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摘要：本文详细介绍了基于51系列单片机的GPS定位系统设计，提供了硬件电路和软件设计，并将最终的数据信息，如时间、经度、纬度等，精确计算并实时显示。
关键字 单片机 GPS LCD12864
0引言
全球定位系统是一个用于接收卫星导航信号的非自主导航与定位系统。该系统全球覆盖、全天候、连续的实时信息、高精度的三维位置、三维速度和时间信息的能力为人类的导航定位提供了可靠的保证。目前，GPS全球定位技术已日趋成熟并在经济、军事和社会生活等许多领域得到广泛应用，它正发挥着越来越重要的作用[1]- [3]。
本系统主要是基于AT89C52单片机开发环境和使用GPS技术来设计一个实时接收、经度和纬度的路线显示以及存储等功能的GPS。
1 方案设计
该系统主要是由GPS接收天线、GPS接收器模块、中央处理单元、液晶显示模块、电源模块和键盘接口组成[2]。
其中，GPS接收模块和中央处理单元模块（89C52）是该系统的核心部分。它们是负责GPS信号的接收和解调信号处理，控制工作过程等等。液晶显示模块用于显示定位、时间信息。键盘接口是作为人机交互端口。最后，电源模块负责整个系统的电源和过载保护的工作。系统总体框架结构如图1所示。
2 系统硬件设计
GPS定位系统需要具备GPS信息的接收和实时显示的功能。为达到以上要求，AT89C52单片机的主要硬件[3]由LCD12864、GPS模块、天线、键盘等组成。下面分别介绍各个模块并给出其电路设计图[4]。
2.1单片机模块
在该系统中使用 AT89C52作为中央处理单元。作为单片机的入门学习芯片，AT89C52单片机为大多数人熟悉。它 具有结构简单、价格低廉的优点，适用于低层次的系统开发。并且能够直接输出TTL电平，具有GPGGA、 GPGSA、 GPRMC等数据输出格式。
2.2 GPS接收模块
GPS接收器的任务就是在一定卫星仰角捕获卫星信号选择的截止角以及跟踪卫星轨迹。此外， 接收方转换和接收放大GPS信号以及其他处理[5]，目的是为了测量从卫星到接收机天线GPS信号的传播时间，并破译GPS卫星导航实时发送的消息，然后计算站的3 维位置，甚至三维速度和时间。
NEO-6M由瑞士生产，具备良好的性能，其详细信息如下图2所示，包括序列号、电量和精度等。
GPS接收器有50个并行通道。NEO-6M为了低功耗和低成本而特别设计，它的应用能很大的突破智能电源管理功能。并且它能够通过接口和无线分别与LISA和U-LEON相连。而且，它可以适用于-40℃～ + 85℃。更重要的是，它有一个良好的抗干扰性能。
为了使NEO-6M处于良好的工作状态并且与整个系统兼容，设计出NEO-6M的外围电路如图3所示。
2.3 键盘输入
键盘输入在单片机应用系统的输入模式中是使用最广泛的方法之一。键盘用于输入单片机的数据或指令。键盘输入是由按钮或开关来完成的，不仅可以独立使用，也可以作为一个按键矩阵。
在GPS导航系统的设计中，由于所用按键端口比较少，因此采用独立键盘输入方式[6]不会过多地占用系统端口。另外这一设计还能大大提高单片机的运算速度。
2.4 LCD12864模块
在系统中，为了显示某些信息，如经度和纬度、日期时间、可见卫星个数等，必须有显示模块以接收单片机数据，并显示GPS信息[7]。这里使用LCD12864液晶显示器，这是因为它不仅具有体积小，低功耗，高可靠性，低成本，接口简单的优点而且可以显示各种图像和文本信息。
液晶显示器及其外围接口电路[8]如图4所示。
2.5 电源模块
系统设计应避免后级电路对前级电路电路的干扰，因此电池供电采用加电容滤波处理，以给单片机最小系统和液晶提供电量。单片机的引脚可以控制GPS的电源的开与关。 其电路设计如图5所示。
3 软件设计
该GPS设计的核心部分是GPS接收模块与单片机的通讯，以及单片机将收到的信息筛选编排显示位置后送到LCD液晶显示模块显示[9]。
在设计该程序时采用了模块化的思想，以便于软件的调试，同时也方便了该软件的移植，在不同的硬件平台上运行该软件只需要更改相应的软件模块就可以实现。该软件模块设计分为液晶模块初始化模块，GPS数据接收模块，单片机模块这三个主要模块。其程序流程图如图6所示。
4 总结
通过调试，在单片机系统中，GPS模块可以输出的实时经度、纬度、时间、日期等信息以及能够实现基本功能的定位。该系统的设计比较简单，硬件电路是普遍的，编程方便，所以该系统可被广泛应用。此外，根据该系统设计出来的GPS原型具有重量轻、体积小和成本低的优点，便于携带和使用，所以它具有较高的推广价值。
参考文献
[1] 潘旭华.大学C语言实用教程[M].北京：清华大学出版社，2011：21～250.
