1、摘 要GPS的使用现在已经非常普及，大到航空航海系统，小到个人移动设备，都有着它的身影。随着GPS的民用化与成本的降低，已经走入了人们的日常生活中，很多手机、PDA 等手持设备都配备了GPS功能。就功能而言，GPS就是在地球经纬座标系下对被测对象的方位进行测定，同时可以提供较高精度与实时的测定数据。对于基于单片机的便携式设备，如果要获取持有者的位置信息，则GPS是最好的解决方案。本文主要研究GPS 的定位原理与技术，单片机的编程及其应用，液晶屏的功能及其实现方法，语音系统及其功能应用。制作了一套设计方案，以软、硬件相结合的方式完成整个GPS数据接收和显示以及播音的过程。本课题采用GPS模块GR
2、-87、单片机AT89S52、液晶显示屏LCD1602、语音芯片ISD1730设计一款可以实时显示当前所在位置的纬度、经度等信息，并且可以语音报告当前经纬度，并且设定了至少5个地点地址，在这5个地址的范围内可以语音报告所在地址，并且显示相应的代码，通过设计，编程，调试，该定位语音系统工作正常，可以满足基本的课题要求。关键字：单片机；语音芯片；GPS定位AbstractThe use of GPS now very popular, aviation and navigation system, small to personal mobile equipment, all has the fi
3、gure of it. With GPS and cost reduce the “, has come into Peoples Daily life, a lot of cell phones, PDA, etc hand-held devices are equipped with GPS function. Say simply, GPS will function is the earth coordinate of the longitude of the orientation of the tested object were, at the same time can pro
4、vide a high quality and real-time data measured. Based on the single chip for portable devices, if you want to get the holders location information, the GPS is the best solution.This paper studies the principle and technology of GPS positioning, microcontroller programming and its application, the f
5、unction of the LCD panel and its realization methods, voice system and its function applications. Produced a design scheme of software and hardware in the way of the combination of the complete the whole GPS data receiving and display, and the process of the broadcast. This subject adopts GPS module
6、 GR-87, monolithic integrated circuit AT89S52, LCD display screen LCD1602, voice chip ISD1730 design a can real-time display current location of latitude, longitude and other information, and can report the speech coordinates, and set at least five site address, in the five address within the scope
7、of the speech in address can report, and to show the corresponding code, through the design, programming, commissioning, the positioning phonetic system working properly, can satisfy the basic subject requirements.Key word: Single chip microcomputer; Voice chip; GPS positioning目 录1. 引言 .12. 方案选择 .22
8、.1. 方案一 .22.2. 方案二 .23. 硬件设计 .43.1. 系统总体结构图 .43.2. 单片机引脚连接电路.43.3. LCD 显示电路 .63.4. ISD 语音电路 .73.5. LM7805 稳压电路 .84. 软件设计 .104.1. 程序流程图 .104.2. 单片机串行通信 .104.3. GPS 接收语句设计 .114.4. LCD1602 流程图.134.5. ISD1730 流程图 .155. 系统调试 .165.1. 单片机下载口调试 .165.2. LCD1602 调试 .165.3. GPS 定位坐标调试 .175.4. ISD1730 语音录入调试 .1
9、85.5. LM7805 供电部分调试 .20谢 辞 .21参考文献 .22附 录 .23附录 1-原理图.23附录 2-PCB 图 .24附录 3-程序及注释 .251. 引言GPS 技术在军事、通讯、气象、勘探、导航、遥感、大地测量、地球动力以及天文等众多学科领域得到极其广泛的应用，推动了科学技术的迅猛发展，也丰富了人类的科学文化生活。现在，GPS 的外型设计已经转向便携式发展，逐步踏入寻常百姓的生活中。所以，对GPS 的研究具有十分重要的意义。全球定位系统（Global Positioning System 简称GPS）是美国第二代军用导航系统，可实现全球范围内的实时导航和定位。GPS由
