基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計

基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計第1章緒論1.1選題背景及研究意義環(huán)球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，（GlobalSatelliteNavigationSystem，GSNS）即能夠?qū)崿F(xiàn)全宇宙范圍內(nèi)實時高精準(zhǔn)的目標(biāo)定位以及路線導(dǎo)航。該系統(tǒng)可以堪稱國家高科技進(jìn)展產(chǎn)物，GSNS是國家整體科技實力的象征，不僅能夠監(jiān)控領(lǐng)土的各項數(shù)據(jù)，從而達(dá)到安全保障，而且能夠推動人類物質(zhì)精神文明前進(jìn)的步伐。盡人皆知，自從二十世紀(jì)中后期至今，西方巨頭以歐美為代表，格外是美蘇的發(fā)達(dá)國家，這可謂航天衛(wèi)星領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，他們紛紛意識到外太空的資源十分重要，不約而同，逐步展開放射高領(lǐng)域?qū)Ш叫l(wèi)星的任務(wù)。為了與發(fā)達(dá)國家相媲美，更重要的是擁護(hù)廣大人民群眾的利益所在，我們是不屈不撓的民族，果斷不甘落后，并于二十世紀(jì)八十年代初期，我國便獨立建設(shè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其名為北斗。可喜可賀的是，在2003年中，我國已將三顆北斗成功放射到外太空，與此同時，衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)不斷完善，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，基本能夠?qū)崿F(xiàn)全天任意時刻衛(wèi)星導(dǎo)航通信，可以達(dá)到實時無死角。這一偉大成果，是我國成為世上第三個擁有完善衛(wèi)星導(dǎo)航的國家，彌補了定位導(dǎo)航領(lǐng)域的空白[1]，即使這樣與美蘇相比仍然有一定的差距，要戒驕戒躁不斷學(xué)習(xí)與完善。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀迄今為止，市面上的環(huán)球衛(wèi)星導(dǎo)航已出現(xiàn)了不少種類，首先西方巨頭美國以“全球定位系統(tǒng)”（GPS）最為聞名，其次就是亞洲俄羅斯的“格洛納斯”（GLONASS）。兩者各有各的特色，不易從局面上分清哪款更優(yōu)，在此期間歐洲也奮發(fā)圖強開始針對“伽利略”（Galileo）這一系統(tǒng)展開研究，不久就會有所成果。基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第1頁。95年的四月份，美國成功實現(xiàn)了GPS系統(tǒng)的完全組網(wǎng)運行。從整體來看，所謂的GPS分別由二十四顆小衛(wèi)星構(gòu)架而成，并且其均勻等距排布在6個類圓形的軌道，不難得出結(jié)論，每個類圓形軌道都有4顆。其中GPS系統(tǒng)的信號接收由一個主控站與五個監(jiān)控站協(xié)同完成。具體運行過程中，在某一特定時刻節(jié)點上，能夠準(zhǔn)確得到4種衛(wèi)星信號的傳送時間間隔，即可實現(xiàn)三維坐標(biāo)性質(zhì)的實時定位情況。目前所看，正是第二代GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其突出特點引入了星鐘、星鏈以及自控導(dǎo)航等，這將導(dǎo)致其有用性大幅上升?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第1頁。95年末，GLONASS導(dǎo)航在俄羅斯本土誕生，不過當(dāng)時受限于美方的惡性抵押，在資金儲備方面也是一大硬傷，導(dǎo)致補網(wǎng)部分未成功準(zhǔn)時運行，GLONASS還稱不上全導(dǎo)航定位。該系統(tǒng)同樣是24顆衛(wèi)星構(gòu)成，不同點在于只有三項軌道，民用指標(biāo)不是很高僅僅為50米，基本可以滿足需求。歐盟聯(lián)合研制的伽利略導(dǎo)航（Galileo），它的星體較為豐富，想法也更具獨特，在該系統(tǒng)里有30顆參加，但是其中只有27顆參加運轉(zhuǎn)，其余3顆即為備用選項。直到2014年的8月份，二批次的第一顆衛(wèi)星才進(jìn)入軌道，此前有6顆生在運行當(dāng)中，這樣便可實現(xiàn)基本的定位性能。不過它對GPS系統(tǒng)加以分析，取其精華，去其糟粕，它與美蘇兩國的導(dǎo)航定位系統(tǒng)相兼容，而且能夠完善處理加密、密鑰以及拒用。不僅這樣，其精度可達(dá)十米以內(nèi)[3]，響應(yīng)速度也是極快的。不難看出，未來的進(jìn)展方向便是差分導(dǎo)航多系統(tǒng)相融。并將數(shù)字化銫鐘引入其中，慣性與無線電等穿插其中，這將使我國面臨更加嚴(yán)峻新格的挑戰(zhàn)，針對這一現(xiàn)實問題進(jìn)行北斗導(dǎo)航的探究。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第2頁。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS），構(gòu)架大體可分為三塊，空間區(qū)、陸地區(qū)以及用戶區(qū)共同實現(xiàn)。自研制以來，已經(jīng)有22顆北斗衛(wèi)星成功送入外太空中。在亞太區(qū)域已經(jīng)實現(xiàn)全面覆蓋，而且能夠?qū)崿F(xiàn)無源導(dǎo)航，這可是市面上前所未有的事情。