基于51单片机的GPS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单片机系统结构组成及性能- 1 -1.2.1 结构组成- 1 -1.2.2 80C51单片机引脚介绍- 2 -1.2.3 单片机关键部件功效- 3 -1.3 8255芯片介绍- 4 -1.3.1 工作原理- 5 -1.3.2 工作方法- 5 -1.4 8250芯片介绍- 6 -1.5 LCD液晶显示器介绍- 6 -第二章 GPS定位系统介绍- 7 -2.1 GPS定位系统发展- 7 -2.2 GPS定位系统基础原理- 7 -2.3 GPS模块关键技术参数- 8 -2.4 GPS定位系统组成部分- 8 -2.5 GPS定位步
2、骤- 9 -2.6 GPS定位系统特点- 9 -第三章 硬件连接电路- 11 -3.1 电路设计要求和目标- 11 -3.2 电路设计原理- 11 -3.3 GPS和单片机、LCD电路连接- 12 -第四章 软件设计- 13 -4.1 系统工作步骤- 13 -4.2 软件设计- 13 -4.2.1 程序框图- 13 -4.2.2 试验连线- 15 -4.2.3 运行试验程序GPS.ASM- 15 -4.3 数据显示和分析- 17 -4.3.1 数据显示- 17 -4.3.2 数据监测分析- 17 -第五章 试验总结- 19 -参考文件- 20 -第一章 51单片机概述1.1 单片机概述单片机(
3、Single chip microcomputer)微型计算机简称单片机,是经典嵌入式微控制器(Microcontroller Unit),常见英文字母缩写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SCM单片机全部是8位或4位。其中最成功是INTEL8051,以后在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效芯片,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、存放器、输入输出设备组成,相当于一个微型计算机(最小系统),和计算机相比,单片机缺乏了外
4、围设备等。概括讲:一块芯片就成了一台计算机。它体积小、质量轻、价格廉价、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和结构最好选择。它最早是被用在工业控制领域。1.2 51单片机系统结构组成及性能AT89S51单片机和Intel企业MCS-51单片机系列80C51型号单片机在芯片结构和功效上基础相同,外部引脚完全相同。关键不一样点是89系列产品中程序存放器全部采取快擦写存放器,简称闪存。AT89S51单片机和AT89C51单片机关键不一样点是增加了ISP串行接口(可实现串行下载功效)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各个关键部分,其中关键由
5、运算器、控制器、存放器、输入输出设备等组成,各部分经过内部总线相连。其关键功效部件以下:l 8位中央处理单元(CPU)l 128B/256B数据存放器RAMl 4KB/8KB片内ROM/EPROMl 4个8位并行I/O口P0-P3l 2个定时器/计数器l 5个中止源l 1个全双工UART(通用异步接收、发送器)l 片内振荡和时钟产生电路组成框图以下图所表示: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,以上各部分经过总线相连。AT89C51/AT89C51和AT89S51/AT89S51在结构上关键不一样点是没有看门狗、双DPTR和ISP端口。在AT89S
6、51单片机内部除了有CPU、RAM、ROM和定时器、串行口等关键功效部件外,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。1.2.2 80C51单片机引脚介绍单片机40个引脚大致可分为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:地址锁存许可/片内EPROM编程脉冲 ALE功效:用来锁存P0口送出低8位地址 PROG功效: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。
7、 RST/VPD:复位/备用电源。 RST(Reset)功效:复位信号输入端。 VPD功效:在Vcc掉电情况下,接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功效:内外ROM选择端。 Vpp功效: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口还含有第二功效,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。1.2.3 单片机关键部件功效1. 中央处理器(CPU)中央处理器是单片机最关键部分,关键完成运算和控制功效,这一点和通用微处理器基础相同,只是它控制功效更
8、强。80C51系列CPU是一个字长为8位中央处理单元,它对数据处理是按字节为单位进行。在实施程序中起关键作用是。CPU关键由运算器和控制器这两大部分组成。.控制器控制器是用来统一指挥和控制计算机工作部件,它功效是接收来自存放器中逐条指令,进行指令译码,并经过定时和控制电路,在要求时刻发出多种操作所需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,完成指令所要求多种操作。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。.运算器运算器是用于对数据进行算术运算和逻辑操作实施部件,包含算术/逻辑部件ALU、累加器ACC
9、、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. 数据存放器(内部RAM)数据存放器用于存放改变数据。在80C51单片机中通常把控制和管理寄存器(简称专用寄存器)在逻辑上划分在内部RAM中,因为其地址和RAM是连续。AT89S51单片机中数据存放器地址空间为256个RAM单元,但其中能作为数据存放器供用户使用仅有前面128个,后128个被专用寄存器占用。3. 程序存放器(内部ROM)程序存放器用于存放程序和固定常数。通常采取只读存放器,只读存放器有多个类型,89系列单片机中全部采取了闪存,51单片机内部配置了4KB闪存。 经过片外16位地址线可扩展到64KB,二者是统一
