2024年9月20日发(作者：勤访梦)
总第２６２期
２０１１年第８期
计算机与数字工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．３９ ＮＯ．８
ｌ８９
Ｃ８０５ １ Ｆ０２０单片机与ＧＰＳ接收板串行通信的设计
张涛
蚌埠２３３００６） （中国电子科技集团公司第四十一研究所
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
全球定位系统；ＮＭＥＡ格式；单片机；串行通信
ＴＰ３９３
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
中图分类号
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 ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｃｏｍｂｉｎｅ Ｃ８０５１Ｆ０２０ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏ１ｌｅｒ ａｎｄ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｂｏａｒｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｐｉｃｋｉｎｇ ｕｐ ｏｒｉｅｎｔ—
ａｔｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｏｖｉｅｄ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＮＭＥＡ ｆｏｒｍａｔ，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
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
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。
＊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
２ ＧＰＳ接收板设计
２．１ ＧＰＳ接收板的原理设计
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
ＧＰＳ的接收板电源设计中采用ＭＩＣ５２５５—３．３
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
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，＜ＥｆＷ＞，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
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
（ＵＴＣ）；（ＸＸｍｌＴＩ．ｄｄｄｄ）为纬度值；＜Ｎ ｌＳ＞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”
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 语句起始标志
地址
前２位为识别符
后３位为语句名
，
域分隔符２ＣＨ
各数据的分隔标志
ｄｄｄ…ｄｄｄ 数据块 ／
数据内容
＊ 校验符号／ 后２位为校验和
ｈｈ 校验和 ／
校验的结果
（ＣＲ）（ＬＦ＞终止符 ＯＤＨ，ＯＡＨ
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，
定位有效；（ｓｓ）为定位所用卫星数目，数值范围Ｏ０
～
１２；＜ｄ．ｄ＞为水平精度因子；＜ｈ．ｈ＞为平均海平面
高度；（Ｍ＞字符Ｍ；＜ｇ．ｇ＞为平均海平面与ＷＧＳ－８４
基准椭圆面的差值高度；＜ａ．ａ＞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）；＜ＸＸＸＸ）为差
分站编号，数值范围００００～１０２３（若无差分修正，
则此项为空）Ｌ６ ｊ。
在实际应用中，一般只需提取时间和位置信
息，并对定位数据的有效性进行验证。例如，从输
出语句：￥ＧＰＧＧＡ，１１４３５３．０００，６０１６．３２４５，Ｎ，
０２４５８．３２７０，Ｅ，１，１ｏ，０．８１，３５．２，Ｍ，１９．５，Ｍ，，＊
５Ｏ中得到的信息为：定位时间为ＵＴＣ时间１１：４３：
５３，位置为北纬６０。１６．３２４５ 、东经２４。５８．３２７０ 。
４ Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机与ＧＰＳ接收板
