基于51單片機(jī)GPS通訊

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1、 畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的GPS通信 專業(yè)名稱： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 6 摘要 隨著GPS 用戶設(shè)備價(jià)格的不斷下降和GPS 應(yīng)用研究的不斷深入, 大量GPS 用戶設(shè)備已用于艦船、飛機(jī)的導(dǎo)航、導(dǎo)彈衛(wèi)星測控、精密授時(shí)、作戰(zhàn)訓(xùn)練、石油資源開發(fā)等方面。近年來, 車輛的跟蹤和導(dǎo)航、農(nóng)業(yè)、公安和旅游等也納入GPS 的應(yīng)用范圍。 本人畢業(yè)設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)擴(kuò)展的方式, 并利用單片機(jī)作為中間媒介向微機(jī)提供信息服務(wù)。采用了型號(hào)為80C51 的單片機(jī)與Garmin 公司的GPS25 產(chǎn)品和“Jupiter

2、”GPS-OEM板接收機(jī)相連接, 80C51 接收GPS接收機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，與接收機(jī)之間進(jìn)行通信。將OEM板輸出的信息,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、圖象處理、坐標(biāo)系統(tǒng)變換,再加上無線通信技術(shù)、并行數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),即組成GPS 應(yīng)用系統(tǒng)。 本文介紹了GPS-OEM 板的組成和特點(diǎn),以Garmin 公司的GPS25 產(chǎn)品和“Jupiter”GPS-OEM板為例,與單片機(jī)串行通信相結(jié)合,闡述了如何利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)與GPS-OEM 板的通信功能。詳細(xì)介紹了GPS與單片機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)方法，GPS系統(tǒng)的組成和GPS接收機(jī)的工作原理，并介紹了GPS-OEM板的結(jié)構(gòu)，單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理，等等，對G

3、PS及其定位技術(shù)應(yīng)用的研究和GPS OEM板的二次開發(fā)有很好的幫助作用。 關(guān)鍵詞 GPS接收機(jī);單片機(jī)；通信 Abstract With the price of GPS user equipment falling and GPS application research, a GPS device has been used for ships, users of the aircrafts navigation, missiles, satellites, and precise control of petroleum resources explo

4、itation operations, etc. In recent years, the vehicle tracking and navigation, agriculture, public security and tourism also included the application scope of GPS. I am a graduate design adopted MCU expansion, and USES single chip microcomputer as intermediary to provide information service. Using

5、the 80C51 SCM and the model for the GPS25 Garmin company products and "Jupiter" GPS receivers connected - OEM plate 80C51 GPS receivers, sending data, and the receiver. Will the information output, OEM board using computer data acquisition, image processing, coordinate system transformation, plus wi

6、reless communication technology, parallel database technology, network technology, application system composed of GPS. The text introduces the composition and characteristics of the GPS - OEM board. With the GPS25products of the company Garmin and "Jupiter" GPS - OEM board for example, combined wit

7、h SCM serial communication, expounds how to realize the communication function with SCM and GPS - OEM. Chore is OEM4-G2 OEM-board and single chip processor. The design project of the GPS receivers and the design method of hardware and software are presented in detail, and the consists of GPS system

8、and the composition and the operating principle of the GPS receiver are discussed in the thesis. Some message described in the thesis, such as the basic structure of GPS-OEM and single chip processor, the consists of positioning system, the method and the skill of processing original data through si

9、ngle chip ,and so on, is very useful for studying GPS and its applications in integrated navigation, and re-development on GPS-OEM. KEY WORDS GPS receivers, SCM, communication 目 錄 1．緒論 1 1.1 引言 1 1.2 研究重點(diǎn) 1 1.3 研究的意義 2 2．系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2 2.1系統(tǒng)框架 2 2.2 總體設(shè)計(jì)思想 3 2.3 單片機(jī)概述 3 2.3．1單片機(jī)

10、主流產(chǎn)品系列 3 2.3.2 單片機(jī)型號(hào)選擇 4 2.3.3 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 4 2.4 MCS-51的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 5 2.4.1 MCS-51的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu) 5 2.4.2 MCS-51的引腳描述 7 2.4.3 存儲(chǔ)器配置 7 2.4.4 輸入/輸出端口 10 2.4.5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 10 2.4.6 串行接口 12 2.4.7 中斷 13 2.5 抗干擾復(fù)位 17 2.6 晶振 17 2.7 8251可編程串行接口芯片 18 2.7.1 8251A與CPU的連接信號(hào) 18 2.7.2 8251A 與外部設(shè)備之間的連接信號(hào) 19 2.7.3. 時(shí)鐘

11、、電源和地 20 2.8 74ls373 21 3. GPS系統(tǒng)原理概述 22 3.1 GPS的組成 22 3.1.1 GPS空間部分 23 3.1.2 地面監(jiān)控部分 24 3.1.3 用戶設(shè)備部分 24 3.2 GPS接收機(jī)及其工作原理 25 3.2.1 GPS接收原理 25 3.2.2 GPS接收機(jī)概述 25 3.2.3 GPS接收機(jī)工作原理 27 3.3 “Jupiter” GPS/OEM板 28 3.4 GARMIN公司的GPS25板 29 3.5 GPS-OEM板的組成與原理 31 3.6　GPS-OEM板輸出數(shù)據(jù)格式 31 3.6.1 GPS-OEM

12、板的輸出信號(hào) 31 3.6.2 NMEA-0183 的語句格式 32 4.　GPS-OEM 板與MCS-51 單片機(jī)的信息交換 34 4. 1　設(shè)計(jì)要求 34 4. 2　分析 34 4. 3　設(shè)計(jì) 35 4. 3. 1 硬件連接 35 4. 3. 2 軟件實(shí)現(xiàn) 35 5. 結(jié)束語 37 致謝 38 參考文獻(xiàn) 38 基于GPS的單片機(jī)通信 1．緒論 1.1 引言 GPS 是英文Navigation Satellite Timing and Ranging Global Posit ion

13、 System 的字頭簡稱。它利用導(dǎo)航衛(wèi)星為全球用戶提供實(shí)時(shí)的、高精度的三維速度的時(shí)間信息。 隨著GPS 用戶設(shè)備價(jià)格的不斷下降和GPS 應(yīng)用研究的不斷深入, 大量GPS 用戶設(shè)備已用于艦船、飛機(jī)的導(dǎo)航、導(dǎo)彈衛(wèi)星測控、精密授時(shí)、作戰(zhàn)訓(xùn)練、石油資源開發(fā)等方面。近年來, 車輛的跟蹤和導(dǎo)航、農(nóng)業(yè)、公安和旅游等也納入GPS 的應(yīng)用范圍。 在GPS 接收機(jī)的二次開發(fā)過程中, 我們采用了單片機(jī)擴(kuò)展的方式, 并利用單片機(jī)作為中間媒介向微機(jī)提供信息服務(wù)。我們采用了型號(hào)為80C51 的單片機(jī)與Garmin 公司的GPS25 產(chǎn)品和“Jupiter”GPS-OEM板接收機(jī)相連接, 80C51 接收GPS接收機(jī)

