基于51单片机的GPS定位系统的设计.doc

基于51单片机的GPS定位系统的设计.doc

《基于51单片机的GPS定位系统的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机的GPS定位系统的设计.doc（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第一章51单片机概述 -1-

1.1单片机概述 -1-

1.251单片机系统的结构组成及性能 -1-

1.2.1结构组成 -1-

1.2.280C51单片机引脚介绍 -2-

1.2.3单片机主要部件功能 -3-

1.38255芯片介绍 -4-

1.3.1工作原理 -5-

1.3.2工作方式 -5-

1.48250芯片介绍 -6-

1.5LCD液晶显示器介绍 -6-

第二章GPS定位系统简介 -7-

2.1GPS定位系统的发展 -7-

2.2GPS定位系统的基本原理 -7-

2.3GPS模块的主要技术参数 -8-

2.4GPS定位系统的组成部分 -8-

2.5GPS定位的流程 -9-

2.6GPS定位系统的特点 -9-

第三章硬件连接电路 -11-

3.1电路设计要求与目的 -11-

3.2电路设计原理 -11-

3.3GPS与单片机、LCD的电路连接 -12-

第四章软件设计 -13-

4.1系统工作流程 -13-

4.2软件的设计 -13-

4.2.1程序框图 -13-

4.2.2实验连线 -15-

4.2.3运行实验程序GPS.ASM -15-

4.3数据显示与分析 -17-

-20-

4.3.1数据显示 -17-

4.3.2数据监测分析 -17-

第五章实验总结 -19-

参考文献 -20-

第一章51单片机概述

1.1单片机概述

单片机（Singlechipmicrocomputer）微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机。

单片机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。

其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。

基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。

单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。

概括的讲：

一块芯片就成了一台计算机。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

它最早是被用在工业控制领域。

1.251单片机系统的结构组成及性能

AT89S51单片机与Intel公司的MCS-51单片机系列的80C51型号单片机在芯片结构与功能上基本相同，外部引脚完全相同。

主要不同点是89系列产品中程序存储器全部采用快擦写存储器，简称闪存。

AT89S51单片机与AT89C51单片机主要不同点是增加了ISP串行接口（可实现串行下载功能）和看门狗定时器。

1.2.1结构组成

单片机集成了一台微型计算机的各个主要部分，其中主要由运算器、控制器、存储器、输入输出设备等构成，各部分通过内部总线相连。

其主要功能部件如下：

l8位中央处理单元（CPU）

l128B/256B的数据存储器RAM

l4KB/8KB的片内ROM/EPROM

l4个8位并行I/O口P0-P3

l2个定时器/计数器

l5个中断源

l1个全双工的UART（通用异步接收、发送器）

l片内振荡与时钟产生电路

组成框图如下图所示：

图中的P0、P1、P2、P3为4个可编程I/O口，TED、RXD为串行口的输入、输出端，以上各部分通过总线相连。

AT89C51/AT89C51与AT89S51/AT89S51在结构上的主要不同点是没有看门狗、双DPTR和ISP端口。

在AT89S51单片机内部除了有CPU、RAM、ROM和定时器、串行口等主要功能部件外，还有驱动器、指令寄存器、锁存器、地址寄存器等辅助电路部分。

1.2.280C51单片机引脚介绍

单片机的40个引脚大致可分为4类：

电源、时钟、控制和I/O引脚。

⒈电源:

⑴VCC-芯片电源，接+5V；

⑵VSS-接地端；

⒉时钟:

XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。

⒊控制线:

控制线共有4根：

⑴ALE/PROG:

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

①ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

⑵PSEN:

外ROM读选通信号。

⑶RST/VPD:

复位/备用电源。

①RST（Reset）功能：

复位信号输入端。

②VPD功能：

在Vcc掉电情况下，接备用电源。

⑷EA/Vpp:

内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

①EA功能：

内外ROM选择端。

②Vpp功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

⒋I/O线

80C51共有4个8位并行I/O端口：

P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。

P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

1.2.3单片机主要部件功能

1.中央处理器（CPU）

中央处理器是单片机最核心的部分，主要完成运算和控制功能，这一点与通用的微处理器基本相同，只是它的控制功能更强。

80C51系列的CPU是一个字长为8位的中央处理单元，它对数据的处理是按字节为单位进行的。

在执行程序中起关键作用的是。

CPU的主要由运算器与控制器这两大部分组成。

⑴.控制器

控制器是用来统一指挥和控制计算机工作的部件，它的功能是接收来自存储器中的逐条指令，进行指令译码，并通过定时和控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部控制信息及CPU外部所需控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的各种操作。