據(jù)估量在2020年左右，無源導(dǎo)航信息服務(wù)將在全球成為現(xiàn)實。中國的步伐正在大步基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第2頁。在現(xiàn)實生活中，大陸基本已經(jīng)離不開北斗了，譬如車輛駕駛監(jiān)控與導(dǎo)航；應(yīng)急最佳線路指引，板塊間相對運動與地殼運動檢測；氣象預(yù)報；工程預(yù)算；大氣污染智能反饋等等。都與北斗衛(wèi)星密不可分。乃至海洋船舶方面，也是不可或缺的一項，茫茫大海航行船載自身定位，焦石颶風(fēng)預(yù)測，避險歸害，規(guī)劃最佳航線，果斷提高效率和實時安全性；實現(xiàn)海陸無縫通訊的同時還能進(jìn)行實時調(diào)度與監(jiān)測；14年榮幸通過國際海事審議北斗導(dǎo)航安全通行函件，由此可知，北斗馬上正式融入環(huán)球?qū)Ш匠蔀槠渲械囊粏T，在國際中占穩(wěn)一席之位[5]。航空航天領(lǐng)域中，眾所周知，空中加油站是幸免不了的，那么準(zhǔn)確定位上就更加離不開北斗，再有準(zhǔn)確的著陸點意味著定點停機，也需要北斗的幫助。北斗已經(jīng)貫穿于國內(nèi)的各行各業(yè)，都發(fā)揮著不可替代的功效，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星得以實施，必定離不開信號收發(fā)以及在任意時刻的數(shù)據(jù)顯示。信號輸出具體要考慮到本體的三維坐標(biāo)，也就是說俗稱的經(jīng)緯與天線高程，除了這些還有全球時刻、相對速度和衛(wèi)星數(shù)量等等信息。中國北斗起步較晚，在精度上與國外的技術(shù)相比還存在一定量的差距，日后，一定不負(fù)所望成為一枝獨秀。1.3本文研究主要內(nèi)容本課題所設(shè)計的定位顯示終端以最小內(nèi)核為核心，主控芯片采納弘晶科技的STC12C5A60S芯片，該芯片為功耗低、速度高、抗干擾強的51單片機，片內(nèi)集成1280字節(jié)的RAM，用戶程序空間高達(dá)62K，片內(nèi)資源豐富。在探究北斗運作流程的同時，提取導(dǎo)航模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行加以分析，并使其呈現(xiàn)在LCD12864上，具體顯示出此時的日期、時間、經(jīng)緯度以及運速，還需實現(xiàn)語音播報。要求繪制控制原理圖，并進(jìn)行調(diào)試電路以及硬件搭建，為北斗導(dǎo)航儀器的開發(fā)提供參考?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第3頁?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第3頁。第2章北斗定位系統(tǒng)的研究2.1北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)概述中國致力于導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)進(jìn)程，其中北斗作為最為堅實的一項，不斷攻克難關(guān)自力更生困難奮斗，自主研制、獨立于外界的穩(wěn)定運行在太空中的衛(wèi)星導(dǎo)航。x和人民共同堅信，我們有信念完成獨立研創(chuàng)、全面兼容、穩(wěn)定運行覆蓋面廣的導(dǎo)航系統(tǒng)，共同建設(shè)同步導(dǎo)航于全球。2.1.1北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)組成用戶區(qū)、空間區(qū)、陸地區(qū)共同完成導(dǎo)航定位。導(dǎo)航兼容終端機和操作用戶終端共同打造用戶區(qū)，無線電測定（RadioDeterminationSatelliteService,RDSS）是具體擬采納的方法之一，它與無線電導(dǎo)航（RNSS）相結(jié)合，這樣便可提供短報文通訊和地點隨時定位。30顆運動軌道改變衛(wèi)星與5顆保持軌道相對不動的衛(wèi)星構(gòu)成空間區(qū)。其中坐標(biāo)為160oE、110.5oE、58.75oE、140oE和80oE坐落于相對于地球不動軌道，3顆軌道改變衛(wèi)星與27顆橢圓軌跡衛(wèi)星。主控點、監(jiān)控點、注入點有效構(gòu)成陸地區(qū)。其中主控點要總結(jié)歸納各個監(jiān)測點所采集來的數(shù)據(jù)，并逐個加以分析處理，整理為導(dǎo)航和差分報文，用于穩(wěn)定控制與可靠運行。監(jiān)控點簡潔來講就是收發(fā)站用于數(shù)據(jù)銜接，接收反饋回來的各種信號，并準(zhǔn)時將其打給主控點。注入點主要負(fù)責(zé)導(dǎo)航報文，差分有效性的控制管控。三區(qū)協(xié)同管控觀測信息。2.1.2北斗定位原理基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第4頁。根據(jù)查閱大量相關(guān)資料可以總結(jié)歸納出，世界上三大導(dǎo)航Galileo、GPS、GLONASS與北斗的實現(xiàn)原理大同小異，即定位主要依靠三心定位空間幾何來完成。用戶在瞬間了解到2顆衛(wèi)星以上的信號，通過逆向返回求解空間間距，從而得到空間經(jīng)緯，這是距離交會法就派上用場了，用于求解用戶接受的具體方位。即以下基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第4頁。1.實時監(jiān)測接收設(shè)備與3顆衛(wèi)星的間距；2.利用報文發(fā)送至使用者衛(wèi)星具體位置；3.確定球心，即衛(wèi)星，監(jiān)測到的間距為半徑繪制球面；4.