基于GPS的高精度無誤差倒計(jì)時牌設(shè)計(jì)

引言

gps是global positioning system的簡稱，是利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測時和測距的全球定位系統(tǒng)，它具有精度高、全天候和全球覆蓋能力，將gps應(yīng)用于時鐘倒計(jì)時系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)高精度時間顯示功能，基于gps的高精度，倒計(jì)時牌是衛(wèi)星測時技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)三者的有機(jī)結(jié)合。從功能模塊上看，整個系統(tǒng)分為gps測時接收系統(tǒng)和時鐘顯示系統(tǒng)，它主要完成以下功能：

◆ 定時接收gps衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)并進(jìn)行識別和緩存；

◆ 對gps測時數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，以使編碼格式適于接收；

◆ 在給定時間內(nèi)刷新ds12c887型時鐘的時間；

◆ 讀ds12c887時間，進(jìn)行倒計(jì)時換算并顯示。

硬件設(shè)計(jì)

基于gps的高精度倒計(jì)時牌的硬件結(jié)構(gòu)較為簡單，它包括控制模塊和顯示模塊兩部分，圖1所示是其電路圖。

◇ 控制模塊

at89c52單片機(jī)是整個控制系統(tǒng)的核心，用于完成對串行口控制器的初始化和數(shù)據(jù)讀寫，還要對接收的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行識別、轉(zhuǎn)儲及顯示。由于日本光電公司的gsv-15型oem gps接收板傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以串行方式輸出，它的一幀為10位、波特率為4800bit，與mcs-51型單片機(jī)串口輸入輸出格式匹配，所以利用單片機(jī)串行口直接從oem接收數(shù)據(jù)，而ds12c887具有提供較高精度年、月、日、時、分、秒時間的功能，對其校準(zhǔn)后，在掉電情況下，10年之內(nèi)仍能準(zhǔn)確的進(jìn)行計(jì)時，并且能與單片機(jī)直接相連。

◇ 顯示模塊

本系統(tǒng)利用74hc595來實(shí)現(xiàn)串行方式控制數(shù)碼管顯示，因而占用口線少，硬件結(jié)構(gòu)簡單，74hc595型串/并轉(zhuǎn)換移位寄存器具有鎖存和3態(tài)輸出功能。14腳（ser）為串行輸入端；12腳（rclr）為移位時鐘端?？稍谏仙貙?4腳數(shù)據(jù)移入寄存器；11腳（srclr）為鎖存時鐘端，可在上升沿鎖存數(shù)據(jù)；8腳（e）為3態(tài)輸出控制端，接低電平時輸出數(shù)據(jù)。

單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)和移位時鐘，在時鐘上升沿時將數(shù)據(jù)移入74hc595，p1.0輸出數(shù)據(jù)，在移位脈沖上升沿到來時數(shù)據(jù)移出。p1.1輸出移位脈沖。p1.2輸出鎖存脈沖。數(shù)據(jù)出現(xiàn)在并行輸出端上經(jīng)74hc07驅(qū)動數(shù)碼管顯示，由于數(shù)據(jù)已被鎖存，在傳送下一組數(shù)據(jù)時，前一組數(shù)據(jù)的內(nèi)容不變，以此方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和顯示。由于在控制模塊中已用單片機(jī)的串行口接收oem板內(nèi)容，所以在顯示模塊軟件中要將p1.0、p1.1、p1.2定義為模擬的串行口。這樣，p1.0、p1.2、p1.3就可以作為串行口來使用。

軟件設(shè)計(jì)

◇ 主程序

軟件設(shè)計(jì)的主程序部分包括對單片機(jī)自身的機(jī)制的設(shè)置和對串行口的初始化等，圖2所示是其主程序流程圖。

◇ gps的測時接收

gps的測時接收數(shù)據(jù)由串行口接收，由單片機(jī)對其進(jìn)行讀入、識別、轉(zhuǎn)換及存儲等操作，在程序開始時，首先識別接收信號，看其是否是要接收的信號，oem板接收的時間信號的字頭為gpzda。由于接收的時間信號是asc ii碼。所以要將接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)。由于接收的時間為格林威治時間，所以必須轉(zhuǎn)化為北京時間，然后將轉(zhuǎn)化后的時間寫入ds12c887中，ds12c887是一種比較準(zhǔn)確的計(jì)時電路，它不需要時刻接收gps信號，設(shè)計(jì)時可規(guī)定1小時接收1次gps信號，其接收子程序流程如圖3所示。

◇ 時鐘倒計(jì)時顯示

此程序主要用于模擬串行口，以便讀取ds12c887的數(shù)據(jù)，并利用74hc595對其數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，其流程如圖4所示。

◇ 倒計(jì)時子程序

以從現(xiàn)在到2008年1月1日為例來說明其設(shè)計(jì)，首先由單片機(jī)讀ds12c887的時間單元，并將其存放在以69h為起始的單元中，先讀取月份，利用查表的方法計(jì)算其下月份到預(yù)定時間的天數(shù)。然后再利用查表方式判斷其月份是31天、30天、28天或29天，然后將查表得到的天數(shù)減去讀取日期，這樣將二個天數(shù)相加就會得到實(shí)際天數(shù)。進(jìn)行時、分、秒的計(jì)算時，首先要把2008年1月1日0點(diǎn)0時0秒轉(zhuǎn)化為2008年12月31日23點(diǎn)59時60秒，這樣，直接利用時、分、秒響箭就能得到相差的時、分、秒。倒計(jì)時流程如圖5所示。

結(jié)束語

本文所述的是基于gps的高精度、無誤差倒計(jì)時牌經(jīng)調(diào)試運(yùn)行和參數(shù)整定后，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，連續(xù)長期運(yùn)行積累的誤差為零，當(dāng)時的時間精度誤差小于15ms。本系統(tǒng)的控制模塊結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)際開發(fā)應(yīng)用。