GPS-2000型數(shù)字報(bào)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)

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(gè)角落，然而對(duì)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(shí)鐘芯片選用X1228,因?yàn)閄1228的主要特點(diǎn)是內(nèi)部有6個(gè)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(duì)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(shí)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(shí))自行設(shè)計(jì)研發(fā)了這款走時(shí)精確的電子鐘，顯示有兩種方式：(1)為L(zhǎng)ED數(shù)碼顯示，其驅(qū)動(dòng)芯片有8個(gè)驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)驅(qū)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(shù)字報(bào)時(shí)鐘應(yīng)用的是GSU-36A3(GPS)接收模塊，它具有18個(gè)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(duì)天線的長(zhǎng)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(gè)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(shí)，此系統(tǒng)校正實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)無效。

(2)GPS衛(wèi)星信號(hào)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(shí)，此系統(tǒng)校正實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)無效。

(3)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(shí)=1,短路時(shí)=2,對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)校正無效。

(4)經(jīng)度/緯度傳感器(GPGLL)

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

(5)GPS時(shí)間和日期傳感器(GPZDA)

當(dāng)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(duì)實(shí)時(shí)時(shí)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(bào)時(shí)鐘的抗干擾設(shè)計(jì)

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(duì)以上這10條線都進(jìn)行了隔離。

三、報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)

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

2 .利用1 4位二進(jìn)制串行計(jì)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(jì)數(shù)器分頻CD4024得到800HZ,此二個(gè)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(hào)。

四、顯示電路的設(shè)計(jì)

因?yàn)镚PS中沒有星期，那么我們?cè)谒惋@示時(shí)分兩部分：

(1)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(shí)、分、秒采用GPS數(shù)據(jù)，當(dāng)收不到GPS信息時(shí)再發(fā)送x1228內(nèi)部時(shí)、分、秒數(shù)據(jù)。數(shù)碼驅(qū)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(shè)計(jì)

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(zhǎng)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(shù)字信號(hào)的傳輸隨著距離的增加和信號(hào)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(hào)的畸變，從而限制了通信距離，普通的TTL電路由于驅(qū)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(hào)傳輸?shù)木嚯x短，RS-232接口電路，其驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)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(dòng)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(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(hào)傳輸，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾。GPS-2000型數(shù)字報(bào)時(shí)鐘有10路報(bào)時(shí)信號(hào)輸出端，1路RS-485信號(hào)輸入端和18路RS-485信號(hào)輸出端，其輸出端是給子鐘提供GPS信號(hào)和校正微機(jī)，或微機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘，使時(shí)鐘顯示和微機(jī)自動(dòng)播出達(dá)到完全同步。