基于单片机的经纬度定位显示装置设计

西华师范大学 林东虹

全球定位系统(GPS)是一种应用比例很高的导航定位系统。其在显示三维位置、速度信息方面有着广泛的应用，可基于卫星信号实现这些个功能。在不断的改进和完善后，全球定位系统开始在军事、通讯、遥感、大地测量等相关领域大量应用，且表现出很高的应用价值，同时也在一定角度上促进了人类的科学文化生活的发展。目前这种系统开始向便携式发展，在生活中的应用比例不断的提高，因而很有必要对此进行研究。

本文对GPS接收机的原理和基于单片机的LCD显示器进行了设计，在研究过程中设计实现了一台手持式GPS定位接收设备，同时对其功能进行了论述。该定位系统的定位精度较高，可以满足相关测控领域的测量精度要求，具有一定的应用价值。

1 单片机简介

单片机是一种常用的控制设备，其在工业控制领域有着广泛的应用，单片机的主要组成单元包括存储器，中央处理器CPU、定时器、输入输出设备等，这些单元集中在一个集成电路芯片上，可以实现一定的运算控制功能。

单片机的组成结构较为简单，不过其具有了微型计算机系统的功能，可以通过其进行各种工业控制，单片机的内部结构如图1所示。

图1 单片机的内部结构图

单片机的集成度很高，相关的原件集中在一个芯片上，这样系统的可靠性明显的提高吗，同时运行速度也有一定的提升。单片机的控制功能强大，可以通过其组建各种类型的控制系统。单片机是嵌入式系统低端应用的最常见单元，本文在设计过程中也用到了单片机。

2 系统设计

本文设计了一个LCD1602电子液晶显示屏，此显示单元通过单片机AT89C52进行控制，在设计过程中对控制系统的LCD电子液晶显示屏相关原理和结构进行介绍之后，做了具体的设计。同时对本系统的软硬件单元和相应的电路做了具体的设。该电子显示屏中设置了独立的控制电路，在字符显示过程中，需要用到字符对应的ASCII码。

2.1 系统结构

本系统的硬件部分较为简单，对应的电路可以总体上划分为显示电路，稳压电源、单片机等几个单元。

89C52控制的GPS器件的主要作用是采集定位系统信息，与此相关的单元包括显示模块，单片机89C52、GPS模块。为满足显示相关的要求，本文设计过程中选择了MGLS-12032A显示器。以下对单片机和LCD电路相关的情况进行具体的论述。

●89C52：可通过其实现一定的控制功能，通过其确定出点阵显示的时序。

●MAX202：主要是通过其进行相应的电平转换。

●LCD：用于显示相应的字符信息，在显示字符信息时需要提供字符的显示格式。

设计原理图如图2所示：

图2 设计原理图

这种系统的主要组成单元为GPS数据发送模块，显示单元LCD1602，通过单片机对其进行控制，实现相应的功能目的。

2.2 电源模块设计

此系统全部单元的供电电压均为5V，因而在电源设计过程中单纯设计5V单电源就可以满足供电要求。

为满足电压稳定要求，而应用了LM7805稳压器，电源模块对应的电路图如下，在工作过程中将输入的220v交流电转换处理之后变为9V交流电，其后接着通过二极管进行整流，得到满足要求的正电压，然后发送给其他的模块。电容C1可降低电压波纹幅度而实现一定的滤波目的。滤波后的电压通过LM7805集成稳压芯片处理后输出5V稳压电源，对应的滤波电容为C3，、C4。可通过其提高相应的瞬态响应性能。

2.3 GPS数据模块

为了减少接收出错的问题，一般通过串行口中断模式进行信息的接收。在接收前应该对相应数据的格式进行判断，然后选择符合格式要求的进行存储，这样可以很好的节约存储空间，同时有利于解决RAM不够用的问题。以下进行举例说明，例如：接收$GPGGA格式信息的前几次，先对接收的信息格式进行判断，在符合格式要求情况下，接着判断接下来的逗号（’，’）是第几个逗号。若发现非首个，则可判断其次的数据是时间，如果是第二个，则可判断出其次的信息为纬度，本文接收数据过程中应用了这种模式。

GPS数据模块选择了成品电路模块，这样可提高设计效率，主要是对GPS数据部分进行设计，相应的GPGGA数据格式具体如下所示：

*xx＜CR＞＜LF＞

$GPGGA：起始引导符和对应的语句格式相关情况具体如下；

＜1＞：UTC时间，格式为hhmmss.ss；

＜2＞：纬度，格式为ddmm.mmm；

＜3＞：表示对应的纬度半球，一般通过符号N或S表示；

＜4＞：经度，格式为dddmm.mmm；

＜5＞：具体表示经度半球，通过符号E或W表示；

＜6＞：定位质量指示，相应的字符A含义为有效位置，V则表示非有效接收警告，其和对应的卫星数量有一定的相关性；

＜7＞：具体表示对应的使用卫星数量，总共为十二个；

＜8＞：表示水平精确度，可根据需要选择相应的精度；

＜9＞：天线离海平面的高度，在一万米之内；

M：也就是长度单位米

＜10＞：具体表示相应的大地水准面高度，在一万米之内；

M：指单位米

＜11＞：也就是对应的差分GPS数据期限，和数据传输量存在一定的相关性；

＜12＞：差分参考基站标号，可根据要求进行相应的选择。

*：其含义为对应的语句结束标志符。

xx：也就是从$开始到*内全部相应字码的异或校验和。

＜CR＞：表示回车符号。

＜LF＞：也就是换行符号。

GPS系统一般选择232串口通信，为满足通信要求需要进行相应的电平转换，对应的转换芯片MAX232具体如图3所示：

图3 对应的转换芯片MAX232

系统运行过程中，单片机串口收到信息后，先对句引导头进行判断分析，如果发现为“$”，则接收对应的信息内容，在收到“*”字符后，进行判断，然后根据语句标识区分出信息类别类对相应的接收到的字符针对性显示。

2.4 控制模块

本文在设计过程中选择了AT89C52单片机实现系统控制目的，相应的控制任务包括数据接受和显示控制，以下进行具体的论述。

①数据接收控制：这种单片机中设置了串行口通信电路，可通过其进行相关数据的接收，对应的数据格式为八位数据+1位停止位。所接收到的数据会存储到对应的缓冲区。

②显示控制：接收到的数据显示时通过51单片机进行控制，且利用LCD1602液晶显示器进行显示，对应的取出的字符需要经过CPU处理才能显示。

2.5 显示模块设计

本系统需要显示相应的西文字符，为满足方面的显示要求，而选择了LCD1602显示器。

3 软件设计

具体显示了对应的系统主程序的总体结构，系统在运行过程中需要先初始化处理，主要是对串口、定时器、中断等进行设置操作。显示器设置之后进入到开机状态，其后就可以正常的显示。每次可以对两串字符进行显示，其后就可以持续的进行相应的循环数据信息显示。

系统的主要功能在中断服务子程序中完成。这种系统可以在总体上划分为如下几个模块，显示单元，串行口中断服务程序、扫描程序。这些模块结合起来，可以实现相应的功能操作。

系统在开机之后需要进行初始化，接着显示开机信息，然后对接收到的信息进行处理，并最终实现相应的显示目的。