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导航是继移动通信之后发展最快的信息产业之一，只要是设计到位置、速度、时间信息的领域斗鱼卫星导航技术相关。中国北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球导航系统，是继美国定位系统(GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统之后的第三个成熟的卫星导航系统。随着北斗导航系统的不断完善，基于北斗导航系统的定位也应用的越来越广泛。小编采用的STC12C5A32S2单片机结合卫星接收模块UM220-III设计的北斗导航系统接收机，UM220-III是三模接收模块，能够同时接受GPS、北斗的信号。这次的设计主要完成了导航信息接收机的基本设计，实现了获取实时的位置经纬度、标准时间等相关信息的显示功能。

1 原理介绍

采用以单片机为核心，读取北斗导航系统模块的标准数据，并在 LCD 屏幕上显示当前的经纬度信息。具体的系统方案图如下：

方案设计.PNG

1.1北斗 UM220-III 模块简介

(1)接口电路
北斗模块芯片电路由北斗模块UM220-III N 和其附加电子器件组成。其中北斗模块外接4组排针，在芯片与电源之间串联电感的作用是起差模滤波作用，防止电流突变对芯片产生损坏，并联电感的作用是提高芯片运行的稳定性，防止产生噪声。
模块输入端口（UM220-III N 包括：RXD、GPIO、SDA ，SCL 等 如下图)为防止输入端不定态对模块造成影响，模块内置上拉电阻至VCC，因此在模块未加电时，如果上述端口有数据输入，会在模块VCC上形成串电，又可能造成模块上电失败。

内置电路图.PNG

case1：设计中使用 nRESET功能
在模块上电后，将nRESET拉低5 ms以上，即可确保模块正常启动。
case2：设计中未使用nRESET
在模块上电之前，保证模块已连接输入端口为高阻态或低电平，以避免串电。使用串口1的典型用户，需要吧RXD1设置为高阻态或低电平，未使用的其他PIN悬空。程序流程图如下：

流程图.PNG
（2）LCD 液晶显示器
LCD液晶显示器数据由单片机p0口进行控制，p2口进行指令控制操作。LCD1602是一种专门用来显示字母，数字，符号等的点阵型液晶模块。1602：显示的内容主要是16*2，即可以显示两行，每行16个字符液晶显示模块。相应的管教功能，百度上都是可以查阅的，所以小编这里就不赘述了。
（3）UM220-III 通信协议简介

在Unicore 协议中，输入和输出的语句被称为消息。每条消息均为ASCII 字符组成的字符串。
消息的基本格式为：'（0x24)开始，后面紧跟着的就是消息名。之后的跟的就是不定数目的参数和数据。消息名与数据之间均以逗号隔开（0x2c)进行分割。最后一个参数是可选的校验和，以 '*'(0x2A)与前面的数据分割最后，输入的消息以 ' \r\n' 结束。每条消息的总长度不超过256个字节，消息名和参数，校验和中的字母不区分大小写。
某些输入命令的某些参数可以省略（在命令描述中被标记为可选）。这些参数可以为空，即在两个逗号之间没有任何字符。

设定串口配置.PNG

2 调试方法

由1.1的原理简介可知，此次课题实现主要由 5 部分组成：系统初始化、设定显示模式、读取预显示内容、送扫描脉冲、送显示数据。
这里对单片机与模块的连接做简要说明。
UM220/um220-3-n 上带有两组 TTL 电平（2.85V），一组标准电平 RS232电平。当单片机的RS232电平接口接到UM220模块上的RS232上，正常通信。UM220模块上的RS232接口是DB9 母头，可以使用公头的连接线与RS230的接口相连，注意的是通信线需要交叉连接，就像TTL电平中的TXD - - RXD,RXD--TXD 一样，RS232电平通信中也是有2根通信电缆，一个是发送端（PCXD），一个是接收端（PCRXD）。若板子上的RS232 的接口是DB9 母头，那么 2 3针就是 PCRXD 和 PCTXD .第五针就是GND，若没有串口线来连接UM220模块的话，可以考虑在DB9下面的2 3 5 针 焊接出3跟线跟单片机的RS232连接。
若单片机是3.3V时，可以将单片机的TTL 接口连接到模块上的TTL接口。连接好后就可以编写程序了。
注意，我们使用的 52 单片机的驱动程序，使用的是12mhz的晶振，波特率为9600.

