51单片机GPS开发板GPS是电子爱好者非常热衷的一个话题，GPS在民用，军事应用，航海航天领域都有广泛的应用。许多登山户外活动爱好者也都配备有GPS设备，用于野外导航。GPS模块的价格越来越平民化，让越来越多的产品嵌入了GPS模块，电子爱好者学习研究GPS模块也不再是奢侈的事。我们配备的GPS模块是GS-89m-J该模块是由韩国生产，采用的MTK芯片组，在功耗，价格，体积上都有相当的优势，采用的是30PIN贴片封装。注：发货时配的模块均为最新版本，可能与照片上的模块样子有所不同，特此说明，因为不同的GPS模块批次，表面标签可能印刷有所不同。笔者文章刊登于2010年7月《无线电》杂志“小巧实用的51单片机GPS开发板”一文，文章中我们介绍51单片机GPS开发板基本原理与应用，大家也可以翻阅查看。51单片机GPS开发板，可以通过液晶屏实时显示GPS数据信息：卫星时间、经度、纬度、海拔高度等相关信息，开发板提供了12864液晶和TFT彩屏接口。开发板采用贴片元件设计工艺，供电可以使用外接电源或USB线缆供电，方便笔记本用户，以便到室外调试，用笔记本或上网本插个USB线就可以供电了，同时，开发板提供了RS232外部串行通信接口，可以通过PC机对开发板芯片进行在线烧写，同时，板上设有通信模式切换跳线，可以设置成3种串口通信模式，分别为：PC机--GPS模块；PC机--51单片机；51单片机--GPS模块，即三者之间两两通信。对于开发板使用的元件全部为贴片优质器件，电解电容使用钽电容，价格昂贵，性能稳定，质量可靠。以下是我们在2010年7月《无线电》杂志刊登了我们GPS开发板的文章，有兴趣的朋友也可以直接参阅《无线电》杂志，新华书店均有出售。产品标配清单：GPS开发板：1块串口线：1条USB供电线：1条外置GPS天线：1条TFT彩屏：1块配套光盘：1份标配售价：600元如需加购12864液晶屏，另加120元。单片机GPS开发板硬件原理：GPS开发板完整的电路图共由7部分单元电路组成，分别是稳压电路，单片机最小系统电路，显示电路，MAX232电平转换电路，AT89S系列单片机ISP下载口电路，通信跳线设置电路，GPS模块外围电路。稳压电路给开发板提供5VVCC电源电压；由51单片机芯片，单片机振荡电路和单片机复位电路组成了单片机最小系统电路；12864液晶接口和TFT彩屏接口组成了显示电路；MAX232芯片及外转电路组成了RS232-TTL电平转换电路，它也是我们的串口ISP下载电路，这样我们就可以通过串口给板载的STC89C51芯片实现ISP在线下载程序，无需使用编程器，非常方便。J5为10芯标准ISP下载口；J6—J11为串口通信模式设置跳线；U4为GPS模块，它的外转电路很简单，由几个电阻、电容、电池、发光管组成。GPS模组可以直接采用电平转换电路max232,将模块的串口和PC机的串口连接,用PC机串口调试工具和GPS模块调试软件监控模块输出的数据，注意：模块的默认波特率为4800，PC机串口波特率必须设置成4800。如果没有接GPS天线或收不到卫星信号。模组上的LED灯一直常亮，如果收到有效的卫星信号LED开始闪烁。GPS数据格式支持NMEA0183V3.01数据协议。接下来，我们着重介绍一下开发板的GPS模块电路与数据解析原理，关于其它电路的原理，相信单片机爱好者都已经有所了解了。这里不再赘述。U4为GPS模块，4脚和5脚分别为串口接收和发送脚，GPS卫星接收下来的数据就是通过这两个脚输出的，我们到时候也是从这两个脚来解析数据，获得地理信息。这两个脚可以与单片机的接收和发送脚相连，也可以通过MAX232电平转换后和PC机的串口相连。发光管D3为GPS模块的工作指示灯，通电常亮，接收到卫星开始闪烁,我们通过LED灯可以来判断GPS模块的当前工作状态。GPS模块的第22脚经过电阻R6与单片机的P1.0口相连，这是外部复位输入，模块内部有复位电路，提供复位信号。21脚为外置电池输入端，由3V的扭扣电池供电，由于GPS模块从卫星上收到的数据量很大，它要进行大量计算工作，因此，一些数据要进行保存，所以我们得给模块提供电池电源。1脚为VCC电压，电源电压为5V，和单片机供电电压一样。17脚为外置GPS天线的输入口，开发板配的是3米的外置GPS天线，可以让使用者在室内进行实验，把天线拖在窗外即可接收。这是PCB板顶层图这是PCB板底层图这是丝印层这是我们的“51单片机GPS开发板”的操作演示视频录像，大家可以点击下载视频文件进行观看，视频中我们介绍了学习板的硬件和软件资料的情况以及初次使用的应用实例。注意，为了达到最好的显示效果，请全屏播放进行观看-->>下载高品质视频文件http:///gps/gps.rar下面是我们进行实测的部分照片：这是我们的GPS开发板插上12864液晶显示屏的样子，板子右下角插上GPS外置天线。现在我们通过上网本的USB口提供给板子供电。打开电源开关，液晶屏显示开机提示信息：GPS接收调试程序之后，出现授时、海拔字样，这时候GPS数据还没有从卫星上获取，GPS开机的过程是需要一定时间的，一般需要几十秒的样子，具体看信号环境。过一段时间后，屏幕出现GPS接收的卫星数据，刚开始数据不稳定，是会跳变的，过一会会稳定些。下面我们用TFT彩屏进行GPS卫星数据的接收，拔掉12864液晶，插上TFT彩屏。TFT彩屏显示GPS卫星数据，实际显示效果很漂亮，图中所示的数字有些地方看不到，是因为彩屏显示的刷屏原理，以及相机的快门速度匹配问题。时间值是在变动的，实际显示效果，人眼看上去显示效果很漂亮。