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1、基于GPS的精确电子日历设计基于GPS的精确电子日历设计摘 要随着时代的发展，生活节奏的加快，人们的时间观念愈来愈强，设计开发数字时钟具有良好的应用前景。然而传统的时间服务方式越来越难以满足现代工业化生产实践对时间的要求。在GPS的高速发展下，其授时功能已日益被人们所关注1。由于单片机价格的低成本、高性能，在自动控制产品中得到了广泛的应用。本设计利用Atmel公司的AT89S52单片机对电子时钟进行开发，设计了实现所需功能的硬件电路，应用C语言进行软件编程，并用实验板进行演示、验证。本论文主要介绍构成GPS高精度时钟的各模块芯片的功能及各管脚的连接与执行情况，详细阐述了GPS授时系统中的授时模
2、块，包括GPS授时的同步利用方式和GPS接受端的数据输出形式以及GPS模块与单片机之间的连接通信，来达到读取GPS信息并且在LCD1602上显示时间的目的。本文给出了从GPS模块读取的数据中截取时间数据并和单片机之间进行传输显示的流程图及主要程序。考虑到接受GPS信号的问题上，本系统将加入一个DS1302时钟芯片用来解决GPS信号中断或者信号强度太低导致读取不到数据的问题。最后，本文描述了GPS高精度时钟在设计和实现过程中可能出现的问题及其调试过程，并对该模块实际应用上的展望。关键字：高精度时钟；GPS接收模块；AT89C52；LCD1602；DS1302AbstractWith the de
3、velopment of The Times, the accelerating rhythm of life ,peoples concept of time becomes more and more strong,therefore, design and development digital clock has a good application prospect.However, traditional way of time service is increasingly difficult to meet the requirements of modern industri
4、al production practice of the time. In the rapid development of GPS, the GPS clock function is increasingly attention by people.Because of the price of low-cost, high-performance single chip microcomputer has been widely used in automatic control of the products.This design use the AT89S52 microcont
5、roller on the electronic clock of Atmel company development,implements the required function of the hardware circuit is designed,application C language for software programming and demonstration, validation with the test board. This paper introduces a GPS high precision clock module chip function an
6、d the pin connection with the implementation,GPS timing GPS clock module in the system are expounded in detail,including GPS timing synchronization using method and GPS receiving the data output form and the connection between the GPS module and MCU communication,to read the purpose of the GPS infor
7、mation and on the LCD1602 display time. The data read from the GPS module are given in this paper the interception time data and transmission between MCU and shows the flow chart and main program.Considering the received GPS signal problems,this system will join a DS1302 clock chip is used to solve
8、GPS signal or the signal strength is too low, lead to cant read data.Finally, this article describes the GPS high precision clock possible problems in the process of design and implementation and debugging process, and the module on the practical application prospects. Keywords:High precision clock;
