基于单片机的GPS导航装置分析

谭昕

【摘要】 全球定位系统GPS作为新一代卫星导航与定位系统，如今已成为实用性极强、定位极精密的集导航、指挥和调度功能于一体的系统工程，被广泛应用在军民两用导航系统中。在此背景下，下面本文将具体来分析基于单片机的GPS导航装置，主要从GPS导航装置总体设计分析、GPS导航装置中单片机控制模块设计两部分来展开介绍，以期能够促进GPS导航系统开发的进一步成熟与完善。

【关键词】 单片机 GPS导航装置 分析

GPS卫星导航与定位系统由美国国防部从上世纪70年代开始研制，经过40多年的发展与完善，如今已经发展成为一项伟大的跨世纪工程，它可以有效实现精密定位、实时导航与智能调度。本文主要从GPS导航装置总体设计分析、GPS导航装置中单片机控制模块设计两部分来展开介绍，以期进一步促进单片机技术在GPS系统当中的科学运用，促进基于单片机的GPS导航装置的进一步成熟与完善。

一、GPS导航装置总体设计分析

由上图可以看出，GPS导航定位系统是由多种技术相融合的技术系统，该系统总共包括六部分：GPS接收天线、GPS-OEM接收模块、中央处理单元模块、LCD显示模块、电源模块与键盘接口。其中，最核心的是GPS接收模块与中央处理单元模块，这两部分的主要功能是负责GPS信号接收、信息解调及信号处理、控制工作进程等等；LCD显示模块主要负责显示导航信息及定位状态，电源模块负责整个导航系统的电力供应需求，同时还担负着过载保护工作；键盘接口用来完成本系统各种操作命令的输入功能。这六部分综合起来可以分为三大功能模块：GPS接收模块、信息处理模块、显示模块。总体来说，GPS全球定位系统综合运用信息处理技术、GPS定位技术、通信技术，将GPS定位技术信息处理与自制简易电子地图相结合实现对追踪目标的实时监测与追踪，并在显示屏上及时显示动态跟踪信息。目前常见的导航定位系统主要包括三大类：基于嵌入式的实现方案、基于单板机的实现方案、基于单片机的实现方案。第一种方案将处理器、存储器、外设器、沁端口、图形处理器等诸多硬件与各类系统软件和应用程序紧密结合，共同完成定位与导航，

开发难度较大，投入的人力、物力、财力大、开发周期过长、不适于大规模开发；基于单板机的实现方案是对嵌入式实现方案在性能与外观上的进一步优化、缩小化，各类必要的硬件资源处理器被集成到一个体积很小的单板计算机上，开发时不需单独进行外围电路设计，凡是在通用PC上的应用软件可以直接进行移植，开发难度较小；基于单片机的实现方案是本文重点探讨的一个问题，将具体在第二框中展开论述。

二、GPS导航装置中单片机控制模块设计

基于单片机的GPS导航装置的设计初衷是为了充分发挥单片机成本低、控制系统组成灵活方便、调试方便与维护简单等优点，这是目前多数定位导航均采用的实现方案。单片机又称为嵌入式微控制器，它将CPU、RAM、ROM、时钟、定时/计数器、多功能的串行与并行U/O口等浓缩集中于这块微型芯片上，应用起来极为便捷。由于需要存储大量的历史定位数据来实现精密、实时定位，所以通常选用的单片机是功能强大的C8051F系列的单片机。单片机在整个定位导航系统中扮演着极其重要的角色，一方面要与GPS接收机通信以取得定位的地理位置信息，另一方面又要保留与PC机通信的接口，所以，这就要求单片机必须选择有两个硬件串口的单片机；单片机作为数据终端的主控芯片，通常会选用C8051F020系列的单片机，因为这类单片机功能强大、几乎囊括单片机的所有常用功能，且支持C语言源程序的调试，单片机控制模块的设计主要集中在对单片机功能部件的设计上，一是实现两个硬件串口，设计时要注意，这两个串口的波特率产生是相互独立的，使用起来非常灵活，串口1需要经过电平转换芯片与PC机相连接进行通信，串口0与GPS模块连接，实现与接收机的通信；二，无需直接的仿真工具可直接通过JTAG接口与用户系统相连；三，为了满足大规模的存储需求，建议使用64K字节大容量闪存器与4352字节内部数据RAM存储设备，不需要再扩展程序存储器。

结束语：GPS导航系统的研究与开发必定是一个综合性、大范围、多学科的伟大工程，它的研究进展直接关系到国民经济的稳定健康发展，对于巩固我国的国际地位也具有非常深远的影响。通过上述本文的分析，我们着重分析了上述两个方面的内容，通过分析单片机在GPS定位导航系统中的应用，可以促进GPS定位导航系统的进一步开发与成熟，促进我国智能定位导航系统的成熟。

参 考 文 献

[1]王惠南.GPS导航原理与应用.北京：北京出版社，2003.

[2]黄凌.基于单片机的GPS信息处理系统[J].现代电子技术， 2007，（21）： 60-61.

[3]求是科技.单片机典型模块设计实例导航[M ].北京：人民邮电出版社， 2005.