[2] 陈赛，李建朝. 基于单片机的多功能手持GPS定位仪的设计[J].测绘工程，2012，21（4）：57～60.
[3] 刘坤，赵红波，张宪栋.51单片机C语言应用开发技术大全[M].北京：人民邮电出版社，2012：229～430.
[4] 周灵彬，任开杰.基于Proteus的电路与PCB设计[M].北京：电子
工业出版社，2010：220～275.
[5] 赵志礼，孟庆辉，张松涛，杨云峰. 基于单片机的GPS定位信息处理[J].电子测试，2009，（10）：45～48.
[6] 付梦印，骆松洁. 基于C8051F单片机的GPS导航系统[J]. 制造业自动化，2004，（26）：395～397.
[7] 张涛.C8051F020单片机与GPS接收板串行通信的设计[J].计算机与数字工程，2011，39（8）：189～191.
[8] 赵建科，孙锦凤，段凤云.基于AT89S52单片机的GPS显示系统的设计[J].实验室科学，2012，15（6）：115～116
[9] 解宁波，曹红松，韩海涛. 基于单片机的GPS接收机的设计[J]. 机 械 管 理 开 发，2011，（4）：89～90.
[10] 黄凌. 基于单片机的GPS信息处理系统[J].现代电子技术，2007，（21）：60～75.
关键字 单片机 GPS LCD12864
0引言
全球定位系统是一个用于接收卫星导航信号的非自主导航与定位系统。该系统全球覆盖、全天候、连续的实时信息、高精度的三维位置、三维速度和时间信息的能力为人类的导航定位提供了可靠的保证。目前，GPS全球定位技术已日趋成熟并在经济、军事和社会生活等许多领域得到广泛应用，它正发挥着越来越重要的作用[1]- [3]。
本系统主要是基于AT89C52单片机开发环境和使用GPS技术来设计一个实时接收、经度和纬度的路线显示以及存储等功能的GPS。
1 方案设计
该系统主要是由GPS接收天线、GPS接收器模块、中央处理单元、液晶显示模块、电源模块和键盘接口组成[2]。
其中，GPS接收模块和中央处理单元模块（89C52）是该系统的核心部分。它们是负责GPS信号的接收和解调信号处理，控制工作过程等等。液晶显示模块用于显示定位、时间信息。键盘接口是作为人机交互端口。最后，电源模块负责整个系统的电源和过载保护的工作。系统总体框架结构如图1所示。
2 系统硬件设计
GPS定位系统需要具备GPS信息的接收和实时显示的功能。为达到以上要求，AT89C52单片机的主要硬件[3]由LCD12864、GPS模块、天线、键盘等组成。下面分别介绍各个模块并给出其电路设计图[4]。
2.1单片机模块
在该系统中使用 AT89C52作为中央处理单元。作为单片机的入门学习芯片，AT89C52单片机为大多数人熟悉。它 具有结构简单、价格低廉的优点，适用于低层次的系统开发。并且能够直接输出TTL电平，具有GPGGA、 GPGSA、 GPRMC等数据输出格式。
2.2 GPS接收模块
GPS接收器的任务就是在一定卫星仰角捕获卫星信号选择的截止角以及跟踪卫星轨迹。此外， 接收方转换和接收放大GPS信号以及其他处理[5]，目的是为了测量从卫星到接收机天线GPS信号的传播时间，并破译GPS卫星导航实时发送的消息，然后计算站的3 维位置，甚至三维速度和时间。
NEO-6M由瑞士生产，具备良好的性能，其详细信息如下图2所示，包括序列号、电量和精度等。