9、GPS receiver module;AT89C52;LCD1602;DS1302 目 录摘 要Abstract第一章 绪论11.1 选题意义和论文任务11.2 国内外研究以及趋势11.3 论文结构2第二章 GPS高精度时钟的硬件设计32.1 系统主要芯片选型32.1.1 微处理器AT89C5232.1.2 GPS接收模块42.1.3时钟芯片DS130252.1.4 显示模块LCD160262.2 硬件设计总体思路72.3 硬件电路设计82.3.1 GPS接受模块和单片机的连接82.3.2 LCD1602和单片机的连接92.3.3 按键模块和单片机的连接102.3.4 时钟芯片DS1302和
10、单片机的连接10第三章 GPS高精度时钟的软件设计113.1 GPS授时系统的同步利用方式113.1.1 脉冲同步方式113.1.2 串行同步方式113.2 GPS授时模块的形式及流程图123.3 LCD1602的显示操作143.3.1 读状态操作143.3.2 写命令操作143.3.3 LCD初始化143.4 GPS高精度时钟主要程序、流程图及注释153.4.1 主程序流程图153.4.2 初始化程序163.4.3 按键检测程序173.4.4 DS1302的读写程序183.4.5 LCD1602的读写程序19第四章 调试过程204.1 GPS接收信息强度204.2 GPS和单片机的通信204
11、.3 程序运行204.4 DS1302的晶振频率204.5 误差分析20第五章 总结21参考文献22致谢23附录24浙江理工大学本科毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 选题意义和论文任务随着科技的飞速进步，我国电力系统自动化技术快速发展，为了做到统内部统一的管理和调度，整个系统对时间的统一性要求越来越高，同时对时间的同步精度要求也越来越高。互联网领域在世界各地分布着成千上万的服务器，计算机监控系统、数据采集系统、大型网络服务器系统、移动通信网络系统都需要统一的高精度时间以便管理。GPS时钟具有工作稳定、时间精度高、安全可靠、无需人工校时维护等优点广泛应用于广播电视系统的时间授时、同步锁定及车站
12、、码头、机场、宾馆及户外广场等场合的时间显示。GPS性能特点：可以全球全天候工作。GPS能为用户提供连续、实时的位置、三维速度和精密时间。定位精度高。三维位置定位精度优于25米，三维速度精度优于住0.3米/秒，时间精度100纳秒，采用载波测距定位精度可达厘米级。保密、抗干扰。GPS卫星发射的P码精测码扩频信号，比高灵敏度接收机所能接收的最低信号电平还低几十个分贝。用户接收机为了解扩频接收信号，必须产生与信号中扩频伪码相同的本机伪码因具有较强的保密性，此外利用P码良好的相关特性还可增强用户接收机抗电子干扰的能力。在许许多多的精密研究中，绝不允许时间上的过多偏差，为了提高时钟的精确度，需要引入GP
13、S信号，每个GPS卫星上都有2-3个高精度的原子钟，这几块原子钟互为备份的同时，也互相纠正。另外GPS信号中自带了误差纠正码，接收端可以很容易的把延迟的这段传输延迟去掉。本次设计的任务是在查阅国内资料的基础上了解GPS的原理和功能，了解单片机的原理和软件编程方法，设计单片机最小系统、键盘电路、显示电路、闹钟电路。本系统采用AT89C52作为主控制器，为了防止GPS无信号或者信号弱照成无数据输出，附加了时钟芯片DS1302充当第二时钟源，加入按键电路用来设定时间值以及闹钟值，显示方面采用LCD1602显示时间。1.2 国内外研究以及趋势传统的时间服务方式越来越难以满足现代工业化生产实践对时间的要
14、求。随着GPS的发展，其授时功能已日益被人们所关注。利用GPS OEM接收模块，进行二次研制开发实现实时时钟系统，具有精度高、无积累误差，不受地域、气候等环境条件限制，操作方便等特点。GPS时钟可广泛应用于电力系统、通讯、交通管理及国防等需要对时、计时、守时的相关领域2。目前，市场上基于GPS的同步时钟系统种类非常多，但扩展的内容和接口各有不同，各个时钟系统所用的中心处理模块也各有特色。总体上说各种GPS同步时时钟的差别主要在于其时间的精准度、提供给用户的接口及输出信息。从处理器上大体可分为两大类型，一种是FPGA型，一种是单片机型。前者是基于FPGA实现的，FPGA能够用硬件实现各功能模块并
15、行执行，其速度远远超过单片机。所以这种系统一般精确度要高，但是其成本也比较高。后一种主要是通过单片机对GPS信号进行采集，再转换成约定的格式输出给用户。由于单片机是由串行软件指令控制的，所以其体系结构将在很大程度上影响同步时种系统的精确度，使其误差相对比较大。1.3 论文结构第一章，详细论述了GPS高精度时钟的优越性，同时探讨了GPS的应用前景，进而提出了本论文的研究任务。第二章，给出了GPS高精度时钟设计的主要芯片选型，详细论述了GPS模块的NEMA0183协议，并以此协议进行数据截取输出。第三章，给出了GPS接受模块进行截取数据的原理、流程图以及主要程序。第四章，给出了在GPS无信号或信号强度太弱时采用时钟芯片DS1302进行计时并用LCD1602显示的主要程序。第五章，描述了本系统在设计和实现过程中出现的问题及调试过程。第六章，对全文进行系统的总结，并对GPS时钟的研究应用进行展望。第二章 GPS高精度时钟的硬件设计2.1 系统主要芯片选型2.1.1 微处理器AT89C52AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储