10、编址4. 定时/计数器定时/计数器用于实现定时和技术功效。51单片机中有2个16位定时/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)端口低电平脉冲计数。5. 并行I/O口并行I/O口关键用于实现和外部设备中数据并行输入/输出,有些I/O口还含有其它多个功效。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单片机和外界联络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串行数据传送。该串行口功效较
11、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全双工同时串行口,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实施指令一系列动作全部是在统一时钟脉冲控制下进行。为了便于CPU时序进行分析,大家按指令实施过程要求了时钟周期、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。.机器周期是指完成一个基础操作所需要时间称为机器周期。80C51系列单片机一个机器周期等于六个状态周期,即12个时钟周期。.指令周期是
12、实施一条指令所需要时间,通常由若干个机器周期组成。8. 中止系统中止系统关键作用是对外部或内部中止请求进行管理和处理。AT89S51中止系统关键由多个和中止相关特殊功效寄存器、中止许可、次序查询逻辑电路等组成。AT89S51单片机共有5个中止源,其中2个外部中止源和,3个内部中止源,即2个定时/计数中止和1个串行口中止。1.3 8255芯片介绍8255是Intel企业生产可编程并行I/O接口芯片,有3个8位并行I/O口。含有3个通道3种工作方法可编程并行接口芯片(40引脚)。 其各口功效可由软件选择,使用灵活,通用性强。8255可作为单片机和多个外设连接时中间接口电路。1.3.1 工作原理82
13、55作为主机和外设连接芯片,必需提供和主机相连3个总线接口,即数据线、地址线、控制线接口。同时必需含有和外设连接接口A、B、C口。因为8255可编程,所以必需含有逻辑控制部分,所以8255内部结构分为3个部分:和CPU连接部分、和外设连接部分、控制部分。1)和CPU连接部分依据定义,8255能并行传送8位数据,所以其数据线为8根D0D7。因为8255含有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A0A1。另外CPU要对8255进行读、写和片选操作,所以控制线为片选、复位、读、写信号。各信号引脚编号以下:(1)数据总线DB:编号为D0D7,用于8255
14、和CPU传送8位数据。(2)地址总线AB:编号为A0A1,用于选择A、B、C口和控制寄存器。(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,必需先向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)和外设接口部分依据定义,8255有3个通道A、B、C和外设连接,每个通道又有8根线和外设连接,所以8255能够用24根线和外设连接,若进行开关量控制,则8255可同时控制24路开关。各通道引脚编号以下:(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
15、8255向外设输入输出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方法时,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和PC4PC7组成A组,PB0PB7和PC0PC3组成B组。图7.5所表示,对应控制器也分为A组控制器和B组控制器,各组控制器作用以下:(1)A组控制器:控制A口和上C口输入和输出。(2)B组控制器:控制B口和下C口输入和输出。1.3.2 工作方法8255芯片有三种工作方法,即:方法0(基础输入输出方法):这种工作方法不需要任何选通信号。A口、B口和C口高4位和低4位全部能够被设定
16、为输入或输出。方法1(选通输入/出方法):在这种工作方法子下,A、B、C三个口被分为两组。A组包含A口和C口高4位,A组包含B口和C口低4位。方法2(双向选通输入/输出方法):在这种工作方法子下,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时信号。1.4 8250芯片介绍8250是一个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。另外,它还包含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液晶显示器介绍液晶显示模块是一个将液晶显示器件、连接件、集成电路、PC线路板、背光源、结构件装配在一起组
17、件英文名称叫“LCD Module”,简称“LCM”,汉字通常称为“液晶显示模块”。实际上它是一个商品化部件依据中国相关国家标准要求:只有不可拆分一体化部件才称为“模块”,可拆分叫作“组件”。所以规范叫法应称为“液晶显示组件”。不过因为长久以来大家全部已习惯称其为“模块”。 液晶显示器件是一个高新技术基础元器件,即使其应用巳很广泛,但对大家来说,使用、装配时仍感到困难。尤其是点阵型液晶显示器件,使用者更是会感到无从下手特殊连接方法和所需专用设备也非人人了解和含有,故此液晶显示器件用户期望有些人代劳,将液晶显示器件和控制、驱动集成电路装在一起,形成一个功效部件,用户只需用传统工艺即可将其装配成一
18、个整机系统。从广义上说,通常由液晶显示器件和集成电路装配在一起部件全部属于“模块”,但实际上我们通常所说“模块”关键是指点阵液晶显示器件装配点阵液晶显示模块,尤其因为是点阵液晶显示器件产品除一些专用大批量部分品种(如翻译机、通讯用),生产厂家是直接向用户供给液晶显示器件外,几乎全部通用型点阵液晶显示器件全部是加工成模块后才供给用户,所以很轻易形成“液晶模块”就是“点阵液晶模块”误解。第二章 GPS定位系统介绍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年美国军方一个项目,1964年投入使用。20世纪70年代,
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