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    時鐘設計研究論文

    時間:2021-06-11 16:52:14 論文 我要投稿

    關于時鐘設計研究論文

      1概述

    關于時鐘設計研究論文

      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航、定位、授時的系統(tǒng)。美國政府已承諾,在今后相當長的一段時間內(nèi),GPS系統(tǒng)將向全世界免費開放。目前,GPS系統(tǒng)廣泛地應用在導航、大地測量、精確授時、車輛定位及防盜等領域。因此,開展對GPS系統(tǒng)的研究和應用,將極大地提高生產(chǎn)力,并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。本文旨在通過利用GPS所提供的精確授時的功能,采用單片機技術,設計適合于需要精確授時的高精度時鐘系統(tǒng)。

      GSU-16是日本光電(KODEN)公司生產(chǎn)的并行11通道GPSOEM接收板,由于采用了先進半導體設計手段,它具有尺寸小、功耗低、性能穩(wěn)定、性價比高等優(yōu)良特性。利用它,可以方便、快速地開發(fā)出各種GPS應用系統(tǒng)。其主要性能指標如下:

      接收通道——11通道并行接收,可同時跟蹤11顆衛(wèi)星;

      授時精度——小于400ns,無累計誤差;

      數(shù)據(jù)更新時間——1s;

      體積和重量——65mm×35mm,約重40g(含鋰電池);

      數(shù)據(jù)輸出格式——NMEA-0183v2.0;RTCM-sc104v2.0;

      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。

      2GSU-16的硬件接口和軟件接口

      (1)硬件接口

      GSU-16同時提供12腳接口(J3)和5腳接口(J4)。本設計中采用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2backupin備份電源輸入,3V時消耗2μA3SD1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連接連接,無須電平轉(zhuǎn)換。同時,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服務的測量系統(tǒng)。在此,我們僅使用其時鐘信息,故只需在其輸出的ASCII數(shù)據(jù)中直接提取即可。

      (2)軟件接口

      GSU-16的通信波特率為4800,1個起始位,8個數(shù)據(jù)位,1個停止位,無奇偶校驗。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)會為海用電子設備制定的標準格式,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:

      GPGGAGPS定位數(shù)據(jù)

      GPGLL地址位置和經(jīng)緯度

      GPZDA日期和時間

      GPVTG方位角對地速度

      例如,GPZDA為時間和日期輸出語句,其標準格式如下:

      又如,$GPGGA為定位導航數(shù)據(jù)輸出語句,其標準格式如下:

      在具體使用時,可以在收到一條消息后,用軟件來判別消息引導頭是否為“$GPZDA”或“$GPGGA”來確認收到的消息正確與否,然后從消息中提取世界時,一定要注意將提取到的世界時加上8小時才是北京時間,而且軟件還必須對16:00~24:00世界時作相應的處理,以轉(zhuǎn)換為正確的北京日期和時間。

      3應用電路和程序設計

      在設計該時鐘系統(tǒng)時,我們采用的單片機是Motolola公司的MC68HC08的通用芯片MC68HC908GP32。該芯片以它的高性能、低功耗、低價位獲得了廣泛的應用,其主要特性為:

      ①32KB片內(nèi)Flash存儲器,具有在線可編程能力和保密功能;

      ②512B片內(nèi)RAM;

      ③增強型串行通信口和串行外圍接口;

      ④支持C語言。

      其接口電路可按圖1設計,程序流程如圖2所示。

      單片機初始化程序樣例如下:

      SCBREQU$0019

      SCC1EQU$0013

      SCC2EQU$0014

      SCC3EQU$0015

      SCS1EQU$0016

      SCS2EQU$0017

      SCDREQU$0018

      TEMPEQU$40;定義1個字節(jié)的臨時存儲空間

      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#%01000000

      STASCC1

      LDA#%00001100

      STASCC2

      LDA#%00000000

      STASCC3

      START:JSRGETDATA;接收1個字符

      STATEMP;將其存放臨時空間

      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

      ……

      ;時鐘驅(qū)動與顯示模塊

      ……

      ;返回START重新接收下一組消息

      GETDATA:BRCLR5,SCS1,GETDATA

      LDASCRA

      RTS

      4結(jié)論

      時間信號的'準確與否,直接關系到人們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和社會發(fā)展。由于計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術、GPS定位技術等相關技術的發(fā)展和礅,以及GPSOEM板價格的降低,已經(jīng)具備了為各個應用領域提供高精度授時的可能性。

      GPS精密時鐘主要應用于城市重要公共建筑,如車站、碼頭、公園、交通路口、標志建筑等場所和電信行業(yè)的移動及固定電話報時等方面。它是供了準確的公眾時間,為人們的日常生活提供便利,避免了因時鐘不準確而帶來的不便。同時,也為GPS系統(tǒng)的應用開拓了一個較好的用途,具廣泛的現(xiàn)實意義。

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