已知繪制的所有球面交與兩點，排除一點即可獲得用戶坐標(biāo)如圖2-1所示。圖2-1三球交會定位原理圖到目前為止我國研制的第二代北斗，智能化程度已經(jīng)較高了，不需要認(rèn)為發(fā)送信息了，單方面不再借助電子及用戶高程圖，導(dǎo)致衛(wèi)星直接測距完成定位，集成化程度相當(dāng)之高，根據(jù)這一要求則要增加衛(wèi)星數(shù)量才能得以實現(xiàn)，具體如圖2-2所示，不過有利必定伴隨著一定的弊端，如若實現(xiàn)全球性覆蓋，衛(wèi)星的數(shù)量就會屈指可數(shù)，故因此，我國的北斗產(chǎn)品還未實現(xiàn)環(huán)球通用，單一亞太地區(qū)能夠適用。基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第5頁?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第5頁。圖2-2北斗定位原理圖2.2UM220-ⅢN模塊分析2.2.1UM220-ⅢN芯片詳解如圖2-3所示芯星通針芯片，該模塊集成在車載導(dǎo)航、氣球探空等的北斗/GPS組合多系統(tǒng)兼容模塊。通過查閱相關(guān)資料，ARM9是其UM220-ⅢN的有效內(nèi)核，不但靈敏度高，而且跟蹤性能也是很良好的，響應(yīng)速度高達(dá)20ns，它具備其他芯片共有的特性，且可靠性穩(wěn)定。圖2-3UM220-ⅢN模塊外觀與美國GPS相比，UM220-ⅢN不僅能夠改變收發(fā)信號模式，而且也可以接收單一信號，也兼容雙路平臺信息，不必說，準(zhǔn)確度穩(wěn)步提升。2.2.2UM220-ⅢN的管腳功用基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第6頁。結(jié)合圖2-4與表2-1闡述UM220-IIIN的引腳功用，從圖中可以清楚看出24個引腳對稱均勻排布基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第6頁。圖2-4UM220-ⅢN引腳圖基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第7頁?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第7頁。序號名稱I/O電平標(biāo)準(zhǔn)描述1nRESETILVTTL外部低電壓重置2AADET_NILVTTL有無源天線核查1:即為無源天線0:即為有源天線3TIMEPULSE脈沖4I外部中斷5I是否短路檢測1:即為天線地短路0:即為天線地正常6TXD22串口發(fā)信號7RXD2I2串口收信號8RSV懸空，保留管腳9VCC_輸出電壓10GNDI接地信號11RF_INIGNSS輸入信號(BD2B1+GPSL1)12GNDI接地13GNDI接地14SPLSDOSPI數(shù)據(jù)輸出15SPLSDIISPI數(shù)據(jù)輸入16SPLSCKSPI時鐘17SPLCS1SPI片選端18SDAI/O數(shù)據(jù)DDC19SCLI/O時鐘DDC20TXD11串口發(fā)數(shù)據(jù)21RXD1I1串口收數(shù)據(jù)22ISRAMV、RTC備份電壓23VCC-供電電源24GND-接地2.2.3UM220-ⅢN語句輸出格式是北斗需要依據(jù)的協(xié)議格式，早在1983年的時候，西方巨頭美方海事電子協(xié)會（NationalMarineElectronicsAssociation,NMEA）就已經(jīng)訂制了這種協(xié)議準(zhǔn)則，凡是運用此協(xié)議都一定公然遵守。該協(xié)議的特別形式輸出類型為ASCII碼，依據(jù)8位數(shù)據(jù)4800的波特率進(jìn)行串行通訊，且沒有校驗奇偶，起始和終止位各占一位。首先，傳送方式要以作為起始字符，否則不能識別，其次，分別需要兩個字符的字母作為“識別符”，三個字符作為“語句名稱”，結(jié)尾一定要以英文逗號收尾，UM220-ⅢN模塊格外指出的是，所謂的“識別符”包含三種情況，其中，GP為GPS系統(tǒng)單獨定位；BD為北斗系統(tǒng)單獨定位；GN為GPS與北斗系統(tǒng)混合定位?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第8頁。有多大十多種的數(shù)據(jù)類型可供參考，用于GPS定位功用的GGA；陸地坐標(biāo)指示為GLL；UTC時間參數(shù)默認(rèn)由ZDA顯示；標(biāo)準(zhǔn)差由GST鉤落而成；ALM表示星歷；有的信息不可見，而有一部分可見，那么就由GSV輸出，在具體應(yīng)用中RMC最為廣泛也最為常見，其為最短數(shù)據(jù)信號。以RMC語句為例進(jìn)行詳細(xì)介紹?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第8頁。面對于平常的，要求系數(shù)不是很周密的情況，RMC的語句表是皆可勝任的。具體操作格式如下所示：基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第9頁。表2-2RMC基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第9頁。編號含義取值格式備注<1>定位間隔UTC時間<2>取值是否A/VA：即為有效V：即為無效<3>緯度dd：表示度mm.mmmm：表示分<4>北或南半球N/SN：表示北緯S：表示南緯<5>經(jīng)度dd：表示度mm.mmmm：表示分<6>西或東半球E/WE：表示東經(jīng)W：表示西經(jīng)<7>地面運行速度單位為：節(jié)<8>速度方向<9>日期分別表示：日，月，年<10>磁偏角單位為：度<11>磁偏角的方向E/W固定偏值為E<12>模式以及校驗之和A/NA：表示單點定位N：即為沒有定位校驗和：提取從‘$’到‘*’的字符串計算異或所得的16進(jìn)制數(shù)2.3本章小結(jié)基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第10頁。