基于单片机的GPS定位系统设计 - 图文

洛阳理工学院毕业设计（论文）

第2章 系统硬件设计

课题要求研制的GPS接收机要具有接收、处理、显示信息的功能。硬件上必须有相应的接收处理部分、显示部分和配置输入部分，同时需要处理器实现各部分功能的联合。由于单片机集成度高，系统结构简单，价格低廉，同时技术成熟，处理器部分使用单片机实现。

本课题设计的硬件系统主要由：单片机、GPS模块、显示部分等组成。如图2-1所示：

GPS模块电源单片机键盘显示晶振复位

图2-1 系统框图

2.1 单片机

硬件核心控制任务是由单片机来完成的，单片机的采用使硬件电路设计大大简化，并且性能更加可靠。目前，可采用的微处理器有很多种，如:MCS-51、Me6sol、280、eopsoo等8位单片机，虽然16位单片机在1982年已经问世，但其发展并不像人们想象的那样快，尽管在某些性能指标方面超过了8位单片机，但从性价比及开发周期等综合效益上却不如8位单片机，因此应用并不普及。

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在本次设计中，采用MCS-51系列单片机，虽然信号处理和计算的功能相对差些，但其结构简单、体积小、性价比高、可靠性高、功耗小及应用范围广，适合于小型化作业。因此，选择AT89C51单片机作为微控制器。它具有全双工异步通信口,可与M-87接口进行数据读取、处理和输出。GPS信号接收和处理部分与单片机进行串口通信时,由于都采用了TTL电平,故两者之间不需进行电平转换就可直接通信。

2.1.1 AT89C51单片机的结构原理

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效精简微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价格低廉的方案，其引脚排列如图2-2所示：

图2-2 AT89C51引脚图

引脚XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时

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钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

2.1.2 AT89C51单片机的主要特性

(1) 与MCS-51兼容。

(2) 4K字节可编程闪烁存储器。 (3) 寿命：1000写/擦循环。 (4) 数据保留时间：10年。 (5) 全静态工作：0Hz-24MHz。 (6) 三级程序存储器锁定。 (7) 128×8位内部RAM。 (8) 32可编程I/O线。

(9) 两个16位定时器/计数器。 (10) 5个中断源。 (11) 可编程串行通道。

(12) 低功耗的闲置和掉电模式。 (13) 片内振荡器和时钟电路。

2.2 GPS模块

2.2.1 概述

根据设计需要，GPS模块选用M-87，如图2-3所示。M-87是一种根据低耗电Mediatek GPS解决方案设计的超小型25.4×25.4×7 mm GPS引擎机板。它是一个高性能、低功耗、小型并很容易联合的GPS模块，应用范围广泛。它对于导航应用提供高达-159dBm的绝佳灵敏度与快速的第一次定位时间。M-87是您想要内嵌在使用于GPS服务的PDA、PND、行动电话、可携式装置设计中的最佳选择。

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图2-3 M-87 GPS模块

2.2.2 主要技术参数及产品特点

主要技术参数：

(1) 工作电压：3.5~5V直流。 (2) 接收灵敏度：-159dBm。 (3) 体积大小：25.4×25.4×7 mm。 (4) 模块重量：7克。 (5) 定位精度：<3m (6) 系统内存：4MB 产品特点：

外形精巧，灵敏性高，可搜寻多达32个卫星频道，能够快速进行位置修正。低耗电，可使用RTCM-in，内建WAAS／EGNOS／MSAS解调器，支援NMEA0183 V 3.01数据通讯协定。定位服务的即时导航，适用于汽车导航、船只导航、舰队管理、AVL和定位服务、自动导航、个人导航或旅游装置、追踪装置系统和地图装置应用。

2.2.3 管脚介绍及与单片机的接口电路

GPS模块管脚说明如表2-1所示：

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