基于单片机的定位系统的设计.doc
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1、第一章 51单片机概述- 1 -1.1 单片机概述- 1 -1.2 51单片机系统构造构成及性能- 1 -1.2.1 构造构成- 1 -1.2.2 80C51单片机引脚简介- 2 -1.2.3 单片机重要部件功能- 3 -1.3 8255芯片简介- 4 -1.3.1 工作原理- 5 -1.3.2 工作方式- 5 -1.4 8250芯片简介- 6 -1.5 LCD液晶显示屏简介- 6 -第二章 GPS定位系统简介- 7 -2.1 GPS定位系统发展- 7 -2.2 GPS定位系统基本原理- 7 -2.3 GPS模块重要技术参数- 8 -2.4 GPS定位系统构成某些- 8 -2.5 GPS定位流
2、程- 9 -2.6 GPS定位系统特点- 9 -第三章 硬件连接电路- 11 -3.1 电路设计规定与目- 11 -3.2 电路设计原理- 11 -3.3 GPS与单片机、LCD电路连接- 12 -第四章 软件设计- 13 -4.1 系统工作流程- 13 -4.2 软件设计- 13 -4.2.1 程序框图- 13 -4.2.2 实验连线- 15 -4.2.3 运营实验程序GPS.ASM- 15 -4.3 数据显示与分析- 17 -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 -参照文献- 20 -第一章 51单片机概述1.1 单片机概述单片机(S
3、ingle chip microcomputer)微型计算机简称单片机,是典型嵌入式微控制器(Microcontroller Unit),惯用英文字母缩写MCU表达单片机。单片机诞生于1971年,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段,初期SCM单片机都是8位或4位。其中最成功是INTEL8051,此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统单片机系统直到当前还在广泛使用。单片机又称单片微控制器,它不是完毕某一种逻辑功能芯片,而是把一种计算机系统集成到一种芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成,相称于一种微型计算机(最小系统),和计算机相比,单片机缺少了外围设
4、备等。概括讲:一块芯片就成了一台计算机。它体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同步,学习使用单片机是理解计算机原理与构造最佳选取。它最早是被用在工业控制领域。1.2 51单片机系统构造构成及性能AT89S51单片机与Intel公司MCS-51单片机系列80C51型号单片机在芯片构造与功能上基本相似,外部引脚完全相似。重要不同点是89系列产品中程序存储器所有采用快擦写存储器,简称闪存。AT89S51单片机与AT89C51单片机重要不同点是增长了ISP串行接口(可实现串行下载功能)和看门狗定期器。1.2.1 构造构成单片机集成了一台微型计算机各个重要某些,其中重要由运算器、
5、控制器、存储器、输入输出设备等构成,各某些通过内部总线相连。其重要功能部件如下:l 8位中央解决单元(CPU)l 128B/256B数据存储器RAMl 4KB/8KB片内ROM/EPROMl 4个8位并行I/O口P0-P3l 2个定期器/计数器l 5个中断源l 1个全双工UART(通用异步接受、发送器)l 片内振荡与时钟产生电路构成框图如下图所示:图中P0、P1、P2、P3为4个可编程I/O口,TED、RXD为串行口输入、输出端,以上各某些通过总线相连。AT89C51/AT89C51与AT89S51/AT89S51在构造上重要不同点是没有看门狗、双DPTR和ISP端口。在AT89S51单片机内
6、部除了有CPU、RAM、ROM和定期器、串行口等重要功能部件外,尚有驱动器、指令寄存器、锁存器、地址寄存器等辅助电路某些。1.2.2 80C51单片机引脚简介单片机40个引脚大体可分为4类:电源、时钟、控制和I/O引脚。 电源: VCC - 芯片电源,接+5V; VSS - 接地端; 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根: ALE/PROG:地址锁存容许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能:用来锁存P0口送出低8位地址 PROG功能:片内有EPROM芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/V
