基于單片機和GPS的時鐘信息顯示系統(tǒng)

GPS（global positioning system）全球定位系統(tǒng)是利用美國24顆GPS地球衛(wèi)星所發(fā)射的信息而進行定位、導航、授時等服務(wù)的系統(tǒng)。自1993年GPS系統(tǒng)向世界免費開放以來，得到了世界各地各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。GPS系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在導航、大地測量、精確授時、車輛定位及防盜等領(lǐng)域。本文介紹使用日本古野公司的 GPS－OEM接收板GN－77N及AT89C52單片機實現(xiàn)時鐘信息接收和顯示的設(shè)計方法。

1 系統(tǒng)的硬件接口

GN－77N是日本古野公司推出的GPS－OEM接收板，該接收板為并行8通道接收機，可同時跟蹤8顆衛(wèi)星，具有高精度授時、定位速度快、超低功耗、超小體積、插針式安裝、超強的抗電磁干擾能力等強大功能，在各種各樣的應(yīng)用過程中為用戶提供最佳的解決辦法。

1.1 GN－77N的引腳功能

該接收板的引腳功能及說明如表1所示。

表1 GN－77N接收板的引腳功能及說明

1．2 AT89C52單片機和GPS的時鐘信息顯示系統(tǒng)硬件電路

系統(tǒng)采用AT89C52單片機，12MHZ晶振，串口方式1接收GPS信息，P1口和P2口及74LS138作為6位七段共陽LED顯示接口，可以輪流顯示實時時間及其它GPS信息數(shù)據(jù)。系統(tǒng)硬件電路連接圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)硬件電路連接圖

2 系統(tǒng)的軟件接口

2.1 GN－77N模塊數(shù)據(jù)格式

本設(shè)計中GN－77N的通信波特率設(shè)為4800，1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，無奇偶校驗。使用串口1的NMEA－0183格式輸出。 NMEA-0183是美國海洋電子協(xié)會為海用電子設(shè)備制定的標準格式，數(shù)據(jù)代碼為ASCII碼字符，其中GPGGA語句中傳送的格式為：

$GPGGA,1>,2>,3>,4>,5>,6>,7>,8>,9>,M,10>,M,11>,12>*hhCR>LF> 其中

$GPGGA為起始引導符及語句格式說明（本句為GPS定位數(shù)據(jù)），1> 為UTC時間，時時分分秒秒格式。

例如：$GPGGA,104530,3105.3535,N,12207.1258,E,1,03,13.8,46.5,M,12.3,M,,*4A傳送的信息，意思為UTC時間為10時45分30秒，位置在北緯31度5.3535分，東經(jīng)122度7.1258分，普通GPS定位方式，接收到3顆衛(wèi)星，水平精度13.8米，天線離海平面高度46.5米，所在地離地平面高度12.3米，校驗和為4AH。

2．2時鐘信息顯示系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)程序包括主程序、數(shù)據(jù)接收子程序、時間轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序。設(shè)接收到的時間信息放在顯示緩沖區(qū)中，顯示緩沖區(qū)的地址為60H，61H，…，65H，依次存放時時分分秒秒。程序如下：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0030H

MAIN: MOV PSW,#00H

MOV PCON,#80H ;波特率翻倍2400×2＝4800BPS

MOV SCON,#50H ;設(shè)置成串口1方式

MOV TMOD,#20H ;T1工作在模式2上

MOV TH1,#0F4H ;設(shè)置初值，按2400BPS

MOV TL1,#0F4H ;設(shè)置初值，按2400BPS

SETB TR1 ;啟動定時器T1

CLR ES

CLR TI

CLR RI

LOOP: JNB RI,$

LCALL INT

LJMP LOOP

INT: LCALL INT1

LCALL RECEIVE

LCALL SETDATA

LCALL DISP

RET

INT1: LCALL SS ;判斷$GPGGA

XRL A,#24H

JZ INT2

LJMP INT1

INT2: LCALL SS

XRL A,#47H

JZ INT3

LJMP INT1

INT3: LCALL SS

XRL A,#50H

JZ INT4

LJMP INT1

INT4: LCALL SS

XRL A,#47H

JZ INT5

LJMP INT1

INT5: LCALL SS

XRL A,#47H

JZ INT6

LJMP INT1

INT6: LCALL SS

XRL A,#41H

JZ INT7

LJMP INT1

INT7: LCALL SS

RET

RECEIVE: LCALL SS ;時間接收,時分秒

MOV 60H,A

LCALL SS

MOV 61H,A

LCALL SS

MOV 62H,A

LCALL SS

MOV 63H,A

LCALL SS

MOV 64H,A

LCALL SS

MOV 65H,A

RET

SS: JBC RI,SS1

LJMP SS

SS1: MOV A,SBUF

RET

SETDATA: MOV A,60H ; 時間轉(zhuǎn)換子程序

……

SETH: MOV A,60H

……

ADD A,#8 ;把UTC時間轉(zhuǎn)換成北京時間

MOV B,A ;如果時間大于24則減24

SUBB A,#24

JC SETH1

LJMP SETH2

SETH1: MOV A,B

SETH2: MOV B,#10

DIV AB

ADD A,#30H ;把處理后的字符轉(zhuǎn)換成ASCII碼

……

RET

DISP： MOV R0，#60H ；顯示子程序

……

RET

3 結(jié)束語

由于計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、GPS定位技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展以及GPS技術(shù)所具有的全天候、高精度和自動測量的特點，作為先進的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個應(yīng)用領(lǐng)域。因此開展對GPS系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，將極大地提高生產(chǎn)力，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。本文介紹的基于單片機和GPS的時鐘信息顯示系統(tǒng)可以獲得精確的時間和定位信息，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(yīng)用開拓了一個較好的用途，具廣泛的現(xiàn)實意義。

本論文的創(chuàng)新點在于：時間信號的準確與否，直接關(guān)系到人們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和社會發(fā)展。本文介紹的基于單片機和GPS的時鐘信息顯示系統(tǒng)，不僅能夠從GPS導航系統(tǒng)獲取精確時間信息，而且具有硬件電路簡單、成本低廉、編程方便、性能穩(wěn)定的特點，具有一定的使用價值。另外，對于緯度、經(jīng)度及其它 GPS信息數(shù)據(jù)的接收與處理，只需在軟件部分增加響應(yīng)的子程序即可實現(xiàn)。

參考文獻：

[1]王惠南，GPS導航原理與應(yīng)用.北京:科學出版社,2003

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[4]李鐸，應(yīng)用GPS接受板研制高精度系統(tǒng)時鐘，《微型計算機信息》1999年第15卷第4期

[5]劉曉等，基于單片機采集GPS數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計,青島科技大學學報,2006.02