摘要：本文分析了Rockwell公司的“Jupiter”GPS接收机的内部电路功能和性能特点，给出了其内部结构和引脚功能，提出了一个用“Jupiter”GPS实现定位系统电路的方案，并结合实际开发指出了设计参数的配置方法。
关键词：GPS接收机 单片机 串口通讯
1 概述
GPS（global positioning system）全球定位系统是利用美国24颗GPS地球卫星所发射的信息而进行导航、定位、授时等服务的系统。自1993年GPS系统向世界免费开放以来，得到了世界各地各行业的广泛应用。这种全球定位系统可以用于航空导航、航海导航、大地测量、石油地质勘探、地震预报、授时校准、自动校时、高程测量、时间同步、输变电工程、疏浚工程测量验收、车辆定位、车辆跟踪、车辆导向及防盗等领域。
Rockwell公司的“Jupiter”GPS/OEM接收机具有尺寸小、性能稳定等优良特征。可方便、自主地开发出各种GPS应用系统。
它具有如下特点：
●极其紧凑的GPS接收机尺寸：71mm×41mm×11mm;
●其射频输入为1575.42MHz，范围为-130dBw～-163dBw;
●具有12个并行卫星轨迹通道，能快速识别和再识别当前位置;
●支持真正的NEMA-0183数据格式;
●直接微分的RECMSC-104数据动态提供定位精确度;
●自适应门限检测，提高微弱信号的检测能力;
●其于SA的静态导航能力;
●可与过去的天线兼容，花费很小;
●3D到2D导航时能自动保持纬度;
●可以基于SPS获得最佳导航精确度;
●无初始化数据时可以自动开启冷启动程序;
●通过串行通讯，用户有很大的操作空间和配置能力;
●可接受用户通过主串口写入的初始化数据;
●具有三种启动方式：热启动、初始化、冷启动;
●用户可以选择卫星;
●用户可以选择卫星表面角;
●具有可选的RF连接头;
●最大测速可达500m/s;
●工作温度范围为-40℃～+85℃。
2 内部结构和引脚说明
图1所示是“Jupiter”GPS/OEM接收机的内部结构图，它主要包括天线部分、接收部分、数据处理部分。这种接收器是通过两个串口与外部通讯的，串口1为主串口，串口2为辅助串口（提供修正量）。其中，串口1为全双工方式，串口2为半双工方式。系统通过这两个串口同其外部器件或设备连接，也可以用软件编程或硬件设置来配置其串口特性。
接收数据的用户可以选择的存储方式有三种：SRAM、ROM、EEPROM。
接收机内部的一个10kHz的参考时钟输出和一个1pps（每秒一个脉冲）的时钟标输出可用来进行时钟同步，也可用于进行时钟校准。
系统可以通过RESET进行复位。
“Jupiter”GPS/OEM接收机采用20脚DIP封装，常用管脚的说明如表1所列。
表1 “Jupiter”GPS/OEM接收机主要管脚说明
| 管 脚 | 说 明 | 备 注 |
| 2 | PWRIN_5 | 5V主电源 |
| 5 | M_RST | 复位输入（低电平有效） |
| 7 | GPIO2 | NMEA协议选择 |
| 8 | GPIO3 | ROM缺省选择 |
| 11 | SDO1 | 串口1输出 |
| 12 | SDI1 | 串口1输入 |
| 15 | SDI2 | 串口2输入 |
| 18 | GND | 地 |
| 19 | TMARK | 1PPS时钟标记输出 |
| 20 | 10kHz | 10kHz时钟输出 |
3 数据格式和通讯设置
3.1 数据格式
“Jupiter”GPS/OEM接收机具有两种数据格式，一种是二进制方式，另一种是（也为ASCII码）方式，可通过设置GPIO2和GPIO3来选择不同的数据格式。选择不同的数据格式所对应的形式不同，消息长度和内容也不同。
二进制方式消息格式共有31种消息（其中14种输出消息，17种输入消息），每种消息必有一个消息头，且以“0xFF81”开始，数据段可选;NEMA方式消息格式共有11种消息（其中7种输出消息，4种输入消息），每种消息以“$”开头，以<CR><LF>结束。前者消息长度比后者长，后者比前者消息种类少，可根据实际需要来选择。