14、發(fā)送的數(shù)據(jù)，與接收機(jī)之間進(jìn)行通信。 GPS 接收機(jī)的OEM(Original Equipment Manufacturer) 板,以其優(yōu)良性能、輕巧靈便、易于開發(fā)的特點(diǎn),現(xiàn)已在GPS 各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。將OEM板輸出的信息,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、圖象處理、坐標(biāo)系統(tǒng)變換,再加上無線通信技術(shù)、并行數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),即組成GPS 應(yīng)用系統(tǒng)。 近年來,Ashtech ,Trimble ,Motorola ,Novtatel ,Gamin 等公司都推出了自己的GPS 接收機(jī)產(chǎn)品。本文以Garmin 公司的GPS25 產(chǎn)品和“Jupiter”GPS-OEM板為例,與單片機(jī)串行通信相結(jié)合,闡述

15、了如何利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)與GPS-OEM 板的通信功能。 1.2 研究重點(diǎn) MCS-51單片機(jī)的研究與開發(fā)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，它不光是程序控制模塊，也是連接GPS-OEM板的重要模塊。單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)。它是把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)ROM、I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通訊接口等部件制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。通過運(yùn)行事先編制好并寫入其中的程序，將OEM板輸出的信息,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、圖象處理、坐標(biāo)系統(tǒng)變換,再加上無線通信技術(shù)、并行數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),即組成GPS 應(yīng)用系統(tǒng)。這就是基本的程序運(yùn)行流

16、程。當(dāng)然程序的設(shè)計(jì)與開發(fā)離不開對單片機(jī)的深入認(rèn)識(shí)。 1.3 研究的意義 移動(dòng)定位與導(dǎo)航隨GPS技術(shù)的成熟與廣泛應(yīng)用而變的日益迫切，無線通信技術(shù)的日益成熟與產(chǎn)品的推陳出新成為無線數(shù)據(jù)產(chǎn)品和因特網(wǎng)(Internet)在人類生活中的一種彌補(bǔ)和延伸，更重要的是滿足了人們“隨處定位”的愿望。 本論文的意義在于將移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的空間信息服務(wù)中，將革命性的改變傳統(tǒng)的基于位置的服務(wù)機(jī)制，使作為主體的人、作為客體的真實(shí)世界以及經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字世界三者無縫的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)不受任何時(shí)間和空間局限的互動(dòng)，最終目的是根本性地改變?nèi)伺c數(shù)字地球、人與現(xiàn)實(shí)世界的交互方式，能夠?yàn)槿魏位诳臻g的作業(yè)系統(tǒng)如導(dǎo)航、數(shù)

17、字戰(zhàn)場、野外采樣、物流管理、智能交通、旅游、資源管理、娛樂等提供全新的作業(yè)模式。 2．系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)框架 MCS-51 單片機(jī)與OEM 板之間選用8251 可編程串行接口芯片, 8251的RXRDY 和TXRDY 邏輯組合后, 作為單片機(jī)的外部中斷請求源, 電平轉(zhuǎn)換器采用MAX232 芯片。 MCS-51 單片機(jī) 編程串行接口芯片 電平轉(zhuǎn)換器 GPS-OEM 板 邏輯模塊 外部中斷請求模塊 圖2-1 系統(tǒng)總體框圖 2.2 總體設(shè)計(jì)思想 在GPS 接收機(jī)的二次開發(fā)過程中, 我們采用了單片機(jī)擴(kuò)展的方式, 并利用單片機(jī)作為中間媒介向微機(jī)提供信息服務(wù)。我們采用了型

18、號(hào)為80C51 的單片機(jī)與Garmin 公司的GPS25 產(chǎn)品和“Jupiter”GPS-OEM板接收機(jī)相連接, 80C51 接收GPS接收機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，與接收機(jī)之間進(jìn)行通信。 GPS 接收機(jī)的OEM(Original Equipment Manufacturer) 板,以其優(yōu)良性能、輕巧靈便、易于開發(fā)的特點(diǎn),現(xiàn)已在GPS 各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。將OEM板輸出的信息,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、圖象處理、坐標(biāo)系統(tǒng)變換,再加上無線通信技術(shù)、并行數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),即組成GPS 應(yīng)用系統(tǒng)。 2.3 單片機(jī)概述 2.3．1單片機(jī)主流產(chǎn)品系列 MCS-51單片機(jī)是美國INTEL公司于1980

19、年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有8031（內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，實(shí)際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）和8751等通用產(chǎn)品。一直到現(xiàn)在，MCS-51內(nèi)核系列兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品（比如目前流行的89S51、已經(jīng)停產(chǎn)的89C51等），有些文獻(xiàn)甚至也將8051泛指MCS-51系列單片機(jī)，8051是早期的最典型的代表作，由于MCS-51單片機(jī)影響深遠(yuǎn)，許多公司都推出了兼容系列單片機(jī)，就是說MCS-51內(nèi)核實(shí)際上已經(jīng)成為一個(gè)8位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。其他公司的51單片機(jī)產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品。同樣的一段程序，在各

20、個(gè)單片機(jī)廠家的硬件上運(yùn)行的結(jié)果都是一樣的，如ATMEL的89C51（已經(jīng)停產(chǎn)）、89S51，PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，現(xiàn)在，89S51目前已經(jīng)成為了實(shí)際應(yīng)用市場上新的寵兒，作為市場占有率第一的Atmel目前公司已經(jīng)停產(chǎn)AT89C51，將用AT89S51代替。89S51在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，89S51采用0.35新工藝，成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。89SXX可以像下兼容89CXX等51系列芯片。同時(shí)，Atmel不再接受89CXX的定單，大家在市場上見到的89C51實(shí)際都是Atmel前期生產(chǎn)的巨量庫存而已。 2.3.2 單片機(jī)型號(hào)選擇 89S51相對于89

21、C51增加的新功能包括： ISP在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢在于改寫單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要 把芯片從工作環(huán)境中剝離，這是個(gè)強(qiáng)大易用的功能；最高工作頻率為33MHz， 從而具有了更快的計(jì)算速度；有雙工UART串行通道；內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指示器；電源關(guān)閉標(biāo)識(shí)；全新的加密算法，這使得對于89S51的解密變?yōu)椴豢赡埽绦虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯。本次項(xiàng)目主控單元采用的是AT89S52,51跟52的主要區(qū)別在于，多了一個(gè)定時(shí)器2，RAM變成256byte,FLASH變成8k。另外，串行通信擴(kuò)展模塊采用的是AT89C2051，2051與S51的主要區(qū)別在于