串行通信
Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机具有与ＭＣ ５１完全兼容
的指令，并且除了具有标准８０５１的数字外设部件
外，还在片内集成了数据采集和控制系统中常用的
模拟部件和其他数字外设及功能部件，包括５个１６
位的计数器／定时器，２个ＵＡＲＴ串口，因此
Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机具有集成度高和易于开发等特
点，非常适合于ＧＰＳ接收板间的串口数据通信。
当ＧＰＳ接收机处于工作状态时，ＧＰＳ模块就
会将导航定位信息通过串口传送到单片机中。单
片机并从串口接收数据并将其放置于缓存中，这些
数据在没有经过分类提取之前是无法加以利用的。
因此，必须通过程序将各个字段的信息从缓存字节
流中提取出来，将其转化成有实际意义的、可供高
层决策使用的定位信息数据。对ＧＰＳ进行信息提
取必须首先明确其帧结构，本文所使用的ＧＰＳ接
收模块发送到计算机的数据主要由帧头、帧尾和帧
内数据组成，然后才能根据其结构完成对各定位信
息的提取。对于通常情况，所关心的定位数据如经
纬度可以从“￥ＧＰＧＧＡ”帧中获取得到［ “ｊ。
２０１１年第８期 计算机与数字工程 １９１
ＧＰＳ数据接收是整个系统的关键。Ｃ８０５１Ｆ０２０
单片机采用查询方式对ＧＰＳ接收板一组ＧＰＧＧＡ数
发送到单片机的定位信息。本文为普通用户了解、
设计和应用ＧＰＳ系统提供了理论和实践上的指
导。
参考文献
据进行读取，数据存放在起始地址为８０Ｈ的片内
ＲＡＭ中；待收到ＧＰＳ接收板的数据结束标志“ＬＦ”
后，这一接收过程才告结束。整个ＧＰＳ数据的接收
软件流程图如１所示。
［１］李肇庆，韩涛．串行端口技术［Ｍ］．北京：国防工业出版
社，２００４：１５４～１５７
［２］龚福详，王庆，万德钧．ＧＰＳ原始数据的双串口实时采
集方法［＿Ｊ］．电子测量与仪器学报，２００１，１５（３）：５１￣５４
［３］洪大永．ＧＰＳ全球定位系统技术及其应用［Ｍ］．厦门：
厦门大学出版社，１９９８：１２５￣１３０
［４］黄少锋，张尊泉，邓斌．基于单片机采集与显示ＧＰＳ定
位信息系统的设计［Ｊ］．空军雷达学院学报，２００７，２１
（１）：３７￣３９
［５］陈少明．单片机在ＧＰＳ系统中的应用［Ｊ］．煤炭技术，
２Ｏ１Ｏ，２９（７）：２Ｏ７～２０９
［６］刘瑞华．ＭＣＳ－５１单片机与ＧＰＳ－ＯＥＭ板的串行通信
［Ｊ］．电讯技术，２００４，３５（５）：９３￣９６
［７］李洪涛，许国昌．ＧＰＳ应用程序设计［Ｍ］．北京：科学出
图１ ＧＰＳ数据接收软件流程图
版社，１９９９：９７～１０２
［８］李飞光，李良儿．单片机Ｃ程序设计指导［Ｍ］．北京：北
５ 结语
ＧＰＳ定位系统在当今社会得到越来越广泛的
应用，ＧＰＳ接收板则是ＧＰＳ定位系统的关键之处。
本文基于ＬＥＡ一５Ｈ ＧＰＳ模块设计了ＧＰＳ接收板，
并对ＧＰＳ接收板的原理设计以及ＰＣＢ设计进行
了阐述。介绍了ＧＰＳ接收板输出的数据格式，结
合Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机通过串口通信读取ＧＰＳ模块
３ ‘ ‘ －ｄ ｅ
京航天航空大学出版社，２００５：１２１～１２３
［９］何香玲，郑刚．ＧＰＳ通信的ＮＥＭＡ协议及定位数据的
提取［Ｊ］．计算机应用及软件，２００４，１３（１２）：１２ｌ￣１２２
［１０］李远，胡修林，赵文同，等．基于ＧＰＳ－ＯＥＭ板和单片机
的定位终端开发［Ｊ］．湖北邮电技术，２００４，４５（６）：２９～
３２
［１１］何秀凤，刘建业，袁信．ＧＰＳ接收机的数据采集与处理
［Ｊ］．数据采集与处理，１９９６，１２（２）：１５４￣１５６
ｅ 、 ‘ 、、 、’ 、、ｅ 、、
（上接第１３２页）
［６］Ｙ．一Ｋ．Ｌａｉ，Ｊ．Ｇｕｏ，Ｃ．一Ｃ Ｊ．Ｋｕｏｋ．Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ ｆｉｄｅｌｉｔｙ
ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｌｏｒ ｉｍａｇｅｓ［Ｃ］／／Ｂ．Ｅ Ｒｏｇｏｗｉｔｚ，
ＴＩ Ｎ．Ｐａｐｐａｓ（Ｅｄｓ．），Ｈｕｍａｎ Ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
［８］Ｂａｔｅｓ Ｒ，Ｓｕｒｍａｎ Ｐ，Ｓｅｘｔｏｎ Ｉ，ｅｔ ａ１．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎ ａｕ—
