GPS-2000型數字報時(shí)鐘的設計

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

1.單片機采用抗干擾極強的AT89C52.

2.時(shí)鐘芯片選用X1228,因為X1228的主要特點(diǎn)是內部有6個(gè)模擬微調位用來(lái)調整X1和X2引腳間的片內負載電容，有效負載電容范圍從5pf至19.75pf.對電容調整每位有不同的權重，這將允許使用6pf或12.5pf的晶體，這樣使內部時(shí)鐘更加精準。

3.利用GSU-36A3(GPS)接收模塊中的高精度UTC(世界時(shí))自行設計研發(fā)了這款走時(shí)精確的電子鐘，顯示有兩種方式：(1)為LED數碼顯示，其驅動(dòng)芯片有8個(gè)驅動(dòng)器，每個(gè)驅動(dòng)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型數字報時(shí)鐘應用的是GSU-36A3(GPS)接收模塊，它具有18個(gè)混合通道接收系統，系統輸出為串行輸出，電平為RS-232接口電平。GSU-36A3的天線(xiàn)部分是有源天線(xiàn)，它不支持無(wú)源天線(xiàn)，所以對天線(xiàn)的長(cháng)度要求非常嚴格，天線(xiàn)為50歐銅軸電纜，在GPS傳感器中我們只是利用了此系統中的5個(gè)GPS傳感器。

(1)GPS定位數據傳感器(GPGGA)

用此傳感器接收GPS的質(zhì)量指示，當接收數據為0時(shí)，此系統校正實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統無(wú)效。

(2)GPS衛星信號傳感器(GPGSU)

當前視野范圍內的可能收到的衛星總數，當收到4顆以下GPS衛星時(shí)，此系統校正實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統無(wú)效。

(3)GPS睡眠工作模式設定信息傳感器(PKODG)

當接收到無(wú)線(xiàn)狀態(tài)斷線(xiàn)時(shí)=1,短路時(shí)=2,對實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統校正無(wú)效。

(4)經(jīng)度/緯度傳感器(GPGLL)

當東經(jīng)一有變化時(shí)，此系統校正實(shí)時(shí)時(shí)鐘無(wú)效。

(5)GPS時(shí)間和日期傳感器(GPZDA)

當前4個(gè)傳感器工作正常時(shí)，可利用此傳感器接收到的時(shí)間對實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統進(jìn)行校正。電路圖如圖1所示。

二、GPS-2000型數字報時(shí)鐘的抗干擾設計

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

三、報時(shí)電路的設計

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

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

四、顯示電路的設計

因為GPS中沒(méi)有星期，那么我們在送顯示時(shí)分兩部分：

(1)我們采取了年、月、日、星期的數據為x1228內部數據;

(2)時(shí)、分、秒采用GPS數據，當收不到GPS信息時(shí)再發(fā)送x1228內部時(shí)、分、秒數據。數碼驅動(dòng)芯片使用6B595,液晶顯示使用16×2顯示模塊。

五、接口電路的設計

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(guò)20米左右，所以當長(cháng)距離傳輸時(shí)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，數字信號的傳輸隨著(zhù)距離的增加和信號傳輸速率的提高，在傳輸線(xiàn)上的反射、串擾、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電路由于驅動(dòng)能力差，輸入電阻小，靈敏度不高以及抗干擾能力差，因而信號傳輸的距離短，RS-232接口電路，其驅動(dòng)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標準規定驅動(dòng)器允許有2500PF的電容負載，通信距離將受此電容的限制，例如：采用150PF/m的通信電纜時(shí)，最大的距離為15m,RS-232傳輸距離短的另一個(gè)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型數字報時(shí)鐘有10路報時(shí)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，或微機網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘，使時(shí)鐘顯示和微機自動(dòng)播出達到完全同步。