)1.2国内外研究与应用现状 (2)1.3论文构成及研究内容 (4)2 GPS工作原理及组成 (4)2.1GPS工作原理 (4)2.2GPS系统的组成 (7)2.3GPS接收机 (9)2.4GPS信号结构与数据采集 (9)3 硬件电路设计与实现 (12)3.1系统硬件框图 (12)3.2硬件电路的组成 (12)3.2.1 GPS接口电路 (12)3.2.2 复位电路设计 (13)3.2.3 串口电路 (14)3.2.4 LCD液晶显示电路 (15)4系统软件设计与实现 (18)4.1系统软件设计概述 (18)4.2GPS数据采集与处理的实现 (20)4.2.1GPS数据格式 (20)4.2.2系统串口设计 (20)4.3滤波算法的实现 (21)4.4LCD显示任务 (23)5系统实验测试及定位精度分析 (24)5.1实验方案 (24)5.2实验结果分析与讨论 (24)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (29)附录 (30)1 绪论1.1课题的提出目的及意义随着国民经济的迅猛发展及社会信息化的空前提高，因为GPS技术和全天候、高精度和自动测量功能先进的测量工具和新的生产力,已经集成到国家经济建设、国防建设和社会发展的各种应用程序。
GPS的主要用途有：1、地面上应用，包括导航、压力反应,观测的大气物理、地球物理勘探、市政规划和控制车辆；2、水上应用，包括了测定远洋外出船的最适宜的路线、实时的对外出船只进行调度与导航、此外还有海洋上的救援、水文环境地质的测量。
3、航空航天等方面的应用，其中包括对飞机进行导航、对低轨卫星进行定轨导航、导弹的制导、对航空发生突发情况的救援以及对载人航天器进行防护探测等。
三维导航在 GPS的各种功能中占据首位。
GPS系统在汽车导航以及交通管理中的应用如下：（1）可以对特定车辆进行跟踪,运用的原理就是通过电子地图和卫星导航功能来实现的，实时显示具体车辆的实际位置,任意减少时,放大,改变地图,恢复,可以遵循移动目标,目标是在屏幕上,也多窗口、多车,多屏幕在同一轨道上显示。
（2）根据人们的需要，自动线路规划和人工线路设计。
（3）可以查询信息。
（4）可以进行话务的指挥。
（5）可以对突发事件进行紧急援助。
除了GPS导航应用,基于位置的应用程序中,测量应用程序,在天基卫星精确时钟应用程序在地面站的实时监控,传输精确的全球定位系统(GPS)的时间和频率是另一个非常重要的应用这是基于GPS空间卫星上载有的精确时钟可以发布准确的时间和频率信息。
应用该功能可以服务于各种各样的实验。
除了上述的那些功能，我们还可利用GPS全球定位系统来测出我们所期待的想要的气象数据，让这些数据为我们所应用。
本文的研究是现代技术的应用GPS技术,促进应用程序提交的背景下。
面对全球定位系统的高昂的价格，并且自主开发的难度大的种种困难，GPS信号源就可以选用ARMIN 公司的GARMIN，15L模块传感器，然后运用自己的原理硬件等条件来开发小型的简易的全球定位数据采集系统。
依照当前的世界上的统一标准，可以通过运用相关的理论将GPS的理论同电子计算机以及通讯技术相结合，从而创立新的环境系统，进而利用相关版块定位数据信息的输出，对这样的结果进行适当的处理，在满足要求的定位精度下来实现近乎精确的导航定位的效果。
这样的系统环境简洁易操作。
[1][2]。
1.2国内外研究与应用现状我国是20世纪80年代末引进的GPS接收机技术。
自引进该技术以来，在理论研究和应用技术开发以及接收机制造等各个方面不断取得突破性的进展。
1958年全球定位系统开始进入施工设计阶段，自这一阶段起，起到重要作用的宇宙卫星也发生着很大的改变，尽管全世界一直都在进步，但美国一直处于领先地位。
为了尽快摆脱对美国垄断GPS卫星的依赖，世界各国也在全力以赴地建立属于自己的全球定位系统。
最初开发的系统在苏联，解体后俄罗斯后继续该项目。
俄罗斯在1993年开始建立自己的全球卫星导航系统。
系统于2007年开始运营,但是只有在俄罗斯内进行卫星定位和导航服务。
到2009年,扩大服务范围到了全世界的范围。
能够识别的系统服务,包括陆地、海洋和空中目标坐标和速度信息。
（1）系统在开发过程中,军事的代表并没有直接参与。