ｔｏｓｔｅｒｅ－ｏｓｃｏｐｉｃ ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｖｉｅｗｅｒ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙ［－Ｃ］／／
Ｐｒｏｃ．Ａｓｉａｎ Ｓｙｍｐ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ：Ｓｏ
ｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００４：４００￣４０４
Ｉｍａｇｉｎｇ １］Ｉ，Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉ—
ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ，ＷＡ，２００２：２２１－－２３１
［９］Ｔｓａｉ Ｃ Ｈ，Ｌｅｅ Ｋ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ Ｆ—ｎｕｍｂｅｒ ｌｅｎ
ｔｉｃｕｌａｒ ｐｌａｔｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｕｓｅ ａｓ ａ ｓｍａｌｌ— ａｎｇｌｅ ｆｌａｔ—。ｔｏｐ ｄｉｆｆｕｓｅｒ
［７］Ｐａｒｋ Ｄａｅｃｈｕｌ，Ｋｉｍ Ｋｙｕｎｇｔａｅ，Ｌｅｅ Ｃｈｅｓｎｅｅ．Ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ
ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｗｉｔｈ ｎｏ
ｉｎ ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｃｒｅｅｎｓ［Ｃ］／／ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃ．
Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０００，３９５７：３２２
～
ｓｐｅｃｉａｌ ｇｌａｓｓｅｓ［Ｊ］．Ｄｉｇｉｔａｌ Ｏｂｊｅｃｔ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ，１９９５，３（２３—
２６）：１３７～１４Ｏ
３２９
2024年9月20日发(作者：勤访梦)
总第２６２期
２０１１年第８期
计算机与数字工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．３９ ＮＯ．８
ｌ８９
Ｃ８０５ １ Ｆ０２０单片机与ＧＰＳ接收板串行通信的设计
张涛
蚌埠２３３００６） （中国电子科技集团公司第四十一研究所
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
全球定位系统；ＮＭＥＡ格式；单片机；串行通信
ＴＰ３９３
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
中图分类号
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 ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｃｏｍｂｉｎｅ Ｃ８０５１Ｆ０２０ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏ１ｌｅｒ ａｎｄ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｂｏａｒｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｐｉｃｋｉｎｇ ｕｐ ｏｒｉｅｎｔ—
ａｔｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｏｖｉｅｄ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＮＭＥＡ ｆｏｒｍａｔ，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
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
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。
＊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
２ ＧＰＳ接收板设计
