GPS-2000型數(shù)字報時鐘的設(shè)計

　　0 引言

　　數(shù)字技術(shù)的發(fā)展速度讓人驚嘆，它已滲透到廣播電視的每個角落，然而對于一部電子鐘，則是播出部門一直不可缺少的。我們結(jié)合工作環(huán)境，應(yīng)用先進(jìn)的電子器件，如：

　　1.單片機(jī)采用抗干擾極強(qiáng)的AT89C52.

　　2.時鐘芯片選用X1228，因?yàn)閄1228的主要特點(diǎn)是內(nèi)部有6個模擬微調(diào)位用來調(diào)整X1和X2引腳間的片內(nèi)負(fù)載電容，有效負(fù)載電容范圍從5pf至19.75pf.對電容調(diào)整每位有不同的權(quán)重，這將允許使用6pf或12.5pf的晶體，這樣使內(nèi)部時鐘更加精準(zhǔn)。

　　3.利用GSU-36A3（GPS）接收模塊中的高精度UTC（世界時）自行設(shè)計研發(fā)了這款走時精確的電子鐘，顯示有兩種方式：（1）為LED數(shù)碼顯示，其驅(qū)動芯片有8個驅(qū)動器，每個驅(qū)動器輸出最大電流50mA.（2）LCD液晶顯示。

　　一、捕獲高質(zhì)量GPS信息

　　GPS-2000型數(shù)字報時鐘應(yīng)用的是GSU-36A3（GPS）接收模塊，它具有18個混合通道接收系統(tǒng)，系統(tǒng)輸出為串行輸出，電平為RS-232接口電平。GSU-36A3的天線部分是有源天線，它不支持無源天線，所以對天線的長度要求非常嚴(yán)格，天線為50歐銅軸電纜，在GPS傳感器中我們只是利用了此系統(tǒng)中的5個GPS傳感器。

　　（1）GPS定位數(shù)據(jù)傳感器（GPGGA）

　　用此傳感器接收GPS的質(zhì)量指示，當(dāng)接收數(shù)據(jù)為0時，此系統(tǒng)校正實(shí)時時鐘系統(tǒng)無效。

　　（2）GPS衛(wèi)星信號傳感器（GPGSU）

　　當(dāng)前視野范圍內(nèi)的可能收到的衛(wèi)星總數(shù)，當(dāng)收到4顆以下GPS衛(wèi)星時，此系統(tǒng)校正實(shí)時時鐘系統(tǒng)無效。

　?。?）GPS睡眠工作模式設(shè)定信息傳感器（PKODG）

　　當(dāng)接收到無線狀態(tài)斷線時=1，短路時=2，對實(shí)時時鐘系統(tǒng)校正無效。

　?。?）經(jīng)度/緯度傳感器（GPGLL）

　　當(dāng)東經(jīng)一有變化時，此系統(tǒng)校正實(shí)時時鐘無效。

　?。?）GPS時間和日期傳感器（GPZDA）

　　當(dāng)前4個傳感器工作正常時，可利用此傳感器接收到的時間對實(shí)時時鐘系統(tǒng)進(jìn)行校正。電路圖如圖1所示。

　　二、GPS-2000型數(shù)字報時鐘的抗干擾設(shè)計

　　我們知道絕大多數(shù)的干擾來自共地部分，為了使本系統(tǒng)中的單片機(jī)部分安全可靠地執(zhí)行命令：（1）電源部分我們采用了5S5-200（DC-DC）電源隔離模塊。（2）應(yīng)用MAX813芯片增加了看門狗電路。（3）輸入輸出數(shù)據(jù)部分也必須進(jìn)行隔離，我們采用高速光偶6N137做為隔離器件，這里有5條數(shù)據(jù)輸出線，1條串口輸入線，還有4條輸出控制線。對以上這10條線都進(jìn)行了隔離。

　　三、報時電路的設(shè)計

　　1 時鐘芯片X1228使用一個外部的32.768KHZ石英晶體來保持精確的年、月、日、星期、時、分、秒。實(shí)時時鐘具有閏年校正和世紀(jì)字節(jié)，時鐘對少于31日的月也能校正。

　　2 利用1 4位二進(jìn)制串行計數(shù)器/分頻器CD4060（內(nèi)部帶有振蕩器）組成振蕩頻率為3.2768MHZ，通過分頻后分出1600HZ，再通過7位二進(jìn)制串行計數(shù)器分頻CD4024得到800HZ，此二個頻率通過CD4066四雙向模擬開關(guān)在中央處理器的控制下通過放大電路、阻抗匹配電路，最后平衡輸出OdB信號。

　　四、顯示電路的設(shè)計

　　因?yàn)镚PS中沒有星期，那么我們在送顯示時分兩部分：

　?。?）我們采取了年、月、日、星期的數(shù)據(jù)為x1228內(nèi)部數(shù)據(jù)；

　　（2）時、分、秒采用GPS數(shù)據(jù)，當(dāng)收不到GPS信息時再發(fā)送x1228內(nèi)部時、分、秒數(shù)據(jù)。數(shù)碼驅(qū)動芯片使用6B595，液晶顯示使用16×2顯示模塊。

　　五、接口電路的設(shè)計

　　GPS輸出是串行輸出，但它并非是TTL電平，而是RS-232電平，RS-232電平傳輸不能超過20米左右，所以當(dāng)長距離傳輸時必須用RS-485接口電路進(jìn)行傳輸。RS-485具有多點(diǎn)雙向通信能力，收發(fā)器采用平衡發(fā)送，差分接收，通信距離為幾十米到上千米，數(shù)字信號的傳輸隨著距離的增加和信號傳輸速率的提高，在傳輸線上的反射、串?dāng)_、衰減和共地噪聲等影響將引起信號的畸變，從而限制了通信距離，普通的TTL電路由于驅(qū)動能力差，輸入電阻小，靈敏度不高以及抗干擾能力差，因而信號傳輸?shù)木嚯x短，RS-232接口電路，其驅(qū)動器輸出信號擺幅比TTL電平大得多，使抗干擾能力大大提高，但RS-232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定驅(qū)動器允許有2500PF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容的限制，例如：采用150PF/m的通信電纜時，最大的距離為15m，RS-232傳輸距離短的另一個原因是RS-232屬于單端信號傳輸，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾。GPS-2000型數(shù)字報時鐘有10路報時信號輸出端，1路RS-485信號輸入端和18路RS-485信號輸出端，其輸出端是給子鐘提供GPS信號和校正微機(jī)，或微機(jī)網(wǎng)絡(luò)時鐘，使時鐘顯示和微機(jī)自動播出達(dá)到完全同步。