本章主要講述了基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第10頁。第3章總體方案設(shè)計北斗接受模塊通過天線接收衛(wèi)星信號，不斷地進(jìn)行該衛(wèi)星的軌跡跟蹤，并對該軌跡進(jìn)行分析和測量。與此同時便會得到天線位置空間坐標(biāo)以及該信息的傳送時間間隔，這樣有了確切的試驗數(shù)據(jù)，通過一點的計算，即可推算出天線的具體位置，完成此過程就實現(xiàn)了天線的定位，將一系列的離散點連續(xù)化，就可得到某種程度上的實時定位。操作者只需通過I/O接口就可獲得一系列的信號，這種信號就代表定位語句表，再由主控芯片內(nèi)部處理，經(jīng)過顯示屏顯示，語音播報等形式輸出給用戶，便可完成人機交互的過程。本課題需要利用單片機作為主控芯片來完成相應(yīng)的控制功能，也就是說完成信號讀取，并將讀取的信號處理在顯示屏上顯示并進(jìn)行語音播報。已知北斗運用以BD+GPS為核心部件的接收機，主控芯片為STC89C52芯片用于收發(fā)北斗與GPS的雙路信號。最終通過編程軟件在顯示屏上顯示并在揚聲器上播放北斗衛(wèi)星定位信息。本課題中選用LCD12864的主顯示屏，為播放設(shè)備，結(jié)合圖3-1硬件框圖作進(jìn)一步說明，通過天線接收的數(shù)據(jù)信號經(jīng)過芯片UM220-ⅢN模塊處理，主控芯片STC89C52通過串口接收定位信號，在處理器內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與運算，最終顯示并播放定位信息?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第11頁。圖3-1基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第11頁。3.1單片機最小系統(tǒng)本課題采納STC89C52主控芯片，該芯片成本方面價格低廉、空操控性能良好、穩(wěn)定性也是很不錯的，該芯片控制電路再引入晶振和復(fù)位電路便可有效組成最小系統(tǒng)，通過課程學(xué)習(xí)已經(jīng)了解到，開發(fā)板的基本組成單元就是最小系統(tǒng)本身，在這個前提下，僅需北斗模塊、顯示和播報模塊就可完成語音播報和顯示定位功能。如圖3-2所示控制系統(tǒng)最小電路原理圖，可以看出復(fù)位電路引入了10K的上拉電阻，晶振電路并聯(lián)兩組的起振電容并引入無源晶振頻率為11.0592作為晶振電路。圖3-2單片機最小系統(tǒng)電路3.2北斗衛(wèi)星定位模塊電路組成基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第12頁。本文使用雙系統(tǒng)定位北斗模塊，該產(chǎn)品是和芯星通所生產(chǎn)的，其內(nèi)核為多頻SOC芯片，兼容，該模塊不僅占位小結(jié)構(gòu)緊湊，而且成本極為低廉，功率也是非常小的?？山?jīng)過UART接口與開發(fā)板完成通訊。開發(fā)板是艾琳科技的北斗開發(fā)板，值得注意的是該板子可直接將TTL電平經(jīng)，232串口與計算機進(jìn)行通訊。實物可參照圖3-3所示?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第12頁。圖3-3北斗開發(fā)板實物圖本北斗衛(wèi)星模塊串口有磁珠和瞬態(tài)抑制二極管（TransientVoltageSuppressor），可以從本質(zhì)上消除浪涌的干擾，確保該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運作。模塊電源電路圖如圖3-4所示，已知穩(wěn)壓器能夠輸出1.2V~37V的直流電壓，以及1.5A的電流，三個引腳如圖分布所示，分別為調(diào)節(jié)端即為調(diào)節(jié)電壓輸出值、輸入和輸出端。通過并聯(lián)的濾波電容來降低電源電壓的跳動，從而達(dá)到對電路元件的愛護(hù)。圖3-4北斗模塊電源電路基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第13頁。結(jié)合圖3-5，介紹北斗模塊電路，該模塊電路是與一些電子元件共同構(gòu)成。首先可以看到存在4組插針，通過串聯(lián)電感的作用是起差模濾波作用，目的在于阻止電流順變損傷芯片；在電路中引入并聯(lián)電感的目的是確保芯片穩(wěn)定運行，抑制噪音。指示燈由二極管擔(dān)當(dāng)，只要傳送一個信號則閃爍一次。TXD1與主控芯片STC89C52的P3.0也就是說RXD相連，完成串行通信?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第13頁。圖3-5北斗模塊芯片電路串口電路圖如圖3-6所示，通過MAX232將串口信號轉(zhuǎn)變?yōu)?32電平信號，再通過9針的RS232串口與計算機的數(shù)據(jù)口連接?？梢赃M(jìn)行模塊數(shù)據(jù)定義和系統(tǒng)升級。圖3-6北斗模塊串口電路北斗模塊關(guān)鍵指標(biāo)如表3-1所示[12~14]?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第14頁。表3-1基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第14頁。