２．１ ＧＰＳ接收板的原理设计
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
ＧＰＳ的接收板电源设计中采用ＭＩＣ５２５５—３．３
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
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，＜ＥｆＷ＞，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
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
（ＵＴＣ）；（ＸＸｍｌＴＩ．ｄｄｄｄ）为纬度值；＜Ｎ ｌＳ＞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”
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 语句起始标志
地址
前２位为识别符
后３位为语句名
，
域分隔符２ＣＨ
各数据的分隔标志
ｄｄｄ…ｄｄｄ 数据块 ／
数据内容
＊ 校验符号／ 后２位为校验和
ｈｈ 校验和 ／
校验的结果
（ＣＲ）（ＬＦ＞终止符 ＯＤＨ，ＯＡＨ
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，
定位有效；（ｓｓ）为定位所用卫星数目，数值范围Ｏ０
～
１２；＜ｄ．ｄ＞为水平精度因子；＜ｈ．ｈ＞为平均海平面
高度；（Ｍ＞字符Ｍ；＜ｇ．ｇ＞为平均海平面与ＷＧＳ－８４
基准椭圆面的差值高度；＜ａ．ａ＞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）；＜ＸＸＸＸ）为差
分站编号，数值范围００００～１０２３（若无差分修正，
则此项为空）Ｌ６ ｊ。
在实际应用中，一般只需提取时间和位置信
息，并对定位数据的有效性进行验证。例如，从输
出语句：￥ＧＰＧＧＡ，１１４３５３．０００，６０１６．３２４５，Ｎ，
０２４５８．３２７０，Ｅ，１，１ｏ，０．８１，３５．２，Ｍ，１９．５，Ｍ，，＊
５Ｏ中得到的信息为：定位时间为ＵＴＣ时间１１：４３：
５３，位置为北纬６０。１６．３２４５ 、东经２４。５８．３２７０ 。
４ Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机与ＧＰＳ接收板
串行通信
Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机具有与ＭＣ ５１完全兼容
的指令，并且除了具有标准８０５１的数字外设部件
外，还在片内集成了数据采集和控制系统中常用的
模拟部件和其他数字外设及功能部件，包括５个１６
位的计数器／定时器，２个ＵＡＲＴ串口，因此
Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机具有集成度高和易于开发等特
点，非常适合于ＧＰＳ接收板间的串口数据通信。
当ＧＰＳ接收机处于工作状态时，ＧＰＳ模块就
会将导航定位信息通过串口传送到单片机中。单
片机并从串口接收数据并将其放置于缓存中，这些
数据在没有经过分类提取之前是无法加以利用的。
因此，必须通过程序将各个字段的信息从缓存字节
流中提取出来，将其转化成有实际意义的、可供高
层决策使用的定位信息数据。对ＧＰＳ进行信息提
取必须首先明确其帧结构，本文所使用的ＧＰＳ接
收模块发送到计算机的数据主要由帧头、帧尾和帧
内数据组成，然后才能根据其结构完成对各定位信
息的提取。对于通常情况，所关心的定位数据如经
纬度可以从“￥ＧＰＧＧＡ”帧中获取得到［ “ｊ。
２０１１年第８期 计算机与数字工程 １９１
ＧＰＳ数据接收是整个系统的关键。Ｃ８０５１Ｆ０２０
单片机采用查询方式对ＧＰＳ接收板一组ＧＰＧＧＡ数
发送到单片机的定位信息。本文为普通用户了解、
设计和应用ＧＰＳ系统提供了理论和实践上的指
导。
参考文献
据进行读取，数据存放在起始地址为８０Ｈ的片内
ＲＡＭ中；待收到ＧＰＳ接收板的数据结束标志“ＬＦ”
后，这一接收过程才告结束。整个ＧＰＳ数据的接收
软件流程图如１所示。
［１］李肇庆，韩涛．串行端口技术［Ｍ］．北京：国防工业出版
社，２００４：１５４～１５７
［２］龚福详，王庆，万德钧．ＧＰＳ原始数据的双串口实时采
集方法［＿Ｊ］．电子测量与仪器学报，２００１，１５（３）：５１￣５４
［３］洪大永．ＧＰＳ全球定位系统技术及其应用［Ｍ］．厦门：
厦门大学出版社，１９９８：１２５￣１３０
［４］黄少锋，张尊泉，邓斌．基于单片机采集与显示ＧＰＳ定
位信息系统的设计［Ｊ］．空军雷达学院学报，２００７，２１