22、2051引腳較少，只有20根，相應(yīng)的占PCB面積小。并且2051價(jià)格低廉，從目前市場上的價(jià)格來看僅是S52的一半還不到，在同樣可以滿足系統(tǒng)要求的情況下，我們首選了2051。 2.3.3 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機(jī)主要應(yīng)用領(lǐng)域有：智能化電器；辦公設(shè)備；商業(yè)營銷設(shè)備；工業(yè)自動(dòng)化控制；智能化儀表；智能化通信產(chǎn)品：其中最突出的是手機(jī)，手機(jī)內(nèi)的芯片屬專用型單片機(jī)；汽車電子產(chǎn)品；航空航天系統(tǒng)和國防軍事、尖端武器等領(lǐng)域。其實(shí)單片機(jī)應(yīng)用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在可以采用

23、單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱為微控技術(shù)。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣，微控制技術(shù)將不斷發(fā)展完善。 2.4 MCS-51的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2.4.1 MCS-51的內(nèi)部總體結(jié)構(gòu) MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部基本組成如下：中央處理單元CPU：包括運(yùn)算器和控制器兩部分電路；內(nèi)部程序存儲(chǔ)器：用于存放程序和原始數(shù)據(jù)；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：用于程序運(yùn)行中存儲(chǔ)工作變量和數(shù)據(jù)；并行輸入/輸出口：用作系統(tǒng)總線、擴(kuò)展外存、I/O接口芯片；定時(shí)器和計(jì)數(shù)器：用于實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和定時(shí)功能；串行輸入/輸出口UART：可以實(shí)現(xiàn)串行通信、擴(kuò)展I/O接口芯片；中斷控制：單片機(jī)提供五個(gè)中斷源、兩級(jí)優(yōu)先，可編

24、程進(jìn)行控制；時(shí)鐘電路：分為內(nèi)部振蕩器、外接振蕩電路。 PSW ALE/PROG PSEN EA/ Vpp RST 外接晶振 OSC P1.0-P1.7 P3.0-P3.7 PORT 3 DRIVERS PORT 1 DRIVERS PORT 1 LATCH PORT 3 LATCH INSTRUCTION REGISTER TIMING AND CONTROL INTERRUPT,SERAL,PORT,AND,TIMER CLOCKS ALU TM

25、P2 TMP1 B REGISTER ACC STACK POINTER GND VCC P0.0-P0.7 P2.0-P2.7 FLASH PORT 2 DRIVERS PORT 0 DRIVERS PORT 2 LATCH PORT 0 LATCH RAM RAM AODR REGSTER PROGRAM ADDRESS REGISTER DPTR PROGRAM COUNTER PC INCREMENTER BUFFER

26、 圖2-2 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)總體框圖 2.4.2 MCS-51的引腳描述 圖2－2顯示的是主流MCS-51單片機(jī)的引腳配置圖。引腳可分為以下四類： 1．主電源引腳VCC和VSS 2．外接晶振引腳XTAL1和XTAL2 3．控制或其他電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/、和/VPP 4．輸入/輸出引腳P0、P1、P2、P3（共32根） 圖2-3 MCS-51單片機(jī)的引腳配置圖 2.4.3 存儲(chǔ)器配置 MCS-51的存儲(chǔ)器采用哈佛結(jié)構(gòu)，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間是分開的，對51系列而言，有四個(gè)物理上相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器空間，即內(nèi)外程序

27、存儲(chǔ)器，內(nèi)外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 物理上分為：4個(gè)空間，即片內(nèi)ROM、片外ROM、片內(nèi)RAM、片外RAM 邏輯上分為：3個(gè)空間， 即程序內(nèi)存（片內(nèi)、外）統(tǒng)一編址 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（片內(nèi)） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（片外） （1）.程序存儲(chǔ)器 一個(gè)微處理器能夠聰明地執(zhí)行某種任務(wù)，除了它們強(qiáng)大的硬件外，還需要運(yùn)行的軟件，其實(shí)微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預(yù)先編寫的程序而執(zhí)行。那么設(shè)計(jì)人員編寫的程序就存放在微處理器的程序存儲(chǔ)器中，俗稱只讀程序存儲(chǔ)器（ROM）。MCS-51具有64KB程序存儲(chǔ)器尋址空間，它是用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。51片內(nèi)有4KB的程序存儲(chǔ)單元，其地址為0000H—0FFFH，

28、單片機(jī)啟動(dòng)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為0000H，所以系統(tǒng)將從0000H單元開始執(zhí)行程序。但在程序存儲(chǔ)中有些特殊的單元，這在使用中應(yīng)加以注意：其中一組特殊是0000H—0002H單元，系統(tǒng)復(fù)位后，PC為0000H，單片機(jī) 從0000H單元開始執(zhí)行程序，如果程序不是從0000H單元開始，則應(yīng)在這三個(gè)單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，讓CPU直接去執(zhí)行用戶指定的程序。另一組特殊單元是0003H—002AH，這40個(gè)單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下： 0003H—000AH外部中斷0中斷地址區(qū)。 000BH—0012H定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū)。 0013H—001AH外部中斷1中

29、斷地址區(qū)。 001BH—0022H定時(shí)/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū)。 0023H—002AH串行中斷地址區(qū)。 可見以上的40個(gè)單元是專門用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應(yīng) 后，按中斷的類型，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各自的中斷區(qū)去執(zhí)行程序。因此以上地址單元不能用于存放程序的其他內(nèi)容，只能存放中斷服務(wù)程序。但是通常情況下，每段只有8個(gè)地址單元是不能存下完整的中斷服務(wù)程序的，因而一般也在中斷響應(yīng)的地址區(qū)安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，指向程序存儲(chǔ)器的其它真正存放中斷服務(wù)程序的空間去執(zhí)行,這樣中斷響應(yīng)后，CPU讀到這條轉(zhuǎn)移指令，便轉(zhuǎn)向其他地方去繼續(xù)執(zhí)行中斷服務(wù)程序。 （2）.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也稱為隨機(jī)存取數(shù)據(jù)

30、存儲(chǔ)器。MCS-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物 理上和邏輯上都分為兩個(gè)地址空間，一個(gè)是內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和一個(gè)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。MCS-51內(nèi)部RAM有128或256個(gè)字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（不同的型號(hào)有分別），它們是用于存放執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的。MCS-51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可讀寫，部分單元還可以位尋址。一般的51單片機(jī)內(nèi)部RAM共有256個(gè)單元，這256個(gè)單元共分為兩部分。其一是地址從00H—7FH單元（共128個(gè)字節(jié)）為用戶數(shù)據(jù)RAM。從80H—FFH地址單元（也是128個(gè)字節(jié)）為特殊寄存器（SFR）單元。從下圖中可清楚地看出它們的結(jié)構(gòu)分布。 只能字節(jié)尋址 可字節(jié)尋址 亦可

