基于PIC18F8520 的GPS 精準(zhǔn)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)
今日電子
孫曉曄
石家莊開發(fā)區(qū)冀科雙實(shí)科技有限公司
摘要： GPS(Global Positioning System)全球定位系統(tǒng))是世界上最完善的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),。它不僅有覆蓋全球的實(shí)時(shí)、連續(xù)的高精度的三維定位能力,，同時(shí)也有精準(zhǔn)的授時(shí)功能,。利用高度穩(wěn)定、精確的星載原子鐘作為信號(hào)源進(jìn)行時(shí)間傳輸和比對(duì),，已成為眾多領(lǐng)域獲取時(shí)間的重要手段,。基于此,，本文利用GPS所提供的精確授時(shí)功能,，采用單片機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種GPS時(shí)鐘,，并將時(shí)間信息通過LCD進(jìn)行顯示,。
Abstract：
Key words :
GPS(Global Positioning System)全球定位系統(tǒng))是世界上最完善的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它不僅有覆蓋全球的實(shí)時(shí),、連續(xù)的高精度的三維定位能力,，同時(shí)也有精準(zhǔn)的授時(shí)功能。利用高度穩(wěn)定,、精確的星載原子鐘作為信號(hào)源進(jìn)行時(shí)間傳輸和比對(duì),，已成為眾多領(lǐng)域獲取時(shí)間的重要手段?；诖?，本文利用GPS所提供的精確授時(shí)功能,，采用單片機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種GPS時(shí)鐘,，并將時(shí)間信息通過LCD進(jìn)行顯示,。
系統(tǒng)構(gòu)成及硬件實(shí)現(xiàn)
1 系統(tǒng)構(gòu)成
GPS時(shí)鐘系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、單片機(jī),、LCD顯示器三部分組成,，如圖1所示。
圖1 GPS時(shí)鐘系統(tǒng)構(gòu)成框圖
GPS接收機(jī)
在本系統(tǒng)中,，GPS接收機(jī)采用Garmin公司的GPS15XL,，它是12通道的GPS接收機(jī)，體積小,，重量輕,，功耗低，首次定位和重捕獲時(shí)間短,，有較強(qiáng)抗遮擋和抗干擾能力,，性能極其穩(wěn)定可靠，且操作簡(jiǎn)單,，易于開發(fā),。可工作在3.3～5.4V電壓范圍內(nèi),，本系統(tǒng)采用+3.3V供電,；精密授時(shí)類型精度可達(dá)±50ns(典型值)；具有串行端口,，輸出為RS232,，輸入可為RS232或者具有RS232極性的TTL電平，波特率從300～38
400可選,，默認(rèn)為4800，無(wú)奇偶校驗(yàn),，8個(gè)數(shù)據(jù)位,，1個(gè)起始位，1個(gè)停止位,。GPS15XL輸出的數(shù)據(jù)以美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)(National Marine Electronics Association)的NMEA0183 ASCII碼接口協(xié)議為基礎(chǔ),，可輸出多條語(yǔ)句，內(nèi)容包括經(jīng)度,、緯度,、速度、方位角,、高度,、世界時(shí)、星歷等信息。還可輸出Garmin二進(jìn)制格式信息,。非常適合應(yīng)用于車輛導(dǎo)航,、海事導(dǎo)航、電力系統(tǒng)校時(shí)等,。
對(duì)GPS15XL的配置,，可以利用單片機(jī)通過NMEA 0183語(yǔ)句在程序中實(shí)現(xiàn)，也可以利用SNSRCFG軟件來(lái)進(jìn)行,。配置參數(shù)將被保存在永久性存儲(chǔ)器中,，下次加電時(shí)自動(dòng)生效。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),，本文采用第二種方法,，即通過SNSRCFG軟件對(duì)GPS15XL進(jìn)行初始化配置。
GPS15XL可以輸出兩種時(shí)間信號(hào)：一是包含在串口輸出信息中的UTC(Coordinated Universal
Time協(xié)調(diào)世界時(shí))絕對(duì)時(shí)間(年,、月,、日、時(shí),、分,、秒)；二是間隔為1s的同步脈沖信號(hào)1PPS,，其脈沖前沿與UTC的同步誤差不超過1μs,。本系統(tǒng)主要是利用串口輸出的NMEA 0183語(yǔ)句獲取UTC時(shí)間信息。
NMEA 0183語(yǔ)句以“rdquo;開始,，以<CR><LF>,，即ASCII字符“回車”（十六進(jìn)制的0D）和“換行”（十六進(jìn)制的0A）結(jié)束。下面以本文使用的GPRMC語(yǔ)句為例說(shuō)明其格式：
$GPRMC,，<1>,，<2>，<3>,，<4>,，<5>，<6>,，<7>,，<8>，<9>,，<10>,，<11>，<12>*hh <CR><LF>
$GPRMC：語(yǔ)句起始標(biāo)志（Recommended Minimum Specific GPS／TRANSIT Data推薦定位信息）
<1> UTC時(shí)間,，hhmmss(時(shí)分秒)格式
<2>定位狀態(tài),，A=有效定位,，V=無(wú)效定位
<9>UTC日期，ddmmyy(日月年)格式
最后的校驗(yàn)碼*hh用于做奇偶校驗(yàn),，通常不是必需的,，但當(dāng)周圍環(huán)境有較強(qiáng)的電磁干擾時(shí)則推薦使用校驗(yàn)碼。hh代表了“rdquo;和“*”之間所有字符的按位異或值（不包括這兩個(gè)字符）,。
單片機(jī)PIC18F8520系統(tǒng)采用Microchip公司生產(chǎn)的高性能RISC CPU PIC18F8520作為控制器,，它內(nèi)部有32KB的FLASH程序存儲(chǔ)器和2KB的SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、1KB的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,；運(yùn)算速度可達(dá)
10MIPS,；可以工作在DC～40MHz的時(shí)鐘頻率范圍之內(nèi)；具有USART接口,，支持RS-485和RS-232,，可與GPS模塊相連，用來(lái)獲取時(shí)間信息,；支持ICSP在線串行編程,，便于軟件的升級(jí)和維護(hù)；支持ICD,，可以在線調(diào)試,，縮短開發(fā)周期。
LCD顯示器
系統(tǒng)采用LCD1602作為顯示設(shè)備,。LCD1602液晶顯示模塊具有體積小,、功耗低、顯示內(nèi)容豐富,、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn),，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。它可以顯示兩行,，每行16個(gè)字符,，采用單＋5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單,，價(jià)格便宜,，具有很高的性價(jià)比。
2 硬件電路
系統(tǒng)的硬件電路如圖2和圖3所示,。
圖2 單片機(jī)外圍電路連接
圖3 單片機(jī)與GPS模塊的連接
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