3.2 通讯设置
“Jupiter”GPS/OEM接收机与外设连接，用串口来进行通讯。其串口设置如表2所列。
表2 串口设置
| GPIO2 | GPIO3 | 消息格式 | 主串口波特率（BPS） | 奇偶 | 数据位 | 停止位 | 存储方式 |
| 0 | 0 | NMEA | 4800 | 无 | 8 | 1 | ROM |
| 0 | 1 | NMEA | 4800 | 无 | 8 | 1 | SRAM/EEPROM |
| 1 | 0 | 二进制 | 9600 | 无 | 8 | 1 | ROM |
| 1 | 1 | 二进制 | 9600 | 无 | 8 | 1 | SRAM/EEPROM |
4 典型应用
4.1 典型电路
由于“Jupiter”GPS/OEM接收机的串口与TTL电平兼容，故可直接与单片机的串口连接，具体连接电路如图2所示。
4.2 程序流程图
程序流程图如图3所示（假定为NEMA格式，即选择GPIO2=GPIO3=0）。
4.3 初始化程序
单片机初始化主要对串口初始化，设置波特率和串口工作方式。假定选择GPIO2=GPIO3=0，可将串口初始化为，串口方式1，定时器1置方式2，波特率为4800BPS，允许接收。其初始化程序如下：
MOV SCON，#50H;
MOV TMOD，#20H;
MOV TH1，#0FAH;
MOV TL1，#0FAH;
SETB TCON.6;
SETB EA;
SETB ES;
4.4 中断服务程序
单片机可以采用中断方式接收GPS消息，收到中断后，为了挑选出有用的消息，可以先进行消息头识别。不同消息具有不同的消息头，可根据需要来选择，如RMC消息格式为：
$GPRMC，hhmmss.ss，a,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x.x,x.x,xxxxxx,x.x,a*hh<CR><LF>
例如，接收到的消息如下：
$GPRMC，185203，A，3339.7332，N，11751.7589，W，0.000，121.7，160496，13.8，E*55<CR><LF>
此消息共分13个部分，前面为消息头，接着是时间，经纬度，速度，高度，日期等消息。可以先判定消息头是否正确，然后再接收，既可局部接收某个量，也可全部接收下来再选择所需参量。
识别消息头程序如下：
JB 21H.5，WORD6;
JB 21H.4，WORD5;
JB 21H.3，WORD4;
JB 21H.2，WORD3;
JB 21H.1，WORD2;
JB 21H.0，WORD1;
CJNE A，#24H，WORDCLR;
SETB 21H.0; ;识别“$”
SJMP ENDT;
WORD1：CJNE A，#47H，WORDCLR;
SETB 21H.1; ;识别“G”
SJMP ENDT;
WORD2：CJNE A，#50H，WORDCLR;
SETB 21H.2; ;识别“P”
SJMP ENDT;
WORD3：CJNE A，#52H，WORDCLR;
SETB 21H.3; 识别“R”
SJMP ENDT;
WORD4：CJNE A，#4DH，WORDCLR;
SETB 21H.4; ;识别“M”
SJMP ENDT;
WORD5：CJNE A，#43H，WORDCLR;
SETB 21H.5; ;识别“C”
SJMP ENDT;
WORD6;
......;数据接收与处理程序
WORDCLR：MOV 21H，#00H;
ENDT：RETI;
5 结束语
“Jupiter”GPS/OEM接收机具有较高的准确度。由于城市的高层建筑比较多，信号多径传输明显，因而没有顶盖或运动的运动媒体上运行效果很好。城市有些高层方位会出现接收盲区（很小范围），使用时应该注意。
这种GPS接收电路可以由硬件来设定模式，部分参数还可通过主串口送到接收电路进行设定，操作方便、灵活。本文介绍的电路及设定参数都经过了实践检验，数据接收稳定，误差小。