31、位尋址 全部可位尋址 共16個(gè)字節(jié) 128位 4組通用寄存器R0-R7也可作RAM使用，R0、 R1亦可位尋址 FFH 80H 7FH 20H 2FH 00H 20H 1FH 特殊功能寄存器區(qū)（SFR） 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)堆棧區(qū)工作單元 位尋址區(qū) 3區(qū) 2區(qū) 1區(qū) 0區(qū) 2-4 內(nèi)部RAM分配圖 在00H—1FH共32個(gè)單元中被均勻地分為四塊，每塊包含八個(gè)8位寄存器， 均以R0—R7來命名，我們常稱這些寄存器為通用寄存器。CPU只要定義這個(gè)寄存的PSW的第3和第4位（RS0和RS

32、1），即可選中這四組通用寄存器。對應(yīng)的編碼關(guān)系如圖表2－1所示。 表2-1 PSW與工作寄存器關(guān)系 PSW.4 (RS!) PSW.3(RS0) 工作寄存器區(qū) 0 0 0區(qū)00H—07H 0 1 1區(qū)08H—0FH 1 0 2區(qū)10H—17H 1 1 3區(qū)18H—1FH 特殊功能寄存器（SFR）也稱為專用寄存器，特殊功能寄存器反映了MCS-51 單片機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。[9]很多功能也通過特殊功能寄存器來定義和控制程序的執(zhí)行。MCS-51有21個(gè)特殊功能寄存器，它們被離散地分布在內(nèi)部RAM的 80H—FFH地址中，這些寄存器的功能已作了專門的規(guī)定，所以用戶不

33、能修改其結(jié)構(gòu)。內(nèi)部RAM的20H—2FH單元為位尋址區(qū)，既可作為一般單元用字節(jié)尋址，也可對它們的位進(jìn)行尋址。位尋址區(qū)共有16個(gè)字節(jié)，128個(gè)位，位地址為00H—7FH。CPU能直接尋址這些位，執(zhí)行例如置“1”、清“0”、求“反”、轉(zhuǎn)移，傳送和邏輯等操作。我們常稱MCS-51具有布爾處理功能，布爾處理的存儲(chǔ)空間指的就是這些為尋址區(qū)。 2.4.4 輸入/輸出端口 MCS-51單片機(jī)有4個(gè)雙向并行的8位I/O口P0～P3，P0口為三態(tài)雙向口， 可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL電路，P1、P2、P3口為準(zhǔn)雙向口，其負(fù)載能力為4個(gè)TTL電路。 P0.0～P0.7（39～32腳）：8位漏極開路的三態(tài)雙向輸入/輸出

34、口?？勺鳛橐话愕腎/O口使用，也可作為數(shù)據(jù)線、地址線使用。P1.0～P1.7（1～8腳）：8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。P1口通常作為通用I/O口使用。作為輸出口時(shí)，由于電路內(nèi)部已經(jīng)帶上拉電阻，因此P1 P2 S1 P2 指令周期機(jī)器周期 S2S3 S4 S5 S6 S1 S2 S3 S4S5 S6 P1 P2 P1 P2 P1P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2XTAL2 (OSC) 振蕩周期 時(shí)鐘周期 無需外接上拉電阻；作為輸入口時(shí)，也需先向鎖存器寫入“1”。是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I/O口。本次項(xiàng)目中就是利用他

35、們進(jìn)行模擬串行通信。P2.0～P2.7（21～28腳）：8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。P2口可作為通用I/O口使用，也可作為高位地址線使用的。P3.0～P3.7（10～17腳）：8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。P3口可作為通用I/O口使用，也可作為第二功能需要來用的。對于P3口，實(shí)際上，都是先按需要選取第二功能，多余的再作為輸入輸出口使用 2.4.5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 MCS-51的單片機(jī)內(nèi)有兩個(gè)16位可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，它們具有四種工作方式，其控制字和狀態(tài)均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過對控制寄存器的編程，就可方便地選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞?。定時(shí)器在本次項(xiàng)目中需要用到地方

36、較多。 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖2-5 MCS-51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)圖 定時(shí)器T0由特殊功能寄存器TL0（低8位）和TH0（高8位）構(gòu)成，定時(shí) 器T1由特殊功能寄存器TL1（低8位）和TH1（高8位）構(gòu)成。特殊功能寄存器TMOD控制定時(shí)寄存器的工作方式，TCON則用于控制定時(shí)器T0和T1的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)管理定時(shí)器T0和T1的溢出標(biāo)志等。程序開始時(shí)需對TL0、TH0、TL1和TH1進(jìn)行初始化編程，以定義它們的工作方式和控制T0和T1的計(jì)數(shù)。TMOD和TCON這兩個(gè)特殊功能寄存器的格式參見下表： 表2-2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式控制字TMO

37、D D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 TI方式字段 TO方式字段 表2-3 定時(shí)器控制寄存器TCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 MCS-51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器共有四種工作方式，我們將逐個(gè)了解下，并著重介紹 本次項(xiàng)目采用的工作方式2。工作方式0：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的工作方式0是13位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的工作方式，其計(jì)數(shù)器由TH的全部8位和TL的低5位構(gòu)成，TL的高3位沒有

38、使用。定時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為：(213—計(jì)數(shù)初值)晶振周期12或(213—計(jì)數(shù)初值)機(jī)器周期，其時(shí)間單位與晶振周期或機(jī)器周期相同。 工作方式1：方式0和方式1的區(qū)別僅在于計(jì)數(shù)器的位數(shù)不同，方式0為13位，而方式1則為16位，由TH0作為高8位，TL0為低8位，定時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為：（216－計(jì)數(shù)初值）晶振周期12或（216—計(jì)數(shù)初值）機(jī)器周期。工作方式2：當(dāng)M1M0=10時(shí),定時(shí)/計(jì)數(shù)器處于工作方式2.此時(shí)定時(shí)器的等效電路如圖2－5所示。我們以定時(shí)/計(jì)數(shù)器0為例,定時(shí)/計(jì)數(shù)器1與之完全一致 圖2-6 定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式2等效電路 工作方式0和工作方式1的最大特點(diǎn)就是計(jì)數(shù)溢出后，計(jì)