格式NMEA0183V3.01：GPGGA（1次／1秒）、GPGSA（1次／5秒）、GPGSV（1次／5秒）、GPRMC（1次／1秒）、GPVTG（1次／1秒）、（GLL，或选用MTKNMEA指令格式）。下面是调试模组用串口监控到的数据：无卫星状态：$GPGGA,000355.026,8960.0000,N,00000.0000,E,0,0,,137.0,M,13.0,M,,*44$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*1E$GPGSV,1,1,00*79$GPRMC,000355.026,V,8960.0000,N,00000.0000,E,0.00,0.00,060180,,,N*79$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*32$GPGGA,000356.026,8960.0000,N,00000.0000,E,0,0,,137.0,M,13.0,M,,*47$GPRMC,000356.026,V,8960.0000,N,00000.0000,E,0.00,0.00,060180,,,N*7A$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*32$GPGGA,000357.026,8960.0000,N,00000.0000,E,0,0,,137.0,M,13.0,M,,*46$GPRMC,000357.026,V,8960.0000,N,00000.0000,E,0.00,0.00,060180,,,N*7B$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*32$GPGGA,000358.026,8960.0000,N,00000.0000,E,0,0,,137.0,M,13.0,M,,*49$GPRMC,000358.026,V,8960.0000,N,00000.0000,E,0.00,0.00,060180,,,N*74$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*32$GPGGA,000359.026,8960.0000,N,00000.0000,E,0,0,,137.0,M,13.0,M,,*48$GPRMC,000359.026,V,8960.0000,N,00000.0000,E,0.00,0.00,060180,,,N*75$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*32$GPGGA,000400.026,8960.0000,N,00000.0000,E,0,0,,137.0,M,13.0,M,,*43$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*1E$GPGSV,1,1,00*79$GPRMC,000400.026,V,8960.0000,N,00000.0000,E,0.00,0.00,060180,,,N*7E$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*32$GPGGA,000401.026,8960.0000,N,00000.0000,E,0,0,,137.0,M,13.0,M,,*42$GPRMC,000401.026,V,8960.0000,N,00000.0000,E,0.00,0.00,060180,,,N*7F$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*32$GPGGA,000402.026,8960.0000,N,00000.0000,E,0,0,,137.0,M,13.0,M,,*41$GPRMC,000402.026,V,8960.0000,N,00000.0000,E,0.00,0.00,060180,,,N*7C$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*32$GPGGA,000403.026,8960.0000,N,00000.0000,E,0,0,,137.0,M,13.0,M,,*40$GPRMC,000403.026,V,8960.0000,N,00000.0000,E,0.00,0.00,060180,,,N*7D$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*32$GPGGA,000404.026,8960.0000,N,00000.0000,E,0,0,,137.0,M,13.0,M,,*47$GPRMC,000404.026,V,8960.0000,N,00000.0000,E,0.00,0.00,060180,,,N*7A$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,N*32$GPGGA,000405.026,8960.0000,N,00000.0000,E,0,0,,137.0,M,13.0,M,,*46$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*1E有卫星状态：$GPGGA,090113.000,3958.2847,N,11616