7、PD:复位/备用电源。 RST(Reset)功能:复位信号输入端。 VPD功能:在Vcc掉电状况下,接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选取/片内EPROM编程电源。 EA功能:内外ROM选取端。 Vpp功能:片内有EPROM芯片,在EPROM编程期间,施加编程电源Vpp。 I/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口还具备第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。1.2.3 单片机重要部件功能1. 中央解决器(CPU)中央解决器是单片机最核心某些,重要完毕运算和控制功能,这一点与通用微解决器基本相似,只是它控制功能更强。80C5
8、1系列CPU是一种字长为8位中央解决单元,它对数据解决是按字节为单位进行。在执行程序中起核心作用是。CPU重要由运算器与控制器这两大某些构成。.控制器控制器是用来统一指挥和控制计算机工作部件,它功能是接受来自存储器中逐条指令,进行指令译码,并通过定期和控制电路,在规定期刻发出各种操作所需所有内部控制信息及CPU外部所需控制信号,使各某些协调工作,完毕指令所规定各种操作。它由指令部件、时序部件、操作控制部件等三某些构成。指令部件由16位程序计数器PC、8位指令寄存器、8位指令译码器等构成。.运算器运算器是用于对数据进行算术运算和逻辑操作执行部件,涉及算术/逻辑部件ALU、累加器ACC、暂存寄存器
9、、程序状态字PSW、通用寄存器、BCD码运算调节电路等。2. 数据存储器(内部RAM)数据存储器用于存储变化数据。在80C51单片机中普通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,由于其地址与RAM是持续。AT89S51单片机中数据存储器地址空间为256个RAM单元,但其中能作为数据存储器供顾客使用仅有前面128个,后128个被专用寄存器占用。3. 程序存储器(内部ROM)程序存储器用于存储程序和固定常数。普通采用只读存储器,只读存储器有各种类型,89系列单片机中所有采用了闪存,51单片机内部配备了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
10、期/计数器定期/计数器用于实现定期和技术功能。51单片机中有2个16位定期/计数器。并以其定期或计数成果对计算机进行控制。定期时靠内某些频时钟频率计数实现,做计数器时,对P3.4(T0)或P3.5(T1)端口低电平脉冲计数。5. 并行I/O口并行I/O口重要用于实现与外部设备中数据并行输入/输出,有些I/O口还具备其她各种功能。51单片机共有4个8位I/O口(P0、P1、P2、P3)以实现数据输入输出。P0P3是AT89S51单片机与外界联系4个8位双向并行I/O端口。6. 串行口AT89S51有一种UART全双工异步串行口,用以实现单片机和其他设备之间串行数据传送。该串行口功能较强,既可作为
11、全双工异步通信收发器使用,也可作为移位器使用。RXD( P3.0)脚为接受端口,TXD(P3.1)脚为发送端口。AT89S51尚有一种ISP全双工同步串行口,用于实现串行在线下载程序。7. 时钟电路时钟电路作用是产生单片机工作所需要时钟脉冲序列。AT89S51单片机CPU执行指令一系列动作都是在统一时钟脉冲控制下进行。为了便于CPU时序进行分析,人们按指令执行过程规定了时钟周期、机器周期、指令周期。.振荡周期定义为时钟脉冲频率倒数,又称为时钟周期。.机器周期是指完毕一种基本操作所需要时间称为机器周期。80C51系列单片机一种机器周期等于六个状态周期,即12个时钟周期。.指令周期是执行一条指令所
12、需要时间,普通由若干个机器周期构成。8. 中断系统中断系统重要作用是对外部或内部中断祈求进行管理和解决。AT89S51中断系统重要由几种与中断关于特殊功能寄存器、中断容许、顺序查询逻辑电路等构成。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个定期/计数中断和1个串行口中断。1.3 8255芯片简介8255是Intel公司生产可编程并行I/O接口芯片,有3个8位并行I/O口。具备3个通道3种工作方式可编程并行接口芯片(40引脚)。 其各口功能可由软件选取,使用灵活,通用性强。8255可作为单片机与各种外设连接时中间接口电路。1.3.1 工作原理8255作为主机与