39、數(shù)器為全0，因而 循環(huán)定時(shí)或循環(huán)計(jì)數(shù)應(yīng)用時(shí)就存在反復(fù)設(shè)置初值的問題，這給程序設(shè)計(jì)帶來許多不便，同時(shí)也會(huì)影響計(jì)時(shí)精度，工作方式2就針對這個(gè)問題而設(shè)置，它具有自動(dòng)重裝載功能，即自動(dòng)加載計(jì)數(shù)初值，所以也有的文獻(xiàn)稱之為自動(dòng)重加載工作方式。在這種工作方式中，16位計(jì)數(shù)器分為兩部分，即以TL0為計(jì)數(shù)器，以TH0作為預(yù)置寄存器，初始化時(shí)把計(jì)數(shù)初值分別加載至TL0和TH0中，當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，不再象方式0和方式1那樣需要“人工干預(yù)”，由軟件重新賦值，而是由預(yù)置寄存器TH以硬件方法自動(dòng)給計(jì)數(shù)器TL0重新加載。但這種方式也有其不利的一面，就是這樣一來的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)只有8位，計(jì)數(shù)值有限，最大只能到255。所以這種工作方式

40、很適合于那些重復(fù)計(jì)數(shù)的應(yīng)用場合。例如我們可以通過這樣的計(jì)數(shù)方式產(chǎn)生中斷，從而產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的脈沖。也可以當(dāng)作串行數(shù)據(jù)通信的波特率發(fā)送器使用。本次項(xiàng)目中的波特率就采用T1的方式二產(chǎn)生。工作方式3：在工作方式3模式下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0被拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0。其中TL0既可以作計(jì)數(shù)器使用，也可以作為定時(shí)器使用，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的各控制位和引腳信號(hào)全歸它使用。其功能和操作與方式0或方式1完全相同。TH0就沒有那么多“資源”可利用了，只能作為簡單的定時(shí)器使用，而且由于定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的控制位TR1和TF1，也就是以計(jì)數(shù)溢出去置位TF1，TR

41、1則負(fù)責(zé)控制TH0定時(shí)的啟動(dòng)和停止。 2.4.6 串行接口 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工的串行通信口，即串行接收和發(fā)送緩沖器（SBUF），這兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收發(fā)送器，既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。但接收緩沖器只能讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器則只能寫入不能讀出，它們的地址為99H。這個(gè)通信口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口。常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙工和多工方式。 2.4.7 中斷 單片機(jī)中CPU只有一個(gè)，但在同一時(shí)間內(nèi)可能會(huì)面臨著處理很多任務(wù)

42、的情況，如運(yùn)行主程序、數(shù)據(jù)的輸入和輸出，定時(shí)和計(jì)數(shù)時(shí)間已到要處理、可能還有一些外部的更重要的中斷請求（如超溫超壓）要先處理。此時(shí)也得象人的思維一樣停下某一樣（或幾樣）工作先去完成一些緊急任務(wù)的中斷方法。這樣的處理方法上升到計(jì)算機(jī)理論，就是一個(gè)資源面對多項(xiàng)任務(wù)的處理方式。由于資源有限，面對多項(xiàng)任務(wù)同時(shí)要處理時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)資源競爭的現(xiàn)象。中斷技術(shù)就是為了解決資源競爭的一個(gè)可行的方法，采用中斷技術(shù)可使多項(xiàng)任務(wù)共享一個(gè)資源。MCS-51提供了5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)控制，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)中斷服務(wù)嵌套。[11]當(dāng)CPU支持中斷屏蔽指令后，可將一部分或所有的中斷關(guān)斷，只有打開相應(yīng)的中斷控制位后，方可接收相應(yīng)的中

43、斷請求。程序設(shè)置中斷的允許或屏蔽，也可設(shè)置中斷的優(yōu)先級(jí)。 圖2-7 MCS-51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 等CPU響應(yīng)中斷請求后，就立即轉(zhuǎn)入執(zhí)行中斷服務(wù)程序。不同的中斷源、 不同的中斷要求有不同的中斷處理方法，但它們的處理流程一般都如下所述： （1）.現(xiàn)場保護(hù)和現(xiàn)場恢復(fù) 中斷是在執(zhí)行其它任務(wù)的過程中轉(zhuǎn)去執(zhí)行臨時(shí)的任務(wù)，為了在執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，回頭執(zhí)行原先的程序時(shí)，知道程序原來在何處打斷的，各有關(guān)寄存器的內(nèi)容如何，就必須在轉(zhuǎn)入執(zhí)行中斷服務(wù)程序前，將這些內(nèi)容和狀態(tài)進(jìn)行備份—即保護(hù)現(xiàn)場。中斷服務(wù)程序完成后，繼續(xù)執(zhí)行原先的程序，就需把保存的現(xiàn)場內(nèi)容從堆棧中彈出，恢復(fù)寄存器和存儲(chǔ)單元的原有內(nèi)容，這

44、就是現(xiàn)場恢復(fù)。如果在執(zhí)行中斷服務(wù)時(shí)不是按上述方法進(jìn)行現(xiàn)場保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場，就會(huì)是程序運(yùn)行紊亂，程序跑飛，自然使單片機(jī)不能正常工作。 （2）.中斷打開和中斷關(guān)閉 在中斷處理進(jìn)行過程中，可能又有新的中斷請求到來，而現(xiàn)場保護(hù)和現(xiàn)場恢復(fù)的操作是不允許打擾的，否則保護(hù)和恢復(fù)的過程就可能使數(shù)據(jù)出錯(cuò)，為此在進(jìn)行現(xiàn)場保護(hù)和現(xiàn)場恢復(fù)的過程中，必須關(guān)閉總中斷，屏蔽其它所有的中斷，待這個(gè)操作完成后再打開總中斷，以便實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。 （3）.中斷服務(wù)程序 既然有中斷產(chǎn)生，就必然有其具體的需執(zhí)行的任務(wù)，中斷服務(wù)程序就是執(zhí)行中斷處理的具體內(nèi)容，一般以子程序的形式出現(xiàn)，所有的中斷都要轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，進(jìn)行中斷服務(wù)。

45、 （4）.中斷返回 中斷返回就是程序運(yùn)行從中斷服務(wù)程序轉(zhuǎn)回到原工作程序上來。MCS-51有5個(gè)中斷源，它們是兩個(gè)外中斷INT0和INT1、兩個(gè)片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷TF0和TF1，一個(gè)是片內(nèi)串行口中斷TI或RI，這幾個(gè)中斷源由SCON和TCON兩個(gè)特殊功能寄存器進(jìn)行控制。SCON是串行口控制寄存器，字節(jié)地址為98H，SCON的低二位是串行口的發(fā)送和接收中斷標(biāo)志。TI：MCS-51串行口的發(fā)送中斷標(biāo)志，在串行口以方式0發(fā)送時(shí)，每當(dāng)發(fā)送完8位數(shù)據(jù)，由硬件置位。如果以方式1、方式2或方式3發(fā)送時(shí)，在發(fā)送停止位的開始時(shí)TI被置1，TI=1表示串行發(fā)送器正向CPU發(fā)出中斷請求，向串行口的數(shù)據(jù)緩沖器