.6454,E,1,8,1.00,67.6,M,-6.7,M,,*78$GPRMC,090113.000,A,3958.2847,N,11616.6454,E,0.00,0.00,080110,,,A*60$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*3D$GPGGA,090114.000,3958.2847,N,11616.6456,E,1,8,1.00,67.7,M,-6.7,M,,*7C$GPRMC,090114.000,A,3958.2847,N,11616.6456,E,0.00,0.00,080110,,,A*65$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*3D$GPGGA,090115.000,3958.2846,N,11616.6456,E,1,8,1.00,67.7,M,-6.7,M,,*7C$GPRMC,090115.000,A,3958.2846,N,11616.6456,E,0.00,0.00,080110,,,A*65$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*3D$GPGGA,090116.000,3958.2846,N,11616.6456,E,1,8,1.00,67.8,M,-6.7,M,,*70$GPRMC,090116.000,A,3958.2846,N,11616.6456,E,0.00,0.00,080110,,,A*66$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*3D$GPGGA,090117.000,3958.2845,N,11616.6457,E,1,8,1.00,67.8,M,-6.7,M,,*73$GPGSA,A,3,29,15,10,18,09,21,24,27,,,,,1.28,1.00,0.79*08$GPGSV,3,1,10,24,78,302,38,15,77,207,42,29,36,238,48,10,33,073,24*76$GPGSV,3,2,10,21,29,310,39,08,22,054,,18,15,276,42,27,14,167,36*7D$GPGSV,3,3,10,09,05,175,35,40,,,*45$GPRMC,090117.000,A,3958.2845,N,11616.6457,E,0.00,0.00,080110,,,A*65$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*3D$GPGGA,090118.000,3958.2846,N,11616.6457,E,1,8,1.00,67.8,M,-6.7,M,,*7F$GPRMC,090118.000,A,3958.2846,N,11616.6457,E,0.00,0.00,080110,,,A*69$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*3D$GPGGA,090119.000,3958.2846,N,11616.6458,E,1,9,0.85,67.8,M,-6.7,M,,*7C$GPRMC,090119.000,A,3958.2846,N,11616.6458,E,0.00,0.00,080110,,,A*67$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*3D$GPGGA,090120.000,3958.2847,N,11616.6459,E,1,9,0.85,67.8,M,-6.7,M,,*76$GPRMC,090120.000,A,3958.2847,N,11616.6459,E,0.00,0.00,080110,,,A*6D$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*3D$GPGGA,090121.000,3958.2847,N,11616.6460,E,1,9,0.85,67.8,M,-6.7,M,,*7D$GPRMC,090121.000,A,3958.2847,N,11616.6460,E,0.00,0.00,080110,,,A*66$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*3D$GPGGA,090122.000,3958.2847,N,11616.6461,E,1,9,0.85,67.8,M,-6.7,M,,*7F$GPGSA,A,3,29,15,10,18,09,21,24,08,27,,,,1.14,0.85,0.77*0D$GPGSV,3,1,10,24,78,302,38,15,77,207,42,29,36,238,48,10,33,073,22*70$GPGSV,3,2,10,21,29,310,39,08,22,054,21,18,15,276,42,27,14,167,36*7E$GPGSV,3,3,10,09,05,175,35,43,,,*46$GPRMC,090122.000,A,3958.2847,N,11616.6461,E,0.00,0.00,080110,,,A*64$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*3D$GPGGA,090123.000,3958.2848,N,11616.6462,E,1,9,0.85,67.8,M,-6.7,M,,*72$GPRMC,090123.000,A,3958.2848,N,11616.6462,E,0.00,0.00,080110,,,A*69$GPVTG,0.00,T,,M,0.00,N,0.00,K,A*3DGPS数据格式定义为（以数据手册为准）：GPS数据格式GPRMC（建议使用最小GPS数据格式）$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11><CR><LF>1)标准定位时间（UTCtime）格式：时时分分秒秒.