10、太空卫星、地面控制系统、用户设备三个部分组成。太空卫星共有27颗，24颗运行，3颗备用。24颗可操作的工作卫星以55的倾角分布在地球上空20200KM的6个轨道面上。这些卫星轨道上的分布状态使地球上的任何位置在任意时候都可以同时收到至少6颗卫星的定位信息，这些卫星则不断地给全球用户发送位置和时间的广播数据。地面控制系统主要作用有：根据监控系统对GPS的观测数据计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据注入到卫星中去；对卫星进行控制，对卫星进行发布指令；接收卫星信号，监测卫星状态等。用户设备用于接收GPS卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。GPS系统的基本定位原理是：每颗G
11、PS卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度可以计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集至少4颗卫星的数据时，就可以算出三维坐标、速度和时间。由于GPS具有全球覆盖以及精度高、定位速度快、实时性好、抗干扰能力强等特点，近年来在国内外得到了广泛的应用，在各个领域发挥了极大的作用，已成为了信息时代不可以或缺的一部分。本文的主要目的是在GPS和单片机的理论和知识上，选用Atmel公司的AT89S52提取GPS模块的接收数据并由1602液晶显示接收数据。在此设计过程中，主要熟悉GR-87 GPS模块各性能指标，结合单片机串行通信知识能实现对G
12、PS接收到的卫星信息进行提取，而后在1602液晶显示平台上选择性的显示数据并且利用语音芯片ISD1730进行播报音。2. 方案选择2.1. 方案一主要芯片器件：GPS，GPS-OEM板；单片机，AT89S54；语音芯片，ISD1730；键盘模块；液晶LCD1602；电平转换MAX232；外置ROM等。OEM模块通过电平转换MAX232与AT89S54进行串行通信，其中GPS传入单片机的为GPRMC格式的语句，需要在单片机中进行数据拆分等操作。将取得的GPS数据发送到单片机中进行处理，通过键盘模块的按键控制，单片机判断后进行操作，或将数据存储到外置rom中，或将已得的经纬度通过ISD1730语音
13、模块播报出，再次期间，LCD1602始终显示当前位置的经纬度。方案一特点：(1)OEM板军用板，精确度高，是集成模块，易于携带。(2) 键盘模块按键多，使用功能强大，可以实现多种功能。(3)AT89S54内存大，方便使用大程序。(4) 外置ROM，便于存储数据以及调用。(5)GPS-OEM板需经过电平转化MAX232才可与单片机通信。并且OEM成本高，性价比一般。(6)AT89S54非常用芯片，不易获取。(7) 使用外置ROM需要占用至少8个数据口，如图1所示，需要对某个数据口进行分时复用。加大了电路复杂性。(8) 整个电路硬件多，布局难。2.2. 方案二主要芯片器件：GPS OEM键盘模块A
14、T89S54MAX232 LCD1602外置 ROMISD1730图 2.1 硬件结构图GPS，GR-87；单片机，AT89S52；语音芯片，ISD1730；3个按键；液晶LCD1602等GR-87模块与单片机AT89S52直接可以进行串行通信，其中GPS传入单片机的为GPRMC格式的语句，需要在单片机中进行数据拆分等操作。将取得的GPS数据发送到单片机中进行处理，通过按键控制，单片机判断后进行操作，例如将已得的经纬度通过ISD1730语音模块播报出，并在特殊的经纬度范围内播报地址信息，在此期间，LCD1602始终显示当前位置的经纬度。方案二特点：(1) 电路硬件少，结构简单易懂。(2)GR-
15、87成本低，性价比高。(3)AT89S52流行，内存8K足够使用。(4) 数据口刚好够用。(5) 结构简单，硬件及软件功能有一定的局限性。(6)GR-87以及接线不方便携带。最终选择了方案二，理由如下：1. GPS选择GR-87，它可以满足课题要求，并且其性价比高，而且不需要电平转换。2. 课题按键功能的实现不需要键盘模块，只需46个按键即可。3. AT89S52内存足够用，不用再定做AT89S544. 虽然缺少了外置ROM，但减少了分时复用的麻烦。5. 方案二的I/O口分配合理。GR-87AT89S52摁键LCD1602ISD1730图 2.2 硬件结构图3. 硬件设计3.1. 系统总体结构
16、图系统总结构图如图3.1所示，其中，单片机P1.0P1.3口进行按键控制，GR87与单片机串行通信,单片机的TXD连接GR-87的RXD1，GR-87的RXD2口闲置。LCD经上拉电阻与单片机P0口连接，ISD1730相关控制口与P3口中的部分I/O口相连。系统由统一的电源5V供电。3.2. 单片机引脚连接电路 EA/VP31XTL928RSD.76WIN045OGcndCMKB-lk*g图 3.2 单片机引脚电路GR-87TXDRXDLCD1602数据口ISD1730控制口按键 单片机P1.2、P1.3 P0AT89S52RXDTXDP2.x图 3.1 系统总体结构图AT89S52简介AT8
17、9S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静
18、态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。如图3.2、3.3所示，本次课题中，P0口作为标准I/O口进行数据输出端，传入液晶；以P10到P14的标准I/O口功能进行按键控制，P15到P17作为下载器连接端口使用，利用P30、P31的串行数据传输功能与GPS进行数据通信，P34作为时钟信号接入语音芯片的时钟端，P20到P22作为语音芯片的控制端口，P25到P27作为液晶的控制端口。其他所用端口为：XTAL1、XTAL2、VCC
19、、VPP、GND、RESET。GPS模块GR-87简介HOLUX GR-87是一个高效能、低耗电的智慧型卫星接收模组或称做卫星接收引擎，他采用美国瑟孚SiRF star III 公司所设计的第三代卫星定位接收晶片，是一个完整的卫星定位接收器具备全方位功能，能满足专业定位的严格要求与个人消费需求。特色：1YXTALpFCGND4.7KRSu0EP5VOWk39rogamHed-B图 3.3 最小系统电路(1) 采用SiRF第三代高效能晶片高灵敏度、低耗电量晶片STAR III ,内建ARM7TDMI CPU 可符合客制需求。(2) 具备快速定位及追踪20颗卫星的能力。(3) 体积超小，仅 25.
