GPS高精度的時(shí)鐘的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

1、    GPS高精度的時(shí)鐘的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)摘要：介紹采用GPS、OEM接收板來實(shí)現(xiàn)精密時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和方法，給出基本的硬件電路和軟件流程。關(guān)鍵詞：GPSGPSOEM串口通信1概述GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)是利用美國的24顆GPS地址衛(wèi)星所發(fā)射的信號而建立的導(dǎo)航、定位、授時(shí)的系統(tǒng)。美國政府已承諾，在今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，GPS系統(tǒng)將向全世界免費(fèi)開放。目前，GPS系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在導(dǎo)航、大地測量、精確授時(shí)、車輛定位及防盜等領(lǐng)域。因此，開展對GPS系統(tǒng)的摘要：介紹采用GPS、OEM接收板來實(shí)現(xiàn)精密時(shí)鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和方

2、法，給出基本的硬件電路和軟件流程。    關(guān)鍵詞：GPS GPS OEM 串口通信1 概述GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)是利用美國的24顆GPS地址衛(wèi)星所發(fā)射的信號而建立的導(dǎo)航、定位、授時(shí)的系統(tǒng)。美國政府已承諾，在今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，GPS系統(tǒng)將向全世界免費(fèi)開放。目前，GPS系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在導(dǎo)航、大地測量、精確授時(shí)、車輛定位及防盜等領(lǐng)域。因此，開展對GPS系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，將極大地提高生產(chǎn)力，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本文旨在通過利用GPS所提供的精確授時(shí)的功能，采用單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)適合于需要精確授時(shí)的高精度時(shí)鐘系統(tǒng)。GS

3、U-16是日本光電（KODEN）公司生產(chǎn)的并行11通道GPS OEM接收板，由于采用了先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)手段，它具有尺寸小、功耗低、性能穩(wěn)定、性價(jià)比高等優(yōu)良特性。利用它，可以方便、快速地開發(fā)出各種GPS應(yīng)用系統(tǒng)。其主要性能指標(biāo)如下：接收通道11通道并行接收，可同時(shí)跟蹤11顆衛(wèi)星；授時(shí)精度小于400ns，無累計(jì)誤差；數(shù)據(jù)更新時(shí)間1s；體積和重量65mm×35mm，約重40g（含鋰電池）；數(shù)據(jù)輸出格式NMEA-0183 v2.0；RTCM-sc104 v2.0；環(huán)境工作溫度-30+75；正常工作參數(shù)電壓5（1±0.05）V；電流100mA；功耗100mW。2 GSU

4、-16的硬件接口和軟件接口（1）硬件接口GSU-16同時(shí)提供12腳接口（J3）和5腳接口（J4）。本設(shè)計(jì)中采用5鏈接口J4，各引腳的功能如表1所列。表1接口編號信號名稱功   能1GND電源地2backup in備份電源輸入，3V時(shí)消耗2A3SD1串行輸出4RD1串行輸入5+5V主供電電源輸入GSU-16的RD1腳為RS232C的通信接口，其邏輯電平為TTL電平。這樣能夠很方便地與各種單片機(jī)連接連接，無須電平轉(zhuǎn)換。同時(shí)，12腳接口還提供了高精度的秒脈沖輸出，可用于需要更高精度定時(shí)服務(wù)的測量系統(tǒng)。在此，我們僅使用其時(shí)鐘信息，故只需在其輸出的ASCII數(shù)據(jù)中直接提取即可。（2）

5、軟件接口GSU-16的通信波特率為4800，1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，無奇偶校驗(yàn)。通常使用NMEA-0183格式輸出，數(shù)據(jù)代碼為ASCII碼字符。NMEA-0183是美國海洋電子協(xié)會(huì)為海用電子設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)格式，目前廣泛使用V2.0版本。由于該格式為ASCII碼字符串，比較直觀和易于處理，在許多高級語言中都可以直接進(jìn)行判別、分離，以提取用戶所需要的數(shù)據(jù)。NMEA-0183主要語句中，最常見的幾種格式為：GPGGA GPS定位數(shù)據(jù)GPGLL 地址位置和經(jīng)緯度GPZDA 日期和時(shí)間GPVTG 方位角對地速度例如，GPZDA為時(shí)間和日期輸出語句，其標(biāo)準(zhǔn)格式如下：又如，$GP GGA為定位導(dǎo)

6、航數(shù)據(jù)輸出語句，其標(biāo)準(zhǔn)格式如下：在具體使用時(shí)，可以在收到一條消息后，用軟件來判別消息引導(dǎo)頭是否為“$GPZDA”或“$GPGGA”來確認(rèn)收到的消息正確與否，然后從消息中提取世界時(shí)，一定要注意將提取到的世界時(shí)加上8小時(shí)才是北京時(shí)間，而且軟件還必須對16：0024：00世界時(shí)作相應(yīng)的處理，以轉(zhuǎn)換為正確的北京日期和時(shí)間。3 應(yīng)用電路和程序設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)該時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)，我們采用的單片機(jī)是Motolola公司的MC68HC08的通用芯片MC68HC908GP32。該芯片以它的高性能、低功耗、低價(jià)位獲得了廣泛的應(yīng)用，其主要特性為：32KB片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，具有在線可編程能力和保密功能；512B片內(nèi)RAM；增

7、強(qiáng)型串行通信口和串行外圍接口；支持C語言。其接口電路可按圖1設(shè)計(jì)，程序流程如圖2所示。單片機(jī)初始化程序樣例如下：SCBR EQU $0019SCC1 EQU $0013SCC2 EQU $0014SCC3 EQU $0015SCS1 EQU $0016SCS2 EQU $0017SCDR EQU $0018TEMP EQU $40 ；定義1個(gè)字節(jié)的臨時(shí)存儲(chǔ)空間ORG $8000；定義程序的起始位置INIT：LDA#%00100010；初始化開始STASCBR ；波特率定義LDA #%01000000STA SCC1LDA #%00001100STA SCC2LDA #%00000000STA

8、SCC3START：JSR GETDATA ；接收1個(gè)字符STA TEMP ；將其存放臨時(shí)空間CMP #$"$"；判是否為“$”符，如不是轉(zhuǎn)START；判是否為GPZDA信息模塊，如不是則轉(zhuǎn)START重新接收；數(shù)據(jù)接收與處理模塊；時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)與顯示模塊；返回START重新接收下一組消息GETDATA：BRCLR 5，SCS1，GETDATALDA SCRARTS4 結(jié)論時(shí)間信號的準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到人們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、GPS定位技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和礅，以及GPS OEM板價(jià)格的降低，已經(jīng)具備了為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域提供高精度授時(shí)的可能性。GPS精密時(shí)鐘主要應(yīng)