46、SBUF寫入一個(gè)數(shù)據(jù)后就立即啟動(dòng)發(fā)送器繼續(xù)發(fā)送。但是CPU響應(yīng)中斷請求后，轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)，并不清零TI，TI必須由用戶的中斷服務(wù)程序清“0”，即中斷服務(wù)程序必須有“CLR TI”或“ANL SCON,#0FDH”等指令來清零TI。 RI：串行口接收中斷標(biāo)志，若串行口接收器允許接收,并以方式0工作,每當(dāng) 接收到8位數(shù)據(jù)時(shí),RI被置1,若以方式1、2、3方式工作，當(dāng)接收到半個(gè)停止位時(shí)，TI被置1，當(dāng)串行口一方式2或3方式工作，且當(dāng)SM2=1時(shí)，僅當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)RB8為1后，同時(shí)還要在接收到半個(gè)停止位時(shí)，RI被置1。RI為1 表示串行口接收器正向CPU申請中斷。同樣RI標(biāo)志由用戶的

47、軟件清“0”。 在TCON中有以下四位與中斷控制有關(guān)：IE1:外部邊沿觸發(fā)中斷1請求標(biāo)志。 IT1:外部中斷1類型控制位，通過軟件設(shè)置或清除，用于控制外中斷的觸發(fā) 信號(hào)類型。IT1=1，邊沿觸發(fā)。IT=0是電平觸發(fā)。IE0:外部邊沿觸發(fā)中斷0請求標(biāo)志，其功能和操作類似于IE1。IT0:外部中斷0類型控制位，其功能和操作類似于IT1。對于中斷控制，已經(jīng)對TCON和SCON進(jìn)行了分析，其實(shí)它們兩個(gè)寄存器也是中斷的控制寄存器，負(fù)責(zé)對中斷的部分功能進(jìn)行控制。接下來介紹另外兩個(gè)控制寄存器IE和IP。MCS-51的對中斷的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制來實(shí)現(xiàn)的，IE的結(jié)構(gòu)格式如下： 表2

48、-4 IE寄存器結(jié)構(gòu) IE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA -- -- ES ET1 EX1 ET0 EX0 位地址 AFH ACH ABH AAH A9H A8H 下面我們對IE寄存器的各控制位進(jìn)行介紹： EA:中斷總控制位，EA=1，CPU開放中斷。EA=0，CPU禁止所有中斷。 ES:串行口中斷控制位，ES=1允許串行口中斷，ES=0，屏蔽串行口中斷。 ET1:定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷控制位。ET1=1，允許T1中斷，ET1=0，禁止T1 中斷。 EX1:外中斷1中斷控制位，EX1=1，允許外中斷1

49、中斷，EX1=0，禁止外中 斷1中斷。 ET0:定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷控制位。ET0=1，允許T0中斷，ET0=0，禁止T0 中斷。 EX0:外中斷0中斷控制位，EX0=1，允許外中斷0中斷，EX0=0，禁止外中 斷0中斷。 一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)通常有多個(gè)中斷源，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)中斷源同時(shí)提出中斷請求的情況，為使CPU能夠根據(jù)中斷源的重要程度，按照輕重緩急的次序響應(yīng)中斷，就必須給每個(gè)中斷源安排一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)別。這就是優(yōu)先級(jí)寄存IP的作用了，IP的格式如下，字節(jié)地址是B8H。 表2-5 IP中斷控制寄存器結(jié)構(gòu) IP D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1

50、 D0 -- -- -- PS PT1 PX1 PT0 PX0 位地址 BCH BBH BAH B9H B8H PS:串行口中斷口優(yōu)先級(jí)控制位，PS=1，串行口中斷聲明為高優(yōu)先級(jí)中斷， PS=0，串行口定義為低優(yōu)先級(jí)中斷。 PT1:定時(shí)器1優(yōu)先級(jí)控制位。PT1=1，聲明定時(shí)器1為高優(yōu)先級(jí)中斷，PT1=0 定義定時(shí)器1為低優(yōu)先級(jí)中斷。 PX1:外中斷1優(yōu)先級(jí)控制位。PX1=1，聲明外中斷1為高優(yōu)先級(jí)中斷，PX1=0 定義外中斷1為低優(yōu)先級(jí)中斷。 PT0:定時(shí)器0優(yōu)先級(jí)控制位。PT0=1，聲明定時(shí)器0為高優(yōu)先級(jí)中斷，PT0=0 定義定時(shí)

51、器0為低優(yōu)先級(jí)中斷。 PX0:外中斷0優(yōu)先級(jí)控制位。PX0=1，聲明外中斷0為高優(yōu)先級(jí)中斷，PX0=0 定義外中斷0為低優(yōu)先級(jí)中斷。 MCS-51的CPU在每一個(gè)機(jī)器周期的S5P2狀態(tài)順序檢查每一個(gè)中斷源，在 機(jī)器周期的S6按優(yōu)先級(jí)處理所有被激活的中斷請求，此時(shí)，如果CPU沒有正在處理更高或相同優(yōu)先級(jí)的中斷，或者現(xiàn)在的機(jī)器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，或者CPU不是正在執(zhí)行RETI指令或訪問IE和IP的指令（因?yàn)榘碝CS-51中斷系統(tǒng)的特性規(guī)定，在執(zhí)行完這些指令之后，還要在繼續(xù)執(zhí)行一條指令，才會(huì)響應(yīng)中斷），CPU在下一個(gè)機(jī)器周期響應(yīng)激活了的最高級(jí)中斷請求。 中斷響應(yīng)的主要內(nèi)容

52、就是由硬件自動(dòng)生成一條長調(diào)用LCALL addr16指令， 這里的addr16就是程序存儲(chǔ)器中相應(yīng)的中斷區(qū)入口地址，這些中斷源的服務(wù)程序入口地址如下： 表2-6 5個(gè)中斷服務(wù)程序入口地址 中斷源 入口地址 外中斷0 0003H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0 000BH 外中斷1 0013H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1 001BH 串行口中斷 0023H 生成LCALL指令后,CPU緊跟著便執(zhí)行之.首先將PC(程序計(jì)數(shù)器)的內(nèi)容壓 入堆棧保護(hù)斷點(diǎn)，然后把中斷入口地址賦予PC，CPU便按新的PC地址（即中 斷服務(wù)程序入口地址）執(zhí)行程序。值得一提的是，各中斷區(qū)只有8個(gè)單元，一般情況下