電源電壓3.3V-5V冷啟動用時32s熱啟動用時1s溫啟動用時<1s接口全雙工接口波特率工作溫度3.3顯示單元電路LCD12864不僅能夠顯示漢字還能夠顯示出圖形來，RAM里面具有八千多個中文漢字、個字符以及個點陣。引腳介紹如圖3-7和表3-2所示。圖3-7LCD12864引腳圖主控芯片的P0口是對顯示屏進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)控制的接口，指令的操作通過P2口來執(zhí)行，LCD12864的各項參數(shù)如下所示：電源3.3~5V內(nèi)部配有升壓電路；可供顯示的最大量為：128列和64行；接口形式：8位等。基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第15頁。表3-2LCD12864引腳說明基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第15頁。引腳號管腳名稱說明1GND電源的地線2VDD電源輸入端子（+5V）3V0液晶對比度調(diào)節(jié)4RS數(shù)據(jù)輸入5R/W讀寫選擇（1讀；0寫）6E讀寫使能7-14BD0-BD7數(shù)據(jù)總線15PSB選擇并/串口（1即并；0即串）16NC表示懸空17REST表示液晶屏模組復(fù)位18Vout表示懸空19BLA表示背光源正20BLK表示背光源負(fù)3.4音頻播送電路3.4.1音頻播送工作原理播送模塊由一個硬解碼芯片、一個單片機芯片、卡槽以及一些電子元器件組成。其中播送模塊的運行原理為：第一步把MP3文件從外部內(nèi)存卡讀出并讀出存儲器上的信息，再通過解碼芯片對信號進(jìn)行加工，再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，最終模擬信號經(jīng)過放大濾波，并通過揚聲器等設(shè)備進(jìn)行播放。因此，語音播放模塊最重要的兩個芯片就是單片機芯片和解碼芯片。主控芯片加載音頻需要一套完善的程序控制，指引每組硬件進(jìn)行運轉(zhuǎn)：首要準(zhǔn)備就是把定量的信號數(shù)據(jù)讀出來，然后間接傳送到解碼器中進(jìn)行運算；在此過程中需要完成與主機的信息流往來，以及遵循被控按鈕的操作。根據(jù)硬件的安排原則，在這部分當(dāng)中主控芯片為STC15W204S，該芯片內(nèi)部本身集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換的功能，這就為用戶使用帶來了很大的便利，不需要額外附加信號轉(zhuǎn)換模塊。當(dāng)然解碼芯片是一定要具備的，因為此芯片不僅能夠執(zhí)行多種形式的音頻文件的解碼，而且它的輸出是以數(shù)字量呈現(xiàn)的，操作便利且高效，與此同時，解碼芯片的優(yōu)劣程度會直接關(guān)系到輸出音質(zhì)的優(yōu)良性能。3.4.2音頻模塊工作模式Y(jié)S-M3語音播放模塊由5V直流電源供電，其端口也是相當(dāng)豐富的，其中觸發(fā)器接口就多大9種，觸發(fā)模式也很有特色，可以進(jìn)行一鍵式觸發(fā)也可以伴隨著進(jìn)行編碼觸發(fā)，值得注意的是觸發(fā)指引是低電平，這兩種方式可供用戶進(jìn)行選擇。硬件結(jié)構(gòu)如圖3-8所示，各個引腳的功能排列見表3-3。基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第16頁。所謂的一鍵式觸發(fā)情況：上面已經(jīng)提及到，可見該語音模塊擁有馬上觸發(fā)接口多大9個，如圖3-8所示，在圖中以A為編號，A1-A9來表示。再有就是當(dāng)中的各個接口都各自對應(yīng)一個音頻文件，只要有端口接收到低電平信號后，那么就會執(zhí)行相應(yīng)的音頻信息，也就是會播放出相應(yīng)的音樂?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第16頁。所謂編碼觸發(fā)：應(yīng)用編碼觸發(fā)方式可以播放31首MP3。應(yīng)用該模式時，將A10和GND連接，用A1-A5為編碼端口進(jìn)行編碼。該狀態(tài)可配合單片機的I/O口來控制發(fā)聲。在本次設(shè)計中，采納單片機的P1口的低5位進(jìn)行歌曲的編碼選擇。圖3-8YS-M3模塊實物圖基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第17頁。表3-3YS-M3引腳功能基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第17頁。管腳編號管腳別稱其他說明1Vcc電壓值5V2GND公共接地端3GMD公共接地端4-12A1-A9執(zhí)行編碼接口13A10其與GND公共端相接、則可運行編碼模式14CN1播送第2項音頻，一旦開始播送就不可中斷15BY存在播送時就會輸出電平為高，默認(rèn)為低3.5本章小結(jié)本章主要描繪出平臺硬件搭建的整體方案，對芯片最小系統(tǒng)的構(gòu)成與組件進(jìn)行了細(xì)致的鋪墊，為程序設(shè)計奠定了扎實而有利的基礎(chǔ)，通過查閱大量文獻(xiàn)總結(jié)了北斗模塊的各個功能，以及沒種功能對應(yīng)的運行原理與構(gòu)造，對數(shù)據(jù)顯示設(shè)備以及語音播送設(shè)備進(jìn)行了分析總結(jié)。基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第18頁?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第18頁。