秒秒秒（hhmmss.sss）。2)定位状态，A=数据可用，V=数据不可用。3)纬度，格式：度度分分.分分分分（ddmm.mmmm）。4)纬度区分，北半球（N）或南半球（S）。5)经度，格式：度度分分.分分分分。6)经度区分，东（E）半球或西（W）半球。7)相对位移速度，0.0至1851.8knots8)相对位移方向，000.0至359.9度。实际值。9)日期，格式：日日月月年年（ddmmyy）。10)磁极变量，000.0至180.0。11)度数。12)Checksum.(检查位)GPGSV（所示卫星格式）$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8><CR><LF>1)天空中收到讯号的卫星总数。2)定位的卫星总数。3)天空中的卫星总数，00至12。4)卫星编号，01至32。5)卫星仰角，OO至90度。6)卫星方位角，OOO至359度。实际值。7)讯号噪声比（C/No），00至99dB；无表未接收到讯号。8)Checksum.(检查位).第<4>,<5>,<6>,<7>项个别卫星会重复出现，每行最多有四颗卫星。其余卫星信息会于次一行出现，若未使用，这些字段会空白。GPGSA（GPS精度指针及使用卫星格式）$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7><CR><LF>1)模式2：M=手动，A=自动。2)模式1：定位型式1=未定位，2=二维定位，3=三维定位。3)PRN数字：01至32表天空使用中的卫星编号，最多可接收12颗卫星信息。4)PDOP-位置精度稀释0.5至99.9.5)HDOP-水平精度稀释0.5to99.9.6)VDOP-垂直精度稀释0.5to99.9.7)Checksum.(检查位).GPS固定数据输出语句(＄GPGGA)这是一帧GPS定位的主要数据，也是使用最广的数据。为了便于理解，下面举例说明＄GPGGA语句各部分的含义。例1是用GN－77N和笔者开发的软硬件接口，在笔者所在地接收到的＄GPGGA语句的内容。例1：＄GPGGA，050901，3931.4449，N，11643.5123，E，1，07，1.4，76.2，M，－7.0，M，，＊65其标准格式为：＄GPGGA，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，M，(10)，M，(11)，(12)＊hh(CR)(LF)各部分所对应的含义为：(1)定位UTC时间：05时09分01秒(2)纬度(格式ddmm.mmmm:即dd度，mm.mmmm分)；(3)N/S(北纬或南纬)：北纬39度31.4449分；(4)经度(格式dddmm.mmmm：即ddd度，mm.mmmm分)；(5)E/W(东经或西经)：东经116度43.5123分；(6)质量因子(0=没有定位，1=实时GPS，2=差分GPS)：1=实时GPS；(7)可使用的卫星数(0～8)：可使用的卫星数=07；(8)水平精度因子(1.0～99.9)；水平精度因子=1.4；(9)天线高程(海平面，－9999.9～99999.9，单位：m)；天线高程=76.2m);(10)大地椭球面相对海平面的高度(－999.9～9999.9，单位：m):－7.0m;(11)差分GPS数据年龄，实时GPS时无:无;(12)差分基准站号(0000～1023)，实时GPS时无:无;＊总和校验域；hh总和校验数:65(CR)(LF)回车，换行。b.可视卫星状态输出语句(＄GPGSV)例2：＄GPGSV，2，1，08，06，33，240，45，10，36，074，47，16，21，078，44，17，36，313，42＊78标准格式：＄GPGSV，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，…(4),(5)，(6)，(7)＊hh(CR)(LF)各部分含义为：(1)总的GSV语句电文数；2;(2)当前GSV语句号:1;(3)可视卫星总数:08;(4)卫星号:06;(5)仰角(00～90度):33度;(6)方位角(000～359度):240度;(7)信噪比(00～99dB):45dB(后面依次为第10，16，17号卫星的信息);＊总和校验域；hh总和校验数:78;(CR)(LF)回车，换行。注：每条语句最多包括四颗卫星的信息，每颗卫星的信息有四个数据项，即：(4)－卫星号，(5)－仰角，(6)－方位角，(7)－信噪比。刚才我们看到的是单片机与GPS模块进行通信，由单片机进行GPS数据协议解析并通过显示屏显示的实例。现在，我们再来一起看一下如何用电脑PC来查看GPS数据，从而实现在电脑端实时观测GPS数据。