GPS接收器有50个并行通道。NEO-6M为了低功耗和低成本而特别设计，它的应用能很大的突破智能电源管理功能。并且它能够通过接口和无线分别与LISA和U-LEON相连。而且，它可以适用于-40℃～ + 85℃。更重要的是，它有一个良好的抗干扰性能。
为了使NEO-6M处于良好的工作状态并且与整个系统兼容，设计出NEO-6M的外围电路如图3所示。
2.3 键盘输入
键盘输入在单片机应用系统的输入模式中是使用最广泛的方法之一。键盘用于输入单片机的数据或指令。键盘输入是由按钮或开关来完成的，不仅可以独立使用，也可以作为一个按键矩阵。
在GPS导航系统的设计中，由于所用按键端口比较少，因此采用独立键盘输入方式[6]不会过多地占用系统端口。另外这一设计还能大大提高单片机的运算速度。
2.4 LCD12864模块
在系统中，为了显示某些信息，如经度和纬度、日期时间、可见卫星个数等，必须有显示模块以接收单片机数据，并显示GPS信息[7]。这里使用LCD12864液晶显示器，这是因为它不仅具有体积小，低功耗，高可靠性，低成本，接口简单的优点而且可以显示各种图像和文本信息。
液晶显示器及其外围接口电路[8]如图4所示。
2.5 电源模块
系统设计应避免后级电路对前级电路电路的干扰，因此电池供电采用加电容滤波处理，以给单片机最小系统和液晶提供电量。单片机的引脚可以控制GPS的电源的开与关。 其电路设计如图5所示。
3 软件设计
该GPS设计的核心部分是GPS接收模块与单片机的通讯，以及单片机将收到的信息筛选编排显示位置后送到LCD液晶显示模块显示[9]。
在设计该程序时采用了模块化的思想，以便于软件的调试，同时也方便了该软件的移植，在不同的硬件平台上运行该软件只需要更改相应的软件模块就可以实现。该软件模块设计分为液晶模块初始化模块，GPS数据接收模块，单片机模块这三个主要模块。其程序流程图如图6所示。
4 总结
通过调试，在单片机系统中，GPS模块可以输出的实时经度、纬度、时间、日期等信息以及能够实现基本功能的定位。该系统的设计比较简单，硬件电路是普遍的，编程方便，所以该系统可被广泛应用。此外，根据该系统设计出来的GPS原型具有重量轻、体积小和成本低的优点，便于携带和使用，所以它具有较高的推广价值。
参考文献
[1] 潘旭华.大学C语言实用教程[M].北京：清华大学出版社，2011：21～250.
[2] 陈赛，李建朝. 基于单片机的多功能手持GPS定位仪的设计[J].测绘工程，2012，21（4）：57～60.
[3] 刘坤，赵红波，张宪栋.51单片机C语言应用开发技术大全[M].北京：人民邮电出版社，2012：229～430.
[4] 周灵彬，任开杰.基于Proteus的电路与PCB设计[M].北京：电子
工业出版社，2010：220～275.
[5] 赵志礼，孟庆辉，张松涛，杨云峰. 基于单片机的GPS定位信息处理[J].电子测试，2009，（10）：45～48.
[6] 付梦印，骆松洁. 基于C8051F单片机的GPS导航系统[J]. 制造业自动化，2004，（26）：395～397.
[7] 张涛.C8051F020单片机与GPS接收板串行通信的设计[J].计算机与数字工程，2011，39（8）：189～191.
[8] 赵建科，孙锦凤，段凤云.基于AT89S52单片机的GPS显示系统的设计[J].实验室科学，2012，15（6）：115～116
[9] 解宁波，曹红松，韩海涛. 基于单片机的GPS接收机的设计[J]. 机 械 管 理 开 发，2011，（4）：89～90.
[10] 黄凌. 基于单片机的GPS信息处理系统[J].现代电子技术，2007，（21）：60～75.