第4章導(dǎo)航衛(wèi)星定位部分軟件設(shè)計4.1軟件開發(fā)與方案設(shè)計4.1.1程序仿真μVision4μVision4是目前功能比較豐富，性能成熟穩(wěn)定的開發(fā)軟件，這是因為它是由品牌公司Keil旗下的產(chǎn)品，不僅具備匯編等功能，還能脫離硬件進(jìn)行軟仿真測試，依據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行調(diào)試，這個步驟可以良好的愛護(hù)硬件不被損壞，集成度是相當(dāng)高的，功能也足夠強大，支持的主控芯片樣式也是五花八門，不愧是嵌入式領(lǐng)先者。具體研究過程總結(jié)歸納為以下幾點：新建工程文件；對已有工程進(jìn)行組態(tài)；進(jìn)行控制程序的書寫；軟件內(nèi)部進(jìn)行編譯；最終進(jìn)行仿真調(diào)試程序；4.1.2軟件設(shè)計流程基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第19頁。本設(shè)計程序設(shè)計分為五大主要模塊：LCD液晶顯示模塊、導(dǎo)航數(shù)據(jù)接收模塊、單片機中斷初始化、語音播放模塊、時序模塊。程序流程圖如圖4-1所示。當(dāng)運行程序時，首先進(jìn)行LCD顯示屏和中斷初始化，然后顯示屏上顯示“BPS北斗定位”的開機畫面，逐步進(jìn)行判別定位信息是否完好，假如未實現(xiàn)定位就需要進(jìn)行重復(fù)進(jìn)行判別直至完成定位，伴隨顯示出提示信息“Receiving”，當(dāng)達(dá)到定位情況，接下來就會進(jìn)行下一步判別，判別的內(nèi)容則為是否準(zhǔn)確，如若準(zhǔn)確無誤的話，就將定位信息儲存起來，并將各項數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在顯示屏中央，即相應(yīng)的坐標(biāo)、日期、時間、相對陸地速度等等，否則呈現(xiàn)出“nodata”。目前，該方案僅收發(fā)GNRMC信號，只有在收到這種信號的情況下，才會做出回應(yīng)，各項數(shù)據(jù)指標(biāo)才會在顯示屏上展現(xiàn)出來[16][17]。需要基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第19頁。4.2北斗定位數(shù)據(jù)接收與后續(xù)處理北斗導(dǎo)航模塊的數(shù)據(jù)通過串口中斷傳輸至緩沖區(qū)，同時將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機，單片機通過處理串口數(shù)據(jù)獲得經(jīng)緯度等定位信息[18]。4.2.1數(shù)據(jù)接收基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第20頁。北斗模塊啟動后開始接收導(dǎo)航數(shù)據(jù)，接收到的各種信息（如：經(jīng)緯度、UTC時間、相對地面速度等等）均涵蓋在GNRMC、GNGGA這些語句表當(dāng)中，主控芯片通過緩沖區(qū)域接納這些與定位數(shù)據(jù)相關(guān)的信號。借助串口助手，可以清楚地發(fā)覺主控芯片與北斗導(dǎo)航間的信息交換，其信息交換導(dǎo)航如圖4-2所示。為基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第20頁。圖4-1程序流程圖4.2.2數(shù)據(jù)處理基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第21頁。本設(shè)計根據(jù)需要，解析顯示的是$GNRMC這一傳輸語句信息。在接下來的一章里，會進(jìn)行逐步的進(jìn)行各個模塊的調(diào)試，在此先對UM220-ⅢN進(jìn)行有效初始化，保證單一輸出語句GNRMC，以便于信息的顯示與播報。基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第21頁。圖4-2接收數(shù)據(jù)如圖4-3所示，展示了串口中斷服務(wù)程序的運行流程，即首要任務(wù)就是對主程序采取中斷措施，這樣才能夠進(jìn)入到中斷服務(wù)子程序，重要的一點在于要進(jìn)行判別，這關(guān)乎到是否能夠顯示與播報，判別語言類型是不是“GNRMC”語句，下面就要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理了，用逗號來分離數(shù)據(jù)，在此為數(shù)據(jù)進(jìn)行分組排序，根據(jù)不同的屬性安排到各個相應(yīng)數(shù)組單元內(nèi)。最終讀取出定位的各項詳細(xì)信息后才能結(jié)束中斷?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第22頁。圖4-3中斷處理過過程基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第22頁。需要注意的是，輸出的時刻信息要與首都時刻為基準(zhǔn)，但是北斗記錄的時刻是UTC時刻，相比于首都時刻有大約八小時的差別，那么便要將UTC時間轉(zhuǎn)換為北京時間。程序如下：voidtrans_time(void){ unsignedchartemp,hour_shi,hour_ge;//定義小時，小時的十位和個位 temp=(time[0]-'0')*10+(time[1]-'0');//計算小時 if(temp<=16)//若小時小于等于16點加8小時 { temp=temp+8; hour_shi=temp/10; hour_ge=temp%10; time[0]=hour_shi+'0'; time[1]=hour_ge+'0'; } else//若小時大于16點，則加8小時減24小時 { temp=temp+8-24; time[0]='0'; time[1]=temp%10+'0'; }}4.3模塊軟件設(shè)計4.3.1語音播報模塊基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第23頁。