民用卫星导航和定位系统是一个具有商业性质的一热导航定位系统,政治因素的非军事用户使用系统的更少（2）传统的GPS全球定位系统存在着一定的缺陷，就是在没有预兆的情况下，很可能突然地不工作，失效，出现一系列的错误。
伽利略系统改造了系统的结构，保障了系统的稳定性，持续性，可靠准确地向用户提供所需求的信息。
（3）为了可以进一步的提高系统的精确度，采取了一定的措施，将性能更好的原子钟安置在特定的卫星上，将地面监测站更多、分布更广的安放在适当位置等一系列的措施。
从而给用户提供了更准确的信息，也将服务领域向更广的地方延伸。
（4）伽利略系统与GPS系统的关系非常微妙，既相互独立，也互相兼容，很好的解决了非常多的棘手问题。
我国的北斗卫星导航系统也具有较高的地位。
5颗静止的轨道卫星和30颗非静止轨道卫星构成了我国的自主研发的北斗卫星，在我们的计划中，将在2012年北斗系统覆盖亚太地区，覆盖全球这一战略目标将在2020年左右实现。
本文所研究的课题中，所用的导航定位系统仍然是美国建立的GPS定位系统[3]。
1.3论文构成及研究内容本篇论文一共分五章，第一章为绪论，主要阐述了本文课题提出的出发点并且同时分析了一下当前全球定位系统的国内外形势；第二章介绍GPS工作原理及组成；第三章介绍基于AVR单片机的GPS定位系统的硬件设计；第四章介绍GPS软件设计与实现；第五章介绍GPS 定位系统实验测试及定位精度分析。
本文所设计的系统是利用ATMEGA8单片机提取GPS卫星接收芯片（SDC Inc）接收到的数据，然后再对数据进行软件滤波，并在LCD上显示经纬度等信息。
1.4本章小结本章主要是介绍了此次论文的提出动机以及现在这项技术的主要意义，分析了国内外的GPS的发展现状，并且展望了一下在新的时代背景下所展示出来的战略地位，现在国际上主要是美国，俄罗斯，欧盟以及中国有比较先进的全球定位技术，并且都是具有关键的作用。
我国自主研制的北斗卫星技术已经愈趋成熟，可以广泛地应用于我国各项科技方面。
本篇论文主要由5个章节构成，分别从系统理论原理到外在结构分析研究了这个设计，另外还有分组对比实验来验证设计的严谨性。
2 GPS 工作原理及组成2.1 GPS 工作原理GPS 的英文全称是NGlobal Positioning System 。
它主要的意义在于，使用卫星导航和测距测试构成全球卫星定位系统。
在现在的情况下，21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成了目前的全球定位系统。
这样的设计可以让人们随时随地任何时间都可以观测出所需要的定位导航，方便于人们更好的生活。
全球定位系统是到目前为止口碑最好，精度较高，应用广泛的系统。
GPS 单点定位基本原理是利用测距交会确定点的位置，同样的，应用相同原理的还有无线电导航定位系统、卫星激光测距定位系统，其原理是在地面上固定一个位置，在某一时刻测出三个发射台距离这个位置的三个距离1p ,2p ,3p 。
然后将三个发射台所在的位置作为每一个球的球心，以1p ,2p ,3p 半径能够做出三个平面圆，接这样的情况下，所出现的相交区间就是接收机所在的位置。
以上便是GPS 卫星定位的基本原理[4]。
定位原理图见图2-1所示。
图2-1测距交会定位原理可以根据上述原理，算出测站P 的位置。
设某一个特定的时刻T 某个特定的位置P利用GPS 系统同时测得该点距离这三个卫星1S ，1S ，1S 的距离1p ,2p ,3p ，然后通过相关译文辅助材料可以得到相应坐标()3,2,1,,=i i i i Z Y X 。
进而得到下列方程()()()21212121Z Z Y Y X X p -+-+-= (2-1)()()()22222222Z Z Y Y X X p -+-+-= (2-2)()()()23232323Z Z Y Y X X p -+-+-=(2-3) 通过以上的方程可以很清晰的看出来，只要是确定了这三个观测点到测站的距离，就可以确定了这个位置。
对于待定点来讲，根据待定点运动状态可以将其分为静态定位和动态定位。
静态定位是指对于固定的待定点，将GPS 接收机固定其上，观测恰当的时间，来确定点的坐标叫绝对定位。
而动态定位则至少一台接收机处于运动状态[5]。
2.2 GPS 系统的组成系统主要由三大组成部分：即空间星座部分；地面监控部分；用户接收设备。