3 程序编写

程序主要是由5部分组成：系统初始化，设定显示模式。读取预显示内容，送扫描脉冲，送显示数据。小编只放主程序部分好了：

3.1 定义端口及变量

#include <REG52.H>
#include <stdio.h>
#include <intrins.h>
#include <lcd1602.h>
#include <uart.h>
#include <delay.h>
#include "string.h"
#include <stdlib.h>

unsigned char  flag_rec=0;    //接收数据标志
unsigned char num_rec=0;      // 计数标志      
//char code TIME_AREA= 8;       //时区，我们不需要它
unsigned char flag_data;    //数据缓冲器
//only displaty cmd $GPGGA information
unsigned char JD[16];       //longitude
unsigned char JD_a;     //经度方向
unsigned char WD[15];       //latitude
unsigned char WD_a;     // 纬度方向
unsigned char date[6];      //data
unsigned char time[6];      //data
unsigned char time1[6];     //data
unsigned char speed[5]={'0','0','0','0','0'};       // 速度
unsigned char high[6];      // 高度
unsigned char angle[5];     //方位角
unsigned char use_sat[2];   // 卫星计数器
unsigned char total_sat[2]; //卫星总数
unsigned char lock;         //位置状态

//date handing variable
unsigned char seg_count;    // 逗号计数器
unsigned char dot_count;    //小数点计数器
unsigned char byte_count;   // 位计数器
unsigned char cmd_number;   // 命令模式
unsigned char mode;         
unsigned char buf_full;     
unsigned char cmd[5];       // 存储命令模式

//serial disconnect timer
unsigned  long int tt=0;

主函数 系统初始化

//main
void main () 
{   
  int jd_second,wd_second;  // 中间变量
    init_uart();         //初始化序列号
  lcd_init() ;       // 初始化 lcd1602
  delay(200);
  LCD_Write_String(0,0,"Please Waiting...");   //    "Please Waiting" when it is boot up
  delay(200);
  delay(200);
  delay(200);
  delay(200);
  delay(200);
  delay(200);
  delay(200);
  delay(200);
  delay(200);
  delay(200);                             // 延迟显示
  write_com(0x01);          // 清屏

设置延时函数,以形成视觉暂留

while(1)
{
tt++;
if(tt>10000)
  {
    tt=10000;
    write_com(0x01);
    LCD_Write_String(3,0,"No Data!");
    LCD_Write_String(3,1,"No Data!");
    delay(200);
    delay(200);
    delay(200);
    delay(200);
    delay(200);
   }

···

读取预显示内容，设置显示模式，转16进制为10进制

 if(flag_rec==1)             // 获取gps数据
  {
    flag_rec=0;               // 清除标志符
    if (lock==1)              //  获取位置信息
        {  
      //
      LCD_Write_String(0,0,"JD  :");    // 显示经度
      LCD_Write_String(6,0,JD);           // 显示数据
      LCD_Write_String(9,0,".");           // 进制转换
      LCD_Write_String(10,0,JD+3);           
      jd_second=60*atof((char *)(JD+5));     
      LCD_Write_Char(13,0,jd_second/10+'0');  // 将上一步转换得到浮点数据打印在lcd
      LCD_Write_Char(14,0,jd_second%10+'0');  // 将上面得到的数据分为两部分，分别打印在LCD 上
      LCD_Write_Char(15,0,' ');                //填充空间

      delay(200);                         // 保护lcd
      LCD_Write_String(0,1,"WD  :");     // 显示下一行
      LCD_Write_String(6,1,WD);
      LCD_Write_String(8,1,"."); 
      LCD_Write_String(9,1,WD+2);           // 小数点
      wd_second=60*atof((char *)(WD+4));// 将字符串转换成浮点数
      LCD_Write_Char(12,1,wd_second/10+'0');
      LCD_Write_Char(13,1,wd_second%10+'0');
      LCD_Write_String(14,1,"  ");
      delay(200);
   }
  }
 }
    }

串口中断函数及模式判断

判断的主要依据就是接收端接受消息与预结果匹配，通过设置数组[i,j]和if函数进行判断匹配（发送报文的消息内容见1.3的UM220的通信协议详解）

       //serial interruupt service function
       void ser_int (void) interrupt 4
      {
    unsigned char tmp;
    if(RI)
    {
    tt=0;
        RI=0;
        tmp=SBUF;            // 从缓冲区接收数据
        switch(tmp)   //if $GPGGA,$GNGSW,$GNRMC,get data then processing it
        {
      //date start with $
            case '$':
                cmd_number=0;       // 清除命令模式
                mode=1;             // 选项命令接收模式
                byte_count=0;       //清除位计数器
                flag_data=1;     // 设置数据标志
                flag_rec=1;     // 设置数据接收标志
            break;

            case ',':         //Eg:$GNRMC,134645.000,A,2603.964436,N,11912.410232,E,0.000,15.744,030718,,E,A*0B
                seg_count++;        // 计数器增加
                byte_count=0;
                break;

            case '*':
                switch(cmd_number)
                {
                    case 1:
                        buf_full|=0x01;   //00000001
                        break;
                    case 2:
                        buf_full|=0x02;  //00000010
                        break;
                    case 3:
                        buf_full|=0x04;  //00000100
                        break;
                }

                mode=0;         //clear mode
                break;
            default:

                   // 接受数据
                if(mode==1) 
                {
                    cmd[byte_count]=tmp;    // 获取数据和存储缓冲区   
                        if(byte_count>=4)                                                   
                    {           
                        if(cmd[0]=='G')           // 第一个字符
                        {
                            if(cmd[1]=='N')
                            {
                                if(cmd[2]=='G')
                                {
                                    if(cmd[3]=='G')
                                    {
                                        if(cmd[4]=='A')//判断$GNGGA
                                        {
                                            cmd_number=1;      //数据类型
                                            mode=2;            //接收日期
                                            seg_count=0;       //逗号计数器置0
                                            byte_count=0;      //位计数器清除
                                        }
                                    }
                                    else if(cmd[3]=='S')       //命令模式$GNGSV
                                    {
                                        if(cmd[4]=='V')
                                        {
                                            cmd_number=2;
                                            mode=2;                //获取数据
                                            seg_count=0;
                                            byte_count=0;
                                        }
                                    }
                                }
                                else if(cmd[2]=='R')   //命令模式 $GNRMC
                                {
                                    if(cmd[3]=='M')
                                    {
                                        if(cmd[4]=='C')
                                        {
                                            cmd_number=3;
                                            mode=2;         //存储数据
                                            seg_count=0;
                                            byte_count=0;
                                        }
                                    }
                                }
                            }
                        }
                    }
                }
                               //日期处理
                else if(mode==2)
                {
                    
                    switch (cmd_number)  //if receive data
                    {
                        case 1:             //get and store data,$GPGGA,[],[],[],[],[],[],[],[],[].....
                            switch(seg_count)   //  comma 计数器
                            {
                                case 2:     // 2rd逗号后的纬度
                                    if(byte_count<9)
                                    {
                                        WD[byte_count]=tmp;   //获取纬度
                                    }
                                    break;
                                case 3:     //纬度方向
                                    if(byte_count<1)
                                    {
                                        WD_a=tmp;
                                    }
                                    break;
                                case 4:     //经度
                                    if(byte_count<10)
                                    {
                                        JD[byte_count]=tmp; //存储
                                    }
                                    break;
                                case 5:     //经度方向
                                    if(byte_count<1)
                                    {
                                        JD_a=tmp;
                                    }
                                    break;
                                case 6:     //location
                                    if(byte_count<1)
                                    {
                                        lock=tmp;
                                    }
                                    break;
                                case 7:     
                                    if(byte_count<2)
                                    {
                                        use_sat[byte_count]=tmp;
                                    }
                                    break;
                                case 9:     // 高度
                                    if(byte_count<6)
                                    {
                                        high[byte_count]=tmp;
                                    }
                                    break;
                            }
                            break;


                        case 2: //命令模式  $GPGSV
                            switch(seg_count)
                            {
                                case 3:     // 卫星总数
                                    if(byte_count<2)
                                    {
                                        total_sat[byte_count]=tmp;
                                    }
                                    break;
                            }
                            break;


                                             //命令模式3：无SUE
                        case 3:             //$GPRMC
                            switch(seg_count)
                            {
                                case 1:     //time
                                    if(byte_count<6)
                                    {               
                                        time[byte_count]=tmp;   
                                    }
                                    break;
                                case 2:     // 位置           
                                    if(byte_count<1)
                                    {
                                      if (tmp=='V') {lock=0;}
                                      else
                                      {
                                        lock=1;
                                       }
                                    }
                                    break;
                                case 3:     //lititude          
                                    if(byte_count<9)
                                    {
                                        WD[byte_count]=tmp;//我们只需要一次
                                    }
                                    break;
                                case 4:                         
                                    if(byte_count<1)
                                    {
                                        WD_a=tmp;
                                    }
                                    break;
                                case 5:     //          
                                    if(byte_count<10)
                                    {
                                        JD[byte_count]=tmp;  //do not get again
                                    }
                                    break;
                                case 6:     // 直线方向 
                                    if(byte_count<1)
                                    {
                                        JD_a=tmp;
                                    }
                                    break;
                                case 7:     // 速度处理     
                                    if(byte_count<5)
                                    {
                                        speed[byte_count]=tmp;
                                    }
                                    break;
                                case 8:     // 方向角              
                                    if(byte_count<5)
                                    {
                                        angle[byte_count]=tmp;
                                    }
                                    break;
                                case 9:     //other         
                                    if(byte_count<6)
                                    {
                                        date[byte_count]=tmp;
                                    }
                                    break;

>                           }
                            break;
                    }
                }
                byte_count++;       // 位计数器++
                break;
        }
    }

4 结果显示

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