YS-M3語音模塊編碼觸發(fā)方式控制時需要單片機編碼控制。本設(shè)計中使用P1口來控制播放歌曲。將經(jīng)緯度信息拆分開分別進(jìn)行播報，歌曲存放在存儲卡內(nèi)，將“0~9”、“東經(jīng)”、“北緯”、“年”、“月”、“日”等語音按順序存入內(nèi)存卡如表4-1所示，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)字或標(biāo)點時，檢索相應(yīng)音頻文件播報，連續(xù)播報出來就成了經(jīng)緯度。僅需點擊播送按鍵，便會馬上將中斷關(guān)掉，隨后讀取出一系列經(jīng)緯度信息，讀取完成后馬上打開中斷[19]。具體的操作運行流程如圖4-3所示?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第23頁。基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第24頁。表4-1音頻信息儲存表基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第24頁。音頻序號音頻名稱0100011代表東經(jīng)012代表北緯013代表度014代表分015代表秒016代表點圖4-3播報流程圖4.3.2顯示模塊1函數(shù)進(jìn)行初始化lcd_init(){ lcd_wcmd(0x30); //基本指令操作 delay(1); lcd_wcmd(0x0c); //關(guān)光標(biāo)整體顯示基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第25頁。 delay(1);基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第25頁。 lcd_wcmd(0x06); //光標(biāo)右移，畫面不動，AC加1 delay(1); lcd_wcmd(0x01); //清除LCD的顯示內(nèi)容 delay(1);}2寫指令函數(shù)voidlcd_wcmd(unsignedcharcmd){ while(lcd_bz()); rs=0; rw=0; en=0; P0=cmd;//通過單片機P0口將指令發(fā)送至LCD顯示屏 delay(3); en=1; delay(3); en=0; }3.寫數(shù)據(jù)函數(shù)voidlcd_wdat(unsignedchardat) { while(lcd_bz()); rs=1; rw=0; en=0;基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第26頁。 P0=dat;//通過單片機的P0口將數(shù)據(jù)發(fā)送至LCD顯示屏基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第26頁。 delay(3); en=1; delay(3); en=0; }例如：要顯示“GPS北斗定位”，這程序代碼如下所示：unsignedcharcodekaijihuamian[]={"GPS北斗定位"};unsignedchari; lcd_wcmd(0x01); //清除LCD顯示內(nèi)容 i=0; lcd_pos(1,1); //設(shè)置顯示位置 while(kaijihuamian[i]!='\0')//顯示字符 { lcd_wdat(kaijihuamian[i]); i++; }4.3.3編寫中斷函數(shù)只要單片機接收到從UM220-ⅢN來的信息，那么就要馬上啟動中斷，第一步運行打開中斷的相關(guān)程序語言，定時器工作方式等的初始化[20],具體程序編寫如下：voidinit_all(void){ SCON=0x50;//REN的值為1表示可以接收信號，即串口運行在模式1下 TMOD|=0x20;//選取定時器工作為模式2基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第27頁。 PCON|=0x80;基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第27頁。 TH1=0xFa;//baud*2波特率9600數(shù)據(jù)位8停止位1校驗位無TL1=0xF3; TR1=1; ES=1;//開串口中斷 EA=1;//開總中斷 lcd_init();}4.4本章小結(jié)在開頭位置對程序編譯集成軟件進(jìn)行里詳細(xì)概述，接下來排列出各個模塊的程序設(shè)計思想，根據(jù)模塊化思想分別對于北斗模塊、顯示屏顯示、音頻播送以及中斷服務(wù)程序等進(jìn)行了控制流程設(shè)置，針對上述模塊還完成了相關(guān)程序的編寫?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第28頁?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第28頁?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第29頁。基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第29頁。第5章控制系統(tǒng)的調(diào)試與分析5.1控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試根據(jù)大學(xué)期間所做項目積存下來的經(jīng)驗，在完成硬件搭建與程序編制后，最重要的就是進(jìn)行調(diào)試工作，硬件和軟件猶如人體血肉，不可分離，那么硬件調(diào)試與軟件調(diào)試當(dāng)然都是相當(dāng)重要的，這樣才能確保控制系統(tǒng)準(zhǔn)確無誤地執(zhí)行。