53、（除非中斷程序非常簡單），都不可能安裝下一個(gè)完整的中斷服務(wù)程序。因此，通常是在這些入口地址區(qū)放置一條無條件轉(zhuǎn)移指令，使程序按轉(zhuǎn)移的實(shí)際地址去執(zhí)行真正的中斷服務(wù)程序。 2.5 抗干擾復(fù)位 電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0．01～0．1μF高頻電容，減小IC對電源的影響。注意高頻電容的布線應(yīng)靠近電源端，并盡量短，否則等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，會(huì)影響濾波效果。 避免90折線，減小高頻噪聲發(fā)射。 在可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅噪聲。 GPS要通過天線才可以接收到比較好的信息的，最好在空曠的地方做測試。還要注意地線的電源的共用問題。 圖2-8 抗干擾復(fù)位電路圖 2.6 晶

54、振 晶振布線,晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。 圖2-9 晶振圖 2.7 8251可編程串行接口芯片 圖2-10 8251可編程串行接口芯片引腳圖 2.7.1 8251A與CPU的連接信號(hào) 8251A與CPU的連接信號(hào)分為四類 （1） 片選信號(hào) ：片選信號(hào)，它由 CPU 的地址信號(hào)通過譯碼后得到。 （2） 數(shù)據(jù)信號(hào) D 0 -D 7 ： 8 位，三態(tài)，雙向數(shù)據(jù)線，與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連。傳輸 CPU 對 8251A 的編程命令字和 8251A 送往 CPU 的狀態(tài)信息及數(shù)據(jù)。 （3）讀 / 寫控制信號(hào) ：讀信號(hào)

55、，低電平時(shí)， CPU 當(dāng)前正在從 8251A 讀取數(shù)據(jù)或者狀態(tài)信息。 ：寫信號(hào)，低電乎時(shí)， CPU 當(dāng)前正在往 8251A 寫入數(shù)據(jù)或者控制信息。 C/ ：控制 / 數(shù)據(jù)信號(hào)，用來區(qū)分當(dāng)前讀 / 寫的是數(shù)據(jù)還是控制信息或狀態(tài)信息。該信號(hào)也可看作是 8251A 數(shù)據(jù)口 / 控制口的選擇信號(hào)。 由此可知， 、 、 C/ 這 3 個(gè)信號(hào)的組合，決定了 8251A 的具體操作。 注： 數(shù)據(jù)輸入端口和數(shù)據(jù)輸出端口合用同一個(gè)偶地址 ，而狀態(tài)端口和控制端口合用同一個(gè)奇地址 。 （4）收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào) TXRDY ：發(fā)送器準(zhǔn)備好信號(hào)，用來通知 CPU ， 8251A 已準(zhǔn)備好發(fā)送一個(gè)字符。

56、 TXE ：發(fā)送器空信號(hào)， TXE 為高電平時(shí)有效，用來表示此時(shí) 8251A 發(fā)送器中并行到串行轉(zhuǎn)換器空，說明一個(gè)發(fā)送動(dòng)作已完成。 RXRDY ：接收器準(zhǔn)備好信號(hào)，用來表示當(dāng)前 8251A 已經(jīng)從外部設(shè)備或調(diào)制解調(diào)器接收到一個(gè)字符，等待 CPU 來取走。因此，在中斷方式時(shí)， RXRDY 可用來作為中斷請求信號(hào)；在查詢方式時(shí)， RXRDY 可用來作為查詢信號(hào)。 SYNDET ：同步檢測信號(hào)，只用于同步方式。 2.7.2 8251A 與外部設(shè)備之間的連接信號(hào) 8251A 與外部設(shè)備之間的連接信號(hào)分為兩類 ： (1) 收發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào) ：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)，通知外部設(shè)備，

57、CPU 當(dāng)前已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。 ：數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)，表示當(dāng)前外設(shè)已經(jīng)準(zhǔn)備好。 ：請求發(fā)送信號(hào)，表示 CPU 已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送。 ：允許發(fā)送信號(hào)，是對 的響應(yīng)，由外設(shè)送往 8251A 。 實(shí)際使用時(shí)，這 4 個(gè)信號(hào)中通常只有 必須為低電平，其它 3 個(gè)信號(hào)可以懸空。 (2)數(shù)據(jù)信號(hào) TXD ：發(fā)送器數(shù)據(jù)輸出信號(hào)。當(dāng) CPU 送往 8251A 的并行數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)變?yōu)榇袛?shù)據(jù)后，通過 TXD 送往外設(shè)。 RXD ：接收器數(shù)據(jù)輸入信號(hào)。用來接收外設(shè)送來的串行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進(jìn)入 8251A 后被轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿蟹绞健? 2.7.3. 時(shí)鐘、電源和地 8251A 除了與 CPU 及外設(shè)的連

58、接信號(hào)外，還有電源端、地端和3個(gè)時(shí)鐘端。 CLK ：時(shí)鐘輸入，用來產(chǎn)生 8251A 器件的內(nèi)部時(shí)序。 同步方式下，大于接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率的 30 倍 ， 異步方式下，則要大于數(shù)據(jù)波特率的 4.5 倍 。 TXD ：發(fā)送器時(shí)鐘輸入，用來控制發(fā)送字符的速度。 同步方式下， TXC 的頻率等于字符傳輸?shù)牟ㄌ芈剩? 異步方式下，TXC 的頻率可以為字符傳輸波特率的1倍、 16倍或者64倍。 RXD: 接收器時(shí)鐘輸入，用來控制接收字符的速度，和 TXC 一樣。 在實(shí)際使用時(shí)， RXC 和 TXC 往往連在一起，由同一個(gè)外部時(shí)鐘來提供， CLK 則由另一個(gè)頻率較高

59、的外部時(shí)鐘來提供。 VCC ：電源輸入 GND ：地 圖2-11 8251的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 2.8 74ls373 74LS373是八D鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性) ，常應(yīng)用在地址鎖存及輸出口的擴(kuò)展中。 簡要說明: SN74LS373, SN74LS374 常用的8d鎖存器,常用作地址鎖存和i/o輸出. 可以用74hc373代換. 74LS373是低功耗肖特基TTL8D鎖存器，74H373是高速CMOS器件，功能與74LS373相同，兩者可以互換。74LS373內(nèi)有8個(gè)相同的D型(三態(tài)同相)鎖存器，由兩個(gè)控制端(11腳G或EN；1腳OUT、CONT、OE)控制。當(dāng)

60、OE接地時(shí)，若G為高電平，74LS373接收由PPU輸出的地址信號(hào)；如果G為低電平，則將地址信號(hào)鎖存。 工作原理：74LS373的輸出端O0~O7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，O0~O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。 圖2-12 74ls373的引腳圖 3. GPS系統(tǒng)原理概述 3.1 GPS的組成 GPS包括下列三大部分：（1）空間部分(GPS