13、外设连接芯片,必要提供与主机相连3个总线接口,即数据线、地址线、控制线接口。同步必要具备与外设连接接口A、B、C口。由于8255可编程,因此必要具备逻辑控制某些,因而8255内部构造分为3个某些:与CPU连接某些、与外设连接某些、控制某些。1)与CPU连接某些依照定义,8255能并行传送8位数据,因此其数据线为8根D0D7。由于8255具备3个通道A、B、C,因此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A0A1。此外CPU要对8255进行读、写与片选操作,因此控制线为片选、复位、读、写信号。各信号引脚编号如下:(1)数据总线DB:编号为D0D7,用于8255与CPU传送8
14、位数据。(2)地址总线AB:编号为A0A1,用于选取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,必要先向8255发片选信号选中8255芯片,然后发读信号或写信号对8255进行读或写数据操作。2)与外设接口某些依照定义,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,因此8255可以用24根线与外设连接,若进行开关量控制,则8255可同步控制24路开关。各通道引脚编号如下:(1)A口:编号为PA0PA7,用于8255向外设输入输出8位并行数据。(2)B口:编号为PB0PB7,用于8255向外设
15、输入输出8位并行数据。(3)C口:编号为PC0PC7,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口用于应答信号通信。3)控制器8255将3个通道分为两组,即PA0PA7与PC4PC7构成A组,PB0PB7与PC0PC3构成B组。如图7.5所示,相应控制器也分为A组控制器与B组控制器,各组控制器作用如下:(1)A组控制器:控制A口与上C口输入与输出。(2)B组控制器:控制B口与下C口输入与输出。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口高4位和低4位都可以被设定为输入或输出。
16、方式1(选通输入/出方式):在这种工作方式子下,A、B、C三个口被分为两组。A组涉及A口和C口高4位,A组涉及B口和C口低4位。方式2(双向选通输入/输出方式):在这种工作方式子下,A口为8位双向数据口,C口PC3PC7用来作为输入或输出控制同步信号。1.4 8250芯片简介8250是一种可编程序异步通讯单元芯片,在微机系统中起串行数据输入输出接口作用。此外,它还包具有可编程序波特率发生器,它可用165535因子对输入时钟进行分频,以产生波特率十六倍输入输出时钟。1.5 LCD液晶显示屏简介液晶显示模块是一种将液晶显示屏件、连接件、集成电路、PC线路板、背光源、构造件装配在一起组件英文名称叫“
17、LCD Module”,简称“LCM”,中文普通称为“液晶显示模块”。事实上它是一种商品化部件依照国内关于国标规定:只有不可拆分一体化部件才称为“模块”,可拆分叫作“组件”。因此规范叫法应称为“液晶显示组件”。但是由于长期以来人们都已习惯称其为“模块”。 液晶显示屏件是一种高新技术基本元器件,虽然其应用巳很广泛,但对诸多人来说,使用、装配时仍感到困难。特别是点阵型液晶显示屏件,使用者更是会感到无从下手特殊连接方式和所需专用设备也非人人理解和具备,故此液晶显示屏件顾客但愿有人代劳,将液晶显示屏件与控制、驱动集成电路装在一起,形成一种功能部件,顾客只需用老式工艺即可将其装配成一种整机系统。从广义上
18、说,凡是由液晶显示屏件和集成电路装配在一起部件都属于“模块”,但事实上咱们普通所说“模块”重要是指点阵液晶显示屏件装配点阵液晶显示模块,特别由于是点阵液晶显示屏件产品除某些专用大批量某些品种(如翻译机、通讯用),生产厂家是直接向顾客供应液晶显示屏件外,几乎所有通用型点阵液晶显示屏件都是加工成模块后才供应顾客,因此很容易形成“液晶模块”就是“点阵液晶模块”误解。第二章 GPS定位系统简介2.1 GPS定位系统发展GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)简称。GPS起始于1958年美国军方一种项目,1964年投入使用。20世纪70年代,美国陆海空三军联合研制了
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