1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

摘要：本文主要是为了实现一种GPS模块控制的数字钟，包括软件和硬件的设计。该系统以51单片机为控制核心，通过接受GPS模块发送的数据并加以处理。在LCD显示模块上显示有关地理信息和时间。系统的硬件模块部分主要包括51单片机模块，GPS模块，LCD显示模块以及单片机下载模块。软件部分包含了控制GPS接收和发送数据，GPS数据处理和LCD显示，该系统有效解决了GPS自身数据的输出，并且简化了GPS设备硬件，使其向着消费化，便捷化和多功能化方向不断发展。

GPS的概况及发展：

GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。GPS主要由空间部分、地面控制系统和用户设备部分构成。

GPS模块硬件设计时，通常将GPS模块的串口１与单片机的串口相连接，模块与天线的连接可以加一级前置放大器。天线可选用东芝天线，也可以专门定制。可选用ＬＣＤ屏显示经纬度、时间、高度等数据。电源采用４节碱性电池，易于更换。
　　 GPS模块选用了HOLUX公司的M-89，由于该模块接受信号功能差，所以外接了一个天线。

HOLUX-M89采用MTK GPS芯片，是一种灵敏度很高的模块。它具有并行32通道接收机，结构小巧且性能优良。封装尺寸较小，可以快捷的应用在各种学习设计以及简单的GPS设备上。

HOLUX-M89简介：

HOLUX（长天）的M系列GPS模块均采用了MTK芯片方案，其中M89采用SRIF第三代高灵敏度、低功耗芯片STARⅢ。内置ARM7TDMI CPU可满足一般的开发及学习需要。该芯片一共具有32个通道，并且内建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，具备快速定位及追踪20颗卫星的能力。

芯片的尺寸较小，仅为25.4#215;25.4#215;3公厘（如图1）。

图1 M89尺寸

芯片共30个引脚，其中主要的有引脚1、2分别是供电电源的VCC和GND；3引脚是扩展的NC脚；引脚4，7分别为数据输入端A（RXDA）和数据输入端B（RXDB），而引脚5，6则分别是数据输出端A（TXDA）和数据输出端B（TXDB）；引脚8，23-28为通用I/O口；引脚10-16，18为接地。

基于51单片机控制GPS的电子系统主要硬件构成如图2，本设计以Atmel公司生产的AT89c52为控制核心，LCD显示选用了目前学习开发常用的16*2的1602LCD。

图2 51单片机控制GPS的电子系统

1602 LCD液晶显示模块简介：

1602液晶显示模块是一款常用的工业字符型液晶模块，能够同时显示16#215;2=32个字符。1602字符型LCD系列通常有14个引脚组成，有些改进后的产品增添了两个引脚（背景光电源和背景光接地）。如图3

图3

下表2为1602引脚及主要功能：

表2 1602各引脚定义及功能

1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母”A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母”A”。

因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如'A#8217;。

NMEA-0183协议：

GPS 接收OEM 板的型号甚多、性能各异，但它们的GPS定位信息串行输出格式大多采用美国国家海洋电子协会制定的NMEA-0183 通信标准格式。其输出数据采用的是ASCII码，内容包含了纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向以及卫星状况等信息，常用语句有6 种，包括GGA、GLL、GSA、GSV、RMC 和 VTG。我们也可以通过GPS 专用设置软件或普通的串口调试软件发送相应的命令语句给OEM 板，把GPS OEM 板设置为每隔若干毫秒发送哪种或哪几种NMEA 语句，然后该OEM 板将这些设置参数存储到板上的EEPROM 芯片内，此后该OEM 板将按照这些设置每隔相应的毫秒数发送出一个或几个GPS 输出NMEA 语句。根据不同的应用需要，设置选择不同的输出记录语句以及它们的发送时间间隔，如本系统我们只关心其时间、经纬度、海拔高度、地面速度信息以及卫星使用数信息，因而可只选用GGA，VTG记录语句并设成每1s发送一次。不过须注意，这些设置信息只在系统本次上电，并设置后方有效，在下次重新上电时需重新设置。

一条$GPGGA 语句包括17个字段：语句标识头，世界时间，纬度，纬度半球，经度，经度半球，定位质量指示，使用卫星数量，水平精确度，海拔高度，高度单位，大地水准面高度，高度单位，差分GPS数据期限，差分参考基站标号，校验和结束标记（用回车符和换行符），分别用14个逗号进行分隔。该数据帧的结构及各字段释义如下：

$GPGGA,lt;1gt;,lt;2gt;,lt;3gt;,lt;4gt;,lt;5gt;,lt;6gt;,lt;7gt;,lt;8gt;,lt;9gt;,M,lt;10gt;,M,lt;11gt;,lt;12gt;*xx

$GPGGA：起始引导符及语句格式说明（本句为GPS定位数据）；

lt;1gt; UTC时间，格式为hhmmss.sss；
lt;2gt; 纬度，格式为ddmm.mmmm（第一位是零也将传送）；
lt;3gt; 纬度半球，N或S（北纬或南纬）
lt;4gt; 经度，格式为dddmm.mmmm（第一位零也将传送）；
lt;5gt; 经度半球，E或W（东经或西经）
lt;6gt; 定位质量指示，0=定位无效，1=定位有效；
lt;7gt; 使用卫星数量，从00到12（第一个零也将传送）
lt;8gt; 水平精确度，0.5到99.9
lt;9gt; 天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米。M指单位米
lt;10gt; 大地水准面高度，-9999.9到9999.9米。M指单位米
lt;11gt; 差分GPS数据期限（RTCM SC-104），最后设立RTCM传送的秒数量

lt;12gt; 差分参考基站标号，从0000到1023（首位0也将传送）。

* 语句结束标志符
xx 从$开始到*之间的所有ASCII码的异或校验和
回车
换行

然后设计系统控制板电路，该系统主要为：单片机最小系统，电源电路模块，51单片机ISP下载模块，GPS模块，LCD液晶显示模块。

最后本系统是一个最小应用系统，通过单片机控制GPS数据读写端口，让GPS开始发送数据。该数据遵循NMEA-0183协议，数据以ASCII码形式输出。通过嵌入式技术与GPS模块相结合，有利于实现最小化应用的实时性，可靠性。

由于GPS数据是以不间断的形式刷新发送，而51单片机中的片内内存较小，所以程序中加入了对于NMEA-0183协议格式数据开头标示符的识别，可以有效的获取所需数据，避免了大量数据冗余。

总结与展望：

在导师的指导下，并结合自己在专业课学习过程中积累的知识，我的毕业设计课题选择了”自动校准数字钟设计”。

在设计的前期准备工作中，要注重收集并整理相关学习资料，整体学习GPS模块和其相关的协议知识，也要结合所选用的M89 GPS模块，51单片机模块和1602LCD模块，还要提前巩固C语言的相关知识。相信经过充分的前期准备以及对课题的深入研究和把握，预期的课题效果基本可以达到。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、本课题要研究或解决的问题：

1.熟练运用51单片机及其端口分配；

2.了解gps工作原理和gps接收的时钟信号如何导出；