61、衛(wèi)星)；（2）地面監(jiān)控部分(地面支撐系統(tǒng))；（3）用戶設(shè)備部分(GPS接收機(jī))。如圖3-1所示。 GPS系統(tǒng)組成 控制部分 空間部分 用戶部分 圖3-1 GPS組成示意圖 3.1.1 GPS空間部分 目前,GPS空間部分主要由GPS工作衛(wèi)星和少數(shù)幾顆仍在正常工作的實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星組成。GPS工作衛(wèi)星星座（BlockⅡ）共有24顆衛(wèi)星，其中3顆為備用衛(wèi)星可隨時(shí)替代發(fā)生故障的其它衛(wèi)星。24顆工作衛(wèi)星均勻分布在離地面20 200 km高空互成60的6個(gè)軌道上，衛(wèi)星的運(yùn)行軌道長半軸為26 609km，運(yùn)行周期為12小時(shí)，衛(wèi)星軌道面相對于地球赤道面的傾角為55，每個(gè)軌道面上布設(shè)4顆衛(wèi)星，彼此相

62、距120，從一個(gè)軌道面的衛(wèi)星到下一個(gè)軌道面的衛(wèi)星間錯(cuò)動(dòng)40，由此保證了全球15高度角以上可隨時(shí)觀測到4～8顆衛(wèi)星。如圖3-2所示。 圖3-2 GPS星座示意圖 GPS衛(wèi)星的基本功能是： 1)接收和儲(chǔ)存來自地面監(jiān)控站的導(dǎo)航信息，接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令。 2)通過星載的高精度艷鐘和銣鐘提高精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。 3)衛(wèi)星上設(shè)有微處理機(jī)，進(jìn)行部分必要的數(shù)據(jù)處理工作。 4)向用戶發(fā)送導(dǎo)航與定位信息。 5)在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。 3.1.2 地面監(jiān)控部分 圖3-3 GPS衛(wèi)星的地面監(jiān)控站分布圖 其他控制指令等注入到相應(yīng)衛(wèi)星的儲(chǔ)存系統(tǒng)，并監(jiān)測注

63、入信息的正確性。然后由GPS衛(wèi)星將這些信息發(fā)送給廣大用戶，這就是所用的廣播星歷。監(jiān)測站的主要任務(wù)是對每顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測，并向主控站提供觀測數(shù)據(jù)。每個(gè)監(jiān)測站配有GPS接收機(jī)，對每顆衛(wèi)星長年連續(xù)不斷地進(jìn)行觀測，每6秒進(jìn)行一次偽距測量和積分多普勒觀測，采用氣象要素等數(shù)據(jù)。五個(gè)監(jiān)測站分布在美國本土和大西洋的美軍基地上，保證了全球GPS定軌的精度要求。由這五個(gè)監(jiān)測站提供的觀測數(shù)據(jù)形成了GPS衛(wèi)星實(shí)時(shí)發(fā)布的廣播星歷。 3.1.3 用戶設(shè)備部分 用戶設(shè)備部分對用戶來說是至關(guān)重要的。空間部分和地面監(jiān)控部分，是用戶廣泛應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航和定位的基礎(chǔ)，而用戶只有通過用戶設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用GPS導(dǎo)航和定位的目的。用

64、戶設(shè)備的主要任務(wù)是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及參數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位的工作。它主要由GPS接收機(jī)硬件、數(shù)據(jù)處理軟件以及微處理機(jī)和其終端設(shè)備組成，GPS接收機(jī)的硬件一般包括主機(jī)、天線和電源。 全球定位系統(tǒng)的空間部分和地面監(jiān)控部分，是用戶應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行定位的基礎(chǔ)，而用戶只有通過用戶設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用GPS定位的目的。用戶設(shè)備的主要任務(wù)是，接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線信號(hào)，以獲得必要的定位信息及觀測量，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理而完成定位工作。根據(jù)GPS用戶的不同要求，所需的接收機(jī)設(shè)備各異。隨著GPS定位技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，許多國家都在積極研制、開發(fā)適用于不同要

65、求的GPS接收機(jī)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件。 3.2 GPS接收機(jī)及其工作原理 3.2.1 GPS接收原理 GPS 定位技術(shù)的基本原理是采用測量學(xué)中通用的測距交會(huì)方法。用戶接收機(jī)在某一時(shí)刻接收到3 顆以上的GPS 衛(wèi)星信號(hào), 測量出測站點(diǎn)至衛(wèi)星的距離, 并通過導(dǎo)航電文解算出該時(shí)刻GPS 衛(wèi)星空間坐標(biāo), 據(jù)此, 采用距離交會(huì)算法, 得出接收機(jī)天線中心的空間位置坐標(biāo)。 　　GPS接收機(jī)通過其數(shù)控接口，作為數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間利用RS232C接口與計(jì)算機(jī)通訊口相連。通過對通訊口編程可實(shí)現(xiàn)GPS信號(hào)的接收。GPS信號(hào)有二進(jìn)制和ASCII兩種。本文主要用后一種即NMEA0183格式。　 3.2.

66、2 GPS接收機(jī)概述 GPS接收機(jī)是用戶設(shè)備的核心部分。GPS接收機(jī)作為一個(gè)系統(tǒng)，可分為硬件部分和軟件部分。硬件部分包括接收機(jī)、天線和電源等硬件設(shè)備。軟件包括內(nèi)軟件和外軟件，內(nèi)軟件是與接收機(jī)融為一體的控制接收機(jī)信號(hào)、對衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行測量，以及自動(dòng)操作的程序等;外軟件指觀測數(shù)據(jù)后處理的軟件系統(tǒng)。接收機(jī)的種類很多，可以按不同的要求進(jìn)行分類，但各類接收機(jī)的結(jié)構(gòu)基本一致?？煞譃樘炀€單元和接收單元兩部分，如圖3-4所示。 圖3-4 GPS接收機(jī)的基本構(gòu)成 下面對其主要功能作簡要介紹。 （一）天線單元 它是由接收天線和前置放大器組成。目前，接收機(jī)采用的天線有:定向天線、偶極子天線、微帶天線、一(二、四)線螺旋天線、圓錐螺旋天線等。這些天線各有利弊，各有特點(diǎn)，可根據(jù)需要選用。前置放大器是一種關(guān)鍵性元件，它直接影響著信噪比。因此要求它具有噪聲系數(shù)小、增益高和動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)。 （二） 接收單元 (1)信號(hào)通道單元：它的主要功能是接收來自天線單元的信號(hào)，經(jīng)過變頻、放大、濾波等一系列處理過程，實(shí)現(xiàn)對GPS信號(hào)的跟蹤、鎖定、測量、提供出計(jì)算位置的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)需要