课程设计：基于单片机的GPS全球卫星定位系统设计说明书

目录

第一章GPS简介及基本理论 (2)

1.1 GPS的概述 (2)

1.2 GPS的组成 (3)

1.3 GPS的发展趋势 (3)

1.4 Globalsat和HOLUX的EB-3531 (4)

1.5 EB-3531的特点 (5)

第二章硬件电路设计 (7)

2.1 电源转换电路设计 (7)

2.2 GPS接收模块与单片机接口电路设计 (9)

2.3 单片机控制系统的硬件电路 (9)

第三章软件部分设计 (11)

3.1 串口通行模块 (11)

3.2主程序设计 (13)

第四章调试 (15)

4.1 硬件调试 (15)

4.2 软件调试 (15)

第五章总结 (17)

致谢 (18)

参考文献 (19)

第一章 GPS简介及基本理论

1.1 GPS的概述

GPS是英文Navigation Satellitte Timing and Ranging/Global Positioning System的字头缩写词（NAVSTAR/GPS）的简称。它的含义是，利用卫星的测时和测距进行导航，以构成全球卫星定位系统。现在国际上已经公认：将这一全球定位系统简称：GPS。

GPS系统的前身为美军研制的一种“子午仪”导航卫星系统(Transit），1958年研制，64年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。为此,美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道该计划以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的１％时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO)领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。

1.2 GPS的组成

GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成

1.GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内,轨道平面的倾角为55°,卫星的平均高度为20200 km,运行周期为11 h 58 min。卫星用L波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号,导航定位信号中含有卫星的位置

信息,使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻,在高度角15°以上,平均可同时观测到6颗卫星,最多可达到9颗[1]。GPS 卫星产生两组电码，一组称为C/ A 码( Coarse/ Acquisition Code11023MHz)，一组称为P 码(Procise Code 10123MHz) 。

2. 地面控制部分由一个主控站，5 个全球监测站和3 个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS

卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。

3.GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,跟踪卫星的运行,并对信号进行交换、放大和处理,再通过计算机和相应软件,经基线解算、网平差,求出GPS接收机中心(测站点)的三维坐标。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。

1．3 GPS的发展趋势

(1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；(2)

海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；(3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等，GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中。由于无需通视，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。GPS技术在隧道测量中也具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。

国内业界已有多家厂商投入GPS定位系统研制，目前，业界普遍看好汽车导航定位系统市场及未来的个人手机(Cell Phone)定位系统市场，这也正是GPS 定位系统研制商的未来商机所在。

1.4 Globalsat和HOLUX的EB-3531

公司代理台湾环天（Globalsat）和长天（HOLUX）及ProGin的GPS系列产品，主营GPS模块, GPS接收器， GSM/GPRS模块，GPS天线等, GPS模块以SIRF3及MTK芯片的为主，在价格和质量、技术上等都有很大的优势，欢迎长期生产GPS车载导航、监控产品的厂家来电咨询及业务方面的洽谈。

GPS接收器： BR-355，BU-353，BR-305，MR-350，BT-359S，BT-359W，BC-337，BC-307，SD-502，BT-338，BT-318，BT-328，DG-100，BT-335，TR-151，TR-101，TR-102，GH-615B，GR-213，M-215，GPSlim236，GR-271，GR-240，M-1000，M-241，M-1200，SBT-268，SGM-108，GP-138

SIRF系列的GPS模块： ET-314，ET-316，ET-318 ，ET-661, EB-3531, EB-3631，ET-332，EM-411（带内置天线），EM-408（带内置天线）, GR-86, GR-87，GR-89， SR-87，SR-92, GM-318等

MTK系列的GPS模块：M-89，M-87 ， M-90，M-91，MT-661, MT-662，MT-285等