簡單實用的高精度倒計時牌設(shè)計

引言

    GPS是具有高精度、全天候和全球覆蓋能力的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。將GPS應(yīng)用于時鐘倒計時系統(tǒng)中能實現(xiàn)高精度時間顯示功能。本文介紹的基于GPS的高精度、倒計時牌是衛(wèi)星測時技術(shù)、計算機技術(shù)及通信技術(shù)三者的有機結(jié)合。該設(shè)計將整個系統(tǒng)分為GPS測時接收和時鐘顯示兩部分。可定時接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)并進行識別和緩存，并可對GPS測時數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，以使其編碼格式適于接收，同時可在給定時間內(nèi)刷新DSl2C887的時鐘時間，并讀取DS12C887時間，以進行倒計時和顯示。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

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

1．1 控制模塊

    AT89C5l型單片機是整個控制系統(tǒng)的核心，可用于完成對串行口控制器的初始化和數(shù)據(jù)讀寫，此外，還要對接收的各種數(shù)據(jù)進行識別、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)是以串行方式輸出的一幀10位、波特率為4 800 bit信號，該信號與MCS－51型單片機的串口輸人輸出格式匹配，所以可利用單片機串行口直接從OEM接收數(shù)據(jù)。

    DS12C887具有提供較高精度年、月、日、時、分、秒時間的功能，對其進行校準后，可在掉電情況下，10年之內(nèi)仍能準確地進行計時，并且能與單片機直接相連。

1．2 顯示模塊

    本系統(tǒng)利用74HC595來實現(xiàn)串行方式控制的數(shù)碼管顯示，而且占用口線少，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，它的14腳(SER)為串行輸入端；12腳(RCLR)為移位時鐘端，可在上升沿將14腳數(shù)據(jù)移人寄存器；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，該腳接低電平時可輸出數(shù)據(jù)。

    利用單片機輸出的數(shù)據(jù)和移位時鐘，可在時鐘上升沿將數(shù)據(jù)移人74HC595。P 1．0用于輸出數(shù)據(jù)，可在移位脈沖上升沿到來時將數(shù)據(jù)移出。P1．1輸出移位脈沖，P 1．2輸出鎖存脈沖。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，因此，在傳送下一組數(shù)據(jù)時，前一組數(shù)據(jù)的內(nèi)容不變的數(shù)據(jù)可整個系統(tǒng)即以此方式進行數(shù)據(jù)的傳送和顯示。由于本設(shè)計在控制模塊中是用單片機的串行口接收OEM板內(nèi)容，所以，在顯示軟件模塊中要將P1．0、P 1．1、P 1．2定義為模擬串行口。這樣，P1．0、P 1．2、P 1．3就可作為串行口使用了。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2．1 主程序

    本系統(tǒng)的程序包括對單片機自身串行口的設(shè)置以及初始化等，其主程序流程如圖2所示。

2．2 GPS測時接收程序

    GPS測時數(shù)據(jù)可由串行口接收，并由單片機對其進行讀入、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GPZ-DA。此外，由于接收的時間信號是ASCⅡ碼，所以要將接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)。由于接收的時間為格林威治時間，所以必須將其轉(zhuǎn)化為北京時間，然后再將轉(zhuǎn)化后的時間寫入DSl2C887中。DS12C887是一種比較準確的計時電路，不需要時刻接收GPS信號。一般1小時接收1次GPS信號即可，其接收子程序流程如圖3所示。

2．3 時鐘倒計時顯示

    此程序中用模擬串行口來讀取DS12C887的數(shù)據(jù)，然后利用74HC595對其數(shù)據(jù)進行顯示。其顯示子程序流程如圖4所示。 

2．4倒計時子程序

    若以計算從現(xiàn)在到2008年1月1日為例，首先由單片機讀DSl2C887的時間單元，并將其存放在以69H為起始的單元中。操作時可先讀取月份，然后利用查表方法計算其下月份到預(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)相加就可得到實際天數(shù)。進行時、分、秒計算時，首先把2008年1月1日0點0時0分0秒轉(zhuǎn)化為2007年12月31日23點59時60秒．這樣就可以直接利用時、分、秒相減得到相差的時、分、秒。其倒計時流程如圖5所示。

3 結(jié)束語

    本文所述的基于GPS的高精度、無誤差倒計時牌經(jīng)調(diào)試運行和參數(shù)整定后，運行穩(wěn)定可靠，連續(xù)長期運行積累的誤差為零，其即時時間精度誤差小于l5 ms。本系統(tǒng)的控制模塊結(jié)構(gòu)簡單，便于實際開發(fā)應(yīng)用。