低成本的STC单片机的导航授时系统设计

　　引言

　　嵌入式系统从20世纪孤立的单片机时代过渡到单片机与多科学融合时代，再到如今的嵌入式物联网时代，使得嵌入式系统再次遇到了新的机遇。GPS(Global Position System，全球导航系统)时空参数是物联网时代国家公证的工程建设，它为航空航海、科学勘探、地理测量、运输行业、通信行业提供了精确的导航、指挥、监控、授时等服务。本文充分结合STC单片机和Trimble公司的接收机设计出了导航授时系统。系统能实时给出运动载体的位置和速度等信息，并能同步接收卫星时间。

　　系统主要具有导航和授时两大功能。系统最大的优点是在户外可以通过液晶屏显示导航信息和时间信息，在室内通过上位机人机交互界面显示卫星时间和运动物体的经度、纬度、海拔等导航信息。系统克服了常用导航仪的繁琐设计、功能单一、成本利用高等缺点，在此基础上设计出了一款简易、性价比高、应用普遍、易于扩展的导航系统。这为常用的导航和授时服务提供了很大的帮助。

　　1 系统硬件设计

　　1.1 设计思路

　　首先，GPS模块定时发送GPS导航数据和卫星时间到STC单片机，然后STC单片机对GPS导航数据进行处理并把数据发送给LCD液晶显示屏或PC机，导航授时系统结构框图如图1所示。

　　系统的核心是GPS导航模块，处理器是宏晶科技公司推出的STC12C5A单片机。GPS导航模块采用Trimble公司的Sierra GPS芯片接收卫星导航信息和授时服务。Sierra芯片采用了Trimble公司独有的GPS算法来确保导航数据的准确性和卫星信号的快速锁定。它还能够有效地解决城市应用中经常出现的信号遮挡、多路径和射频干扰问题。STC12C5A是增强型8051内核具有超低功耗和超强抗十扰的特性，为GPS导航系统在户外勘测和野外监测提供了很大的方便。本系统控制器件并不复杂，也不需要很大的存储空间，STC12C5A可以控制整个系统节省成本。另外，STC12C5A有2个串口刚好满足系统需求。LCD液晶显示选择的是LMB102DDC显示屏。该显示屏小巧、易控制、显示清楚、成本低，是该系统的最佳选择。

　　1.2 硬件原理

　　图2为GPS导航电路。GPS导航模块提供实时的三维位置和UTC时间信息，通过GPS的串行通信口B发送数据给STC单片机。GPS导航模块和ST C单片机的输入/输出电平都是TTL电平，所以串口之间可直接通信。GPS发送数据的波特率有9 600bps、4 800bps、2 400bps可任意选择。

　　图3是STC12C5A与LMB102DDC的接口电路。LMB102DDC内核模块内部有一个指令寄存器和一个数据寄存器，其指令分为皋本指令和扩展指令。指令主要用来初始化液晶显示屏，实现基本控制。其中，包括清屏设置、显示位置、光标状态、显示状态、功能没置等。LMB102DDC既可以写数据到RAM中，又可以从RAM中读数据，在此主要是写数据到RAM。