第四章 基于单片机的GPS软件设计
4.1 NMEA-0183数据格式
NMEA－0183是美国国家海洋电子协会（National Marine Electronics Association）为海用电子设备制定的标准格式。它是在过去海用电子设备的标准格式0180和0182的基础上，增加了GPS接收机输出的内容而完成的。目前广泛采用的是Ver 2.00版本。现在除少数早期的GPS接收机外，几乎所有的GPS接收机均采用了这一格式。此协议是为了在不同的GPS导航设备中建立统一的RTCM标准。这种格式的广泛使用使得GPS接收模块的通用化和互换性大大提高。
这种格式所输出的语句采用的是ASCII字符码，包含了纬度、经度、速度、日期、时间、航向、以及卫星信号情况等信息。其串行通信默认参数为：波特率=9600bps，数据位=8bit，开始位=1bit，停止位=1bit，无奇偶校验。
帧格式形如：$aaccc,ddd,ddd,…,ddd*hh
(2) aaccc：地址域，前两位为识别符，后三位为语句名； (3) ddd…ddd：数据； (4) “*”：校验和前缀；
(5) hh:校验和（check sum），$与*之间所有字符ASCII码的校验和（各字节做异或运算，得到校验和后，再转换16进制格式的ASCII字符。）
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4.1.1 输入语句
NMEA-0183输入语句是指GPS接收模块可以接收的语句。输入语句包括初始位置，时间，秒脉冲状态，差分模式，NMEA输出间隔等设置信息。这些语句是GPS接收机可以接受的语句。一般情况下初始化信息语句为PGRMI。
＄GPRMI，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>*hh
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<3>经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）； <4>经度半球E（东经）或W（西经）； <5>UTC日期，ddmmyy（日月年）格式； <6>UTC时间，hhmmss（时分秒）格式； <7>接收机命令，A=自动定位，R=机器重新启动。 4.1.2 输出语句
SiRF Star II的输出语句有十余种 ,其主要语句有GPALM（历书数据）、GPGGA(GPS标准数据,定位数据)、GPGSV（卫星状态）、GPGSA、GPRMC、GPVTG、PGRME、PGRMF、PGRMT、PGRMV（GARMIN定义的语句,3D速度信息）、LCGLL、LCVTG（NMEA标准语句）等。可通过GPS串口调试软件发送相应的命令语句给SiRF Star II芯片，此后芯片会根据命令语句设置参数。
几种常用的数据格式如下：
（1） GPS标准数据（GPGGA），其结构为：
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>*<15>
<1> UTC时间，格式为hhmmss.sss；
<2> 纬度，格式为ddmm.mmmm（前导位数不足则补0）； <3> 纬度半球，N或S（北纬或南纬）；
<4> 经度，格式为dddmm.mmmm（前导位数不足则补0）； <5> 经度半球，E或W（东经或西经）； <6> 定位质量指示，0=定位无效，1=定位有效；
<7> 使用卫星数量，从00到12（前导位数不足则补0）； <8> 水平精确度，0.5到99.9；
<9> 天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米 ； <10> 高度单位，M表示单位米；
<11> 大地椭球面相对海平面的高度，-999.9到9999.9米； <12> 高度单位，M表示单位米；
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<13> 差分GPS数据期限（RTCM SC-104），最后设立RTCM传送的秒数量； <14> 差分参考基站标号，从0000到1023（前导位数不足则补0）； <15> 校验和。
（2） 可视卫星状态输出语句（GPGSV），其结构为：
$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,...,<4>,<5>,<6>,<7>*<8>
<6> 卫星方位角，000至359度,实际值；
<7> 信噪比（C/No），00至99dB；无表未接收到讯号； <8> 校验和。
（3） 推荐最小GPS/TRANSIT数据（GPRMC），其结构为：
$GPRMC,<1>,<2>,<2>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>，<12>*hh
$GPRMC语句数据区的内容为：
<1>定位点的协调世界时间（UTC），hhmmss（时分秒）格式； <2>定位状态，A＝有效定位，V＝无效定位； <3>定位点纬度，ddmm.mmmm（度分）格式； <4>纬度半球，N（北半球）或S（南半球）； <5>定位点经度，dddmm.mmmm（度分）格式; <6>经度半球，E（东经）或W（西经）； <7>地面速率，000.0～999.9节； <8>地面航向，000.0～359.9度；
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<9>UTC日期，ddmmyy（日月年）格式； <10>磁偏角，000.0～180度；
<11>磁偏角方向，E（东）或W（西）；
<12>工作模式：A=自主，D=差分，E=评估，N=数据无效[10]。
4.2 基于单片机的GPS定位系统软件开发环境―Keil uVision2
4.2.1 8051开发工具
Keil uVision2是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统C语言的语法来开发，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，它还能嵌入汇编，您可以在关键的位置嵌入。KeilC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器功能的不断增强，使我们可以更加贴近CPU本身及其他的衍生品。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包括：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境[11]。
Keil uVision2与同类开发环境具有以下优点：
(1) 真正的集成调试环境,集成了编缉器、编译器、调试器；
(2) 众多强大软硬件调试手段,包括逻辑分析仪、跟踪器、逻辑笔、波形发生器、影子存储器、记时器、程序时效分析、 数据时效分析、硬件测试仪、事件触发器；
(3) 所有类型的单片机集成在一个调试环境下,支持汇编、C、PL/M源程序混合调试； (4) 支持软件模拟，支持项目管理；
(5) 支持点屏功能,直接点击屏幕就可以观察变量的值,方便快捷； (6) 功能强大的观察窗口,支持所有的数据类型； (7) 树状结构显示，一目了然；
(8) 在线直接修改、编译、调试源程序，错误指令定位[12]。 4.2.2 uVision2集成开发环境
(1) 项目管理
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工程（project）是由源文件、开发工具选项以及编程说明三部分组成的。一个单一的uVision2工程能够产生一个或多个目标程序。产生目标程序的源文件构成“组”。开发工具选项可以对应目标，组或单个文件。
uVision2包含一个器件数据库(device database)，可以自动设置汇编器、编译器、连接定位器及调试器选项，来满足用户充分利用特定 微控制器的要求。此数据库包含：片上存储器和外围设备的信息，扩展数据指针(extra data pointer)或者加速器
(mathaccelerator)的特性。uVision2可以为片外存储器产生必要的连接选项：确定起始地址和规模[13]。
(2) 集成功能
uVision2的强大功能有助于用户按期完工。
集成源极浏览器利用符号数据库使用户可以快速浏览源文件。用详细的符号信息来优化用户变数存储器；
文件寻找功能：在特定文件中执行全局文件搜索； 工具菜单：允许在V2集成开发环境下启动用户功能； 可配置SVCS接口：提供对版本控制系统的入口； PC－LINT接口：对应用程序代码进行深层语法分析； Infineon的EasyCase接口：集成块集代码产生；
Infineon的DAVE功能：协助用户的CPU和外部程序。DAVE工程可被直接输入uVision2。
4.2.3 编辑器和调试器
(1) 源代码编辑器
uVision2编辑器包含了所有用户熟悉的特性。彩色语法显像和文件辩识都对C源代码进行和优化。可以在编辑器内调试程序，它能提供一种自然的调试环境，使你更快速地检查和修改程序。
(2) 断点
uVision2允许用户在编辑时设置程序断点（甚至在源代码未经编译和汇编之前），用户启动V2调试器之后，断点即被激活。断点可设置为条件表达式，变量或存储器访问，断点被触发后，调试器命令或调试功能即可执行。
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