C8051F020单片机与GPS接收板串行通信的设计

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C8051F020单片机与GPS接收板串行通信的设计
张涛
(中国电子科技集团公司第四十一研究所蚌埠233006)
摘要以LEA-5H作为GPS接收模块设计了GPS接收板，分析了GPS接收板输出数据格式及信息组成，结合
C8051F020单片机与GPS接收板研究了GPS定位信息提取问题，并给出了单片机提取GPS定位信息的软件流程图。
关键词全球定位系统；NMEA格式；单片机；串行通信
中图分类号TP393
Design on Serial Communication Between C8 0 5 1 F0 2 0 Microcontroller
and GPS Received Board
Zhang Tao
(The 41st Research Institute of CETC，Bengbu 233006)
Abstract In this article，designed GPS received board based on received module of LEA-SH was designed，the data
format and information construction of GPS received board was analyzed，the problem of picking up orientating inform ation
combine C8051F020 microcontro1ler and GPS received board has been studied．And software flow chart of picking up orient—
ating inform ation was provied．
Key W ords global position system，NMEA form at，microcontroller，serial communication
Class Number TP393
1 引言
GPS接收机通过卫星发送的数据计算二维(经
度、纬度)或三维(经度、纬度、高度)位置，具有测量
精度高、速度快、用户数量不限、抗干扰能力强等优
点。GPS接收板是GPS接收机的核心模块，利用
单片机对GPS接收板输出的信息进行数据采集、
坐标系统转换，提供用户需要的定位信息¨1卅]。
C8051F020是近年来开发出来的一种高速单片机，
非常适合对GPS数据进行处理。本文以u—blox公
司的LEA-5H作为GPS接收模块，用C语言编程
实现C8051F020单片机对GPS信号的提取。
2 GPS接收板设计
2．1 GPS接收板的原理设计
GPS的接收板电源设计中采用MIC5255—3．3
低压差线形稳压芯片为LEA一5H模块提供稳定的
电源输入，输入电压+5V，输出电压+3．3V。
电源和地之间通过并联不同的介质电容滤除
各种高频和低频干扰对电源输出的影响。GPS天
线使用无源GPS陶瓷天线，由于只有一个陶瓷片
接收天空的卫星信号，直接连接到GPS模块的
RF-IN脚，这种联接方式结构简单，而且标准的25
*25*4的陶瓷片成本低廉，技术成熟，占空体积
小，适合于强调紧凑型空间的接收机使用。GPS模
块选用U—blox
公司生产的GPS模块LEA一5H。I．EA-5H模
块具有包含50个通道的u—blox5定位引擎，提供优
异的捕获与导航性能。由一百多万个相关器组成
的专用捕获引擎可以在整个时间／频率空间内同时
进行搜索，首次定位时间(TTFF)小于1s，捕获灵
* 收稿日期：2011年2月1日，修回日期：2011年3月5日
作者简介：张涛，男，工程师，研究方向：光电仪器设计研发。
190 张涛：C8O51F02O单片机与GPS接收板串行通信的设计 第39卷
敏度可达一160dBm。I EA一5H模块具有定位速度
快、功耗低、体积小、质量轻、抗干扰能力强的优点。
除提供NMEA一0183标准格式的GPS信息外，还
可以提供UBX二进制格式。
2．2 GPS接收板的PCB设计
GPS接收板在PCB设计方面也采用了抗干扰
手段，提高了模块的抗干扰能力。通过PCB器件
布局保证射频电路与数字电路分开；通过PCB器
件布局保证无源天线与GPS模块置于印制板顶层
和底层，避免彼此之间相互干扰；选用无源GPS陶
瓷天线，这种天线的布局是从天线的引脚直达模块
的RF—IN脚，这根导线需要进行50t2阻抗匹配，而
且在天线附近不能有电磁干扰，对PCB的设计要
求较高，针对这种情况，对无源GPS陶瓷天线进入
GPS模块RF_IN脚的微带线进行特殊屏蔽处理。
实践证明，这些措施保证了模块的正常工作。
3 GPS接收板输出数据格式
用户可以通过GPS模块串口以二进制格式或
NMEA-0183格式输入初始化信息和配置信息。
它的输入、输出信息具有格式清晰、信息量大、数据
结构完整、功能多、控制灵活、可靠等特点，而且不
需二次计算，非常适合二次开发，可方便、自主地开
发出各种GPS应用系统。而且该模块串口可以输
出标准TTL电平的串行接口，不需要专门芯片进
行电平转换，非常适合与MCU 进行二次开
发E。～引。
GPS接收板的输出数据采用ASCⅡ码，按照
NMEA一0183格式进行异步串行通信。其基本定
义：波特率为9600bit／s，8位数据位，无奇偶校验，l
位开始位，1位停止位。NMEA～0183的语句格式
如表1所示。
表1 NMEA-0183语句格式
起始位
地址
， 域分隔符2CH
ddd?ddd 数据块 ／
* 校验符号／
hh 校验和 ／
(CR)(LF> 终止符 ODH，OAH
语句起始标志
前2位为识别符
后3位为语句名
各数据的分隔标志
数据内容
后2位为校验和
校验的结果
语句传送结束标志
GPS接收板输出的语句有lO多种，主要有
$GPGGA(定位数据)、$GPGSV(卫星状态)等，
其中定位数据语句是最常用的，格式如下所示：
$GPGGA，hhmmss．dd，XXITIm．dddd，(N I S>，
yyymm．dddd，，v，SS，d．d，h．h，M ，g．g，M ，
a．a，xxxx*hh(CR)(LF)
各数据含义为：(hhmmss．dd)为世界协调时间
(UTC)；(XXmlTI．dddd)为纬度值；为所测纬
度半球；(yyymm．dddd)为经度值；(E J w>为所测
经度半球；(v)定位有效指示符，“0”定位无效，“1”
定位有效；(ss)为定位所用卫星数目，数值范围O0
～ 12；为水平精度因子；为平均海平面
高度；(M>字符M；为平均海平面与WGS-84
基准椭圆面的差值高度；为差分CPS数据
期，数值为从上一次有效的差分校正开始所经历的
时间(s，若无差分修正，则此项为空)；
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2014-9-30 06:29 上传

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