（１）：３７￣３９
［５］陈少明．单片机在ＧＰＳ系统中的应用［Ｊ］．煤炭技术，
２Ｏ１Ｏ，２９（７）：２Ｏ７～２０９
［６］刘瑞华．ＭＣＳ－５１单片机与ＧＰＳ－ＯＥＭ板的串行通信
［Ｊ］．电讯技术，２００４，３５（５）：９３￣９６
［７］李洪涛，许国昌．ＧＰＳ应用程序设计［Ｍ］．北京：科学出
图１ ＧＰＳ数据接收软件流程图
版社，１９９９：９７～１０２
［８］李飞光，李良儿．单片机Ｃ程序设计指导［Ｍ］．北京：北
５ 结语
ＧＰＳ定位系统在当今社会得到越来越广泛的
应用，ＧＰＳ接收板则是ＧＰＳ定位系统的关键之处。
本文基于ＬＥＡ一５Ｈ ＧＰＳ模块设计了ＧＰＳ接收板，
并对ＧＰＳ接收板的原理设计以及ＰＣＢ设计进行
了阐述。介绍了ＧＰＳ接收板输出的数据格式，结
合Ｃ８０５１Ｆ０２０单片机通过串口通信读取ＧＰＳ模块
３ ‘ ‘ －ｄ ｅ
京航天航空大学出版社，２００５：１２１～１２３
［９］何香玲，郑刚．ＧＰＳ通信的ＮＥＭＡ协议及定位数据的
提取［Ｊ］．计算机应用及软件，２００４，１３（１２）：１２ｌ￣１２２
［１０］李远，胡修林，赵文同，等．基于ＧＰＳ－ＯＥＭ板和单片机
的定位终端开发［Ｊ］．湖北邮电技术，２００４，４５（６）：２９～
３２
［１１］何秀凤，刘建业，袁信．ＧＰＳ接收机的数据采集与处理
［Ｊ］．数据采集与处理，１９９６，１２（２）：１５４￣１５６
ｅ 、 ‘ 、、 、’ 、、ｅ 、、
（上接第１３２页）
［６］Ｙ．一Ｋ．Ｌａｉ，Ｊ．Ｇｕｏ，Ｃ．一Ｃ Ｊ．Ｋｕｏｋ．Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ ｆｉｄｅｌｉｔｙ
ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｌｏｒ ｉｍａｇｅｓ［Ｃ］／／Ｂ．Ｅ Ｒｏｇｏｗｉｔｚ，
ＴＩ Ｎ．Ｐａｐｐａｓ（Ｅｄｓ．），Ｈｕｍａｎ Ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
［８］Ｂａｔｅｓ Ｒ，Ｓｕｒｍａｎ Ｐ，Ｓｅｘｔｏｎ Ｉ，ｅｔ ａ１．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎ ａｕ—
ｔｏｓｔｅｒｅ－ｏｓｃｏｐｉｃ ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｖｉｅｗｅｒ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙ［－Ｃ］／／
Ｐｒｏｃ．Ａｓｉａｎ Ｓｙｍｐ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ：Ｓｏ
ｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００４：４００￣４０４
Ｉｍａｇｉｎｇ １］Ｉ，Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉ—
ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ，ＷＡ，２００２：２２１－－２３１
［９］Ｔｓａｉ Ｃ Ｈ，Ｌｅｅ Ｋ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ Ｆ—ｎｕｍｂｅｒ ｌｅｎ
ｔｉｃｕｌａｒ ｐｌａｔｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｕｓｅ ａｓ ａ ｓｍａｌｌ— ａｎｇｌｅ ｆｌａｔ—。ｔｏｐ ｄｉｆｆｕｓｅｒ
［７］Ｐａｒｋ Ｄａｅｃｈｕｌ，Ｋｉｍ Ｋｙｕｎｇｔａｅ，Ｌｅｅ Ｃｈｅｓｎｅｅ．Ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ
ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｗｉｔｈ ｎｏ
ｉｎ ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｃｒｅｅｎｓ［Ｃ］／／ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃ．
Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０００，３９５７：３２２
～
ｓｐｅｃｉａｌ ｇｌａｓｓｅｓ［Ｊ］．Ｄｉｇｉｔａｌ Ｏｂｊｅｃｔ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ，１９９５，３（２３—
２６）：１３７～１４Ｏ
３２９