它由指令部件、时序部件、操作控制部件等三部分组成。

指令部件由16位程序计数器PC、8位指令寄存器、8位指令译码器等组成。

⑵.运算器

运算器是用于对数据进行算术运算和逻辑操作的执行部件，包括算术/逻辑部件ALU、累加器ACC、暂存寄存器、程序状态字PSW、通用寄存器、BCD码运算调整电路等。

2.数据存储器（内部RAM）

数据存储器用于存放变化的数据。

在80C51单片机中通常把控制与管理寄存器（简称专用寄存器）在逻辑上划分在内部RAM中，因为其地址与RAM是连续的。

AT89S51单片机中数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面的128个，后128个被专用寄存器占用。

3.程序存储器（内部ROM）

程序存储器用于存放程序和固定的常数。

通常采用只读存储器，只读存储器有多种类型，89系列单片机中全部采用了闪存，51单片机内部配置了4KB闪存。

通过片外16位地址线可扩展到64KB，两者是统一编址

4.定时/计数器

定时/计数器用于实现定时和技术功能。

51单片机中有2个16位的定时/计数器。

并以其定时或计数结果对计算机进行控制。

定时时靠内部分频时钟频率计数实现，做计数器时，对P3.4（T0）或P3.5（T1）端口的低电平脉冲计数。

5.并行I/O口

并行I/O口主要用于实现与外部设备中数据的并行输入/输出，有些I/O口还具有其他多种功能。

51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）以实现数据的输入输出。

P0～P3是AT89S51单片机与外界联系的4个8位双向并行I/O端口。

6.串行口

AT89S51有一个UART全双工异步串行口，用以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。

该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为移位器使用。

RXD（P3.0）脚为接收端口，TXD（P3.1）脚为发送端口。

AT89S51还有一个ISP全双工同步串行口，用于实现串行在线下载程序。

7.时钟电路

时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。

AT89S51单片机CPU执行指令的一系列动作都是在统一的时钟脉冲控制下进行的。

为了便于CPU时序进行分析，人们按指令的执行过程规定了时钟周期、机器周期、指令周期。

⑴.振荡周期定义为时钟脉冲频率的倒数，又称为时钟周期。

⑵.机器周期是指完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。

80C51系列单片机的一个机器周期等于六个状态周期，即12个时钟周期。

⑶.指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。

8.中断系统

中断系统的主要作用是对外部或内部的中断请求进行管理和处理。

AT89S51的中断系统主要由几个与中断有关的特殊功能寄存器、中断允许、顺序查询逻辑电路等组成。

AT89S51单片机共有5个中断源，其中2个外部中断源和，3个内部中断源，即2个定时/计数中断和1个串行口中断。

1.38255芯片介绍

8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。

具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。

其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。

8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。

1.3.1工作原理

8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。

同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。

由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：

与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。

1）与CPU连接部分

根据定义，8255能并行传送8位数据，所以其数据线为8根D0～D7。

由于8255具有3个通道A、B、C，所以只要两根地址线就能寻址A、B、C口及控制寄存器，故地址线为两根A0～A1。

此外CPU要对8255进行读、写与片选操作，所以控制线为片选、复位、读、写信号。

各信号的引脚编号如下：

（1）数据总线DB：

编号为D0～D7，用于8255与CPU传送8位数据。

（2）地址总线AB：

编号为A0～A1，用于选择A、B、C口与控制寄存器。

（3）控制总线CB：

片选信号、复位信号RST、写信号、读信号。

当CPU要对8255进行读、写操作时，必须先向8255发片选信号选中8255芯片，然后发读信号或写信号对8255进行读或写数据的操作。

2）与外设接口部分

根据定义，8255有3个通道A、B、C与外设连接，每个通道又有8根线与外设连接，所以8255可以用24根线与外设连接，若进行开关量控制，则8255可同时控制24路开关。

各通道的引脚编号如下：

（1）A口：

编号为PA0～PA7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。

（2）B口：

编号为PB0～PB7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。

（3）C口：

编号为PC0～PC7，用于8255向外设输入输出8位并行数据，当8255工作于应答I/O方式时，C口用于应答信号的通信。

3）控制器

8255将3个通道分为两组，即PA0～PA7与PC4～PC7组成A组，PB0～PB7与PC0～PC3组成B组。

如图7.5所示，相应的控制器也分为A组控制器与B组控制器，各组控制器的作用如下：

（1）A组控制器：

控制A口与上C口的输入与输出。

（2）B组控制器：

控制B口与下C口的输入与输出。

1.3.2工作方式

8255芯片有三种工作方式，即：

方式0（基本输入输出方式）：

这种工作方式不需要任何选通信号。

A口、B口以及C口的高4位和低4位都可以被设定为输入或输出。

方式1（选通输入/出方式）：

在这种工作方式子下，A、B