下图是我们打开GPS上位机软件后的界面，我们将GPS开发板通过串口线与PC机的RS232串口相连，注意板上的串口通信跳线要设置成PC—GPS模式。然后在软件中设置好COM口通信序号就可以了，对于没有RS232串口的台式机或笔记本电脑，我们可以使用USB转RS232的转接线来进行实验。从软件界面中，我们可以看到窗体中已将GPS数据各个字段内容进行了直观地显示，如时间、日期、经度、纬度、信号质量等等。软件界面右侧将会显示我们已连接的卫星数据和信号强度。当我们打开GPS开发板的电源后，经过一段时间，我们就可以收到卫星数据了，如下图所示，PC机收到GPS模块发出的原始数据将显示在“ReceivedData”窗口中，同时，软件将自动解析这些复杂的数据，进行直观、形象的图形化显示。我们可以看到，刚有信号时，软件窗口中各字段显示框中已经实时显示了GPS数据的的信息了。看到这里，相信大家已经可以明白我们是如何利用GPS知识与单片机技术相结合来完成GPS定位了，读者朋友也不妨自己动手，编写一个GPS应用的相关程序，根据自己的需要做一个小实验。当然，读者朋友还可以通过网站或电子邮件与我们一起交流学习。GPS产品相关配件：MTK芯片32通道高接收和跟踪灵敏度，30pin脚，贴片方式，25.4*25.4尺寸售价：120元/个GStar-89m-J是一个高效能、低耗电的智能型卫星接收模块或称做卫星接收引擎，它采用联发科技公司所设计的32通道定位接收芯片，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。产品说明名称主要参数芯片组MTK3329灵敏度-164DB功耗搜索时：35mA定位后：25mA外观尺寸25.4(长)x25.4(宽)x3(高)mm重量7克操作溫度摄氏–40°C----+85°C储存溫度摄氏–40°C----+125°C工作电压3.3–5.5V（VDC）卫星通道32定位资料更新一秒定位时间（平均值）热启动：1秒暖启动：33秒冷启动：36秒定位精度位置：10米圆周誤差（CEP）速度：0.1米/秒时间：1微秒使用范围海拔高度：小于18000米速度：小于515米/秒输出格式TTL数据输出(nmea0183)GPGGA,GPGSA,GPGSV,GPRMC,GPVTG,GPGLL可选.地球坐标系WGS84传输速率4800，9600，38400可选天线连接方式外接天线备用电池无模块连接方式贴片30pin脚（两边各15pin脚）采用环保材料,高性能线材，接收灵敏度极高，带磁铁，可以吸在车顶，线长3米！售价：25元/条gps天线测试报告1、概述GPS接收天线的作用，是将卫星来的无线电信号的电磁波能量变换成接收机电子器件可摄取应用的电源。我司的GPS天线是由陶瓷天线体和有源放大器组成。采用塑胶外壳封装，具有防水防潮的特点，该产品体积小巧，天线底部装有磁铁，安装使用方便。2、产品外观外型尺寸Size48*37*15固定方式Mounting磁性Magnetic重量Weight＜110(克)gram连接器型号Connector直头外壳颜色Color黑Black电缆CableRG1743meters3、工作条件温度Temperature：-40℃～+85℃湿度Humidity：95﹪～100﹪4、储藏条件温度Temperature：-40℃～+85℃湿度Humidity：95﹪～100﹪5、天线特性NO项目(Item)特性(Specifications)PostEnvironmentalTolerance(境试验后允许附加误差)1接收频率范围（MHz）RangeofReceivingFrequency1575.42±1.1±2.5MHz2中心频率(30*30m㎡蔽时)CenterFrequency(MHz)（with30mmSpuareGNDplane）1575.42±3.03带宽BandWidth(MHz)(RetumLoss≤-10dB)≥10±0.5MHz4驻波比V.S.W.R(inCenterFrequency)≤1.5±0.55增益Gain(Zenith)(dBityp)(with70mmSquareGNDplane)4.5±0.56轴比AxialRatio(with70mmSquareGNDplan)3.0dB±0.27偏振方式Polarization右旋圆极化Right-HandedCircular----8特性阻抗Impedance(Ω)50----9频率温度系数(ppm/℃)FrequencyTemperatureCoefficient0±10----中心频率CenterFrequency1575.42MHz±3MHz放大器增益LNAGain(Withoutcable)28dBTypica（可选）噪声系数NoiseFigure1.5dB输出电压驻波比V.S.W.R＜2.0直流电压DCVoltage3V、5V、3Vto5V或其他直流电流DCcurrent5mA、10mAMax重量Weight＜110(克)gram外型尺寸Size48x37x15mm电缆CableRG1745meters或3meters连接器型号ConnectorMCX固定方式Mounting磁性Magneticbase/粘贴stiking外壳颜色Housing黑Black工作温度WorkingTemp-40℃~+85℃振动VibrationSinesweep1g(0-p)10~50~10Hzeachaxis湿度HumidityHumidity95%~100%RH防水Weatherproof100%Waterproof)