5.1.1關(guān)于北斗模塊調(diào)試過程這個過程相對比較復(fù)雜，其中北斗接收板塊存在大量軟硬耦合性的問題，這將對調(diào)試來講，是前所未有的挑戰(zhàn)，下面我們采納聯(lián)機與脫機來攻克難關(guān)。1.首先進(jìn)行脫機調(diào)試核查硬件PCB板的各個電子元器件管腳是否都完好。第一步：擬采納萬用表進(jìn)行逐一對點核查用，將萬用表調(diào)節(jié)至蜂鳴器擋來檢測是否存在斷路，有聲則通，無聲則斷，再核查電阻等相關(guān)電子元器件。第二步：一定要核查電源情況?？纯搭~定電壓是否為所需值，檢查開關(guān)是否正常。第三步：加電后，檢測芯片與芯片間對應(yīng)引腳是否導(dǎo)通和截止。2.其次進(jìn)行聯(lián)機調(diào)試通過脫機調(diào)試，我們可以消除一些明顯的硬件問題，保障硬件系統(tǒng)的安全性和可靠性。但如果想要改變模塊的內(nèi)部特性，需要進(jìn)行通過軟件處理的聯(lián)機調(diào)試。北斗運行模塊與主控芯片聯(lián)合信息交換時，要進(jìn)行一定的預(yù)設(shè)置，即確定數(shù)據(jù)輸出類型指定，需要在UnicoreSoftware軟件下進(jìn)行初始化，強悍的功能范圍，可針對GPS等多家外版系統(tǒng)進(jìn)行測試。根據(jù)執(zhí)行任務(wù)的需要，對北斗進(jìn)行模塊化測試：基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第30頁。第一項就是測量硬件電路板電路部分信號是不是流利性的，這個用數(shù)字萬用表來完成?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第30頁。第二項需要將天線放在相對安全寬敞的位置，并且要使其與地面傾斜成一定的角度，要幸免電場磁場等的干擾。使用串口線將北斗模塊與電腦相連，查詢串口號。給北斗模塊供電。最終就可以打開軟件進(jìn)行測試工作了，根據(jù)需要設(shè)定波特率9600bps。那么需要注意的是：電源線萬萬不能造成反接，這樣會造成北斗模塊永久性損壞，而且是不可修復(fù)的，后果很嚴(yán)峻。當(dāng)該模塊工作正常時，能夠正確無誤接收信號，其閃光燈會不斷閃，在最初的時刻，其接收的信號大致可以分為五類，分別是GNGGA、GNGLL、GNGSA、GNGSV、GNRMC。這樣即可獲得完全的定位信息。具體的調(diào)試界面見圖5-1所示。a）星座圖b)軌跡圖c)北斗跟蹤狀態(tài)d)GPS跟蹤狀態(tài)圖5-1北斗調(diào)試測試界面基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第31頁。北斗模塊的信息收發(fā)種類有很多，那么我們可以通過UnicoreSoftware進(jìn)行調(diào)節(jié)，選取我們需要的信號類型，這可有效提高運行效率。亦可以將多種信息混合接收，例如北斗與GPS。更具人性化的操作指標(biāo)是還能設(shè)置就收語句類型，自帶斷電保存功能。表5-1排列了各種語句的類別形式，其配備操作界面如圖5-2所示?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第31頁。表5-1語句類別形式和ID語句消息名類別形式ID峰值輸出頻率GGA005HzGLL015HzGSA025HzGSV035HzRMC045Hz圖5-2配備操作界面在此配備操作界面上，從左到右依次排列為=1\*GB3①冷啟鍵；=2\*GB3②溫啟鍵；=3\*GB3③熱啟鍵；=4\*GB3④北斗；=5\*GB3⑤GPS；=6\*GB3⑥北斗魚GPS；=7\*GB3⑦定位芯片；=8\*GB3⑧保存當(dāng)配置完成后需要保存，這樣在掉電重啟后才能保存設(shè)置。5.1.2進(jìn)行軟件的調(diào)試基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第32頁。所謂的軟調(diào)試是指在特定的集成軟件中進(jìn)行核查監(jiān)測，查漏補缺，發(fā)覺并解決問題，不僅能夠解決軟件的故障也可以排除一些硬件上的問題，當(dāng)然也需要模塊化思想為理論基礎(chǔ)，要遵循先子后主的原則，使子程序先達(dá)到預(yù)期的要求，最終調(diào)試主程序以及參數(shù)的傳遞?；趩纹瑱C的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為第32頁。1.首先核查LCD12864液晶屏程序，一定能夠在屏幕上清楚準(zhǔn)確看到字符或圖形。2.其次核查主控芯片的中斷初始化程序，借助于串口助手利，查看主控芯片初始化的參數(shù)是否完善且無誤。3.再次核查UM220-ⅢN模塊，這就需要借助顯示屏來作為輔助對象來核查，看起上的數(shù)據(jù)是否一致，定位信息是否準(zhǔn)確。4.最終核查音頻播送程序，利用揚聲器播發(fā)音頻定位信息，與顯示屏上的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對校準(zhǔn)，一致的話表示沒有問題，這就算是大功告成。5.2結(jié)果分析經(jīng)過硬件和軟件調(diào)試，最終實現(xiàn)了北斗定位接收機的功能，包括經(jīng)緯度、日期、時間和速度的顯示，以及經(jīng)緯度的播報。如圖5-3所示，代表北斗導(dǎo)航定位接收設(shè)備。圖5-4所示，顯示開機的操作界面；圖5-5所示，指的是還沒有接受到信號的界面；圖5-6所示，顯示達(dá)到定位標(biāo)準(zhǔn)的畫面，可以看出分別呈現(xiàn)出此刻的經(jīng)度、緯度、時刻、日期和相對陸面的速度。基于單片機的北斗定位顯示終端設(shè)計全文共37頁，當(dāng)前為