20、4 25 7公u91d0。(4) 晶片内建200,000个卫星追踪运算器，大幅提高搜寻及运算卫星讯号能力。(5) 内建RTCM SC-104 DGPS和WASS/EGNOS解调器。(6) 低耗电量, 具备有省电模式（Trickle-Power）功能，以及在设定的时间才启动的定时定位（Push-to-Fix）功能。(7) 支援NMEA-0183 v2.2版本规格输出。如图3.4所示结构图，GPS模块只有4个端口与单片机连接，其中VCC、GND为供电部分，TXD、RXD为串行通信部分。由于GR-87属于独立模块，所以在系统原理图、PCB中未加入其封装，而是采用从PCB中的单片机串行口以及VCC、G
21、ND分别引出4条线，采用引线的方式与GPS相连接。3.3. LCD显示电路LCD1602 简介工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符。 （16 列 2 行）1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形。其中 RS 为寄存器选择端，高位时是数据寄存器，低位时是指令寄存器；RW 时读写信号线，高位时是读，低位时是写；E 为使能控制端。GPS VC
22、CGR-87 RXD1TXDGNDVCCTXD AT89S52RXDGND图 3.4 GPS 模块 GR-87 与单片机连接图天线1602 采用标准的 16 脚接口，其中： 第 1 脚：VSS 为电源。 第 2 脚：VDD 接 5V 电源正极 第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度） 。 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。 第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第
23、 6 脚：E(或 EN)端为使能(enable)端。 第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据端。 第 1516 脚：空脚或背灯电源。15 脚背光正极，16 脚背光负极。LCD 引脚连接介绍显示电路如图 3.2 右侧所示，P00P07 经过上拉电阻 10K*8 欧姆与 LCD 的数据口DB0DB7 相连;RS/RW/EN 由单片机的 P27P25 控制；对比度控制口 VO 经过测试后，经 5K 定值电阻与 VCC 相连刚好合适；背光灯控制 BG VCC 经 51 欧姆的电阻与 VCC 连接，BG GND 连接地。这种接法缺陷是对比度不可调，但在稳定的 5V 供电的情况下，连接定置电阻经过测
24、试也是行的通的。3.4. ISD语音电路ISD1730简介ISD1700系列录放芯片是一种高集成度，高性能的芯片。它可以多段录音，采样率可在4K至12K间调节，供电范围可以在2.4V至5.5V之间。ISD1700系列录放芯片可工作于独立按键模式和SPI控制模式。芯片内有存储管理系统来管理多段语音，这样在独立按键模式下也能进行多段语音录放。此芯片内有振荡器，可通过外部电阻来调节其振荡频率；还有带自动增益控制（AGC）的话筒运放，模拟线路输入，抗锯齿滤波器，多级存储阵列，平滑滤波器，音量控制，直接驱动喇叭的PWM输出与接外部功放的电流/电压输出。ISD1700还有新录音提示功能，当有新的录音后，LED回每几秒闪一次来提示用户有新的录音。此外还有4种音效来提示用户的操作结果，如开始录音、停止录音、擦除、下一曲和全部擦除等。录音数据存储在芯片的FLASH内，没有经过任何压缩，所以有较好的音质和断电存储。芯片有两路独立的语音信号输入通道，话筒输入与模拟信号输入。在独立按键模式下，当某功能操作完成后芯片会自动进入掉电模式来降低功耗。在SPI模式下，用户可对芯片进行更多功能操作。如对任意存储地址进行录放，对模拟通道配置寄存器（Analog Path Configuration register, APC）进行读写等。
