??1 概述 ? ??GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)是利用美國(guó)的24顆GPS地址衛(wèi)星所發(fā)射的信號(hào)而建立的導(dǎo)航、定位、授時(shí)的系統(tǒng)。美國(guó)政府已承諾，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，GPS系統(tǒng)將向全世界免費(fèi)開(kāi)放。目前，GPS系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在導(dǎo)航、大地測(cè)量、精確授時(shí)、車輛定位及防盜等領(lǐng)域。因此，開(kāi)展對(duì)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(jì)效益。本文旨在通過(guò)利用GPS所提供的精確授時(shí)的功能，采用單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)適合于需要精確授時(shí)的高精度時(shí)鐘系統(tǒng)。 ??GSU-16是日本光電（KODEN）公司生產(chǎn)的并行11通道GPS OEM接收板，由于采用了先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)手段，它具有尺寸小、功耗低、性能穩(wěn)定、性價(jià)比高等優(yōu)良特性。利用它，可以方便、快速地開(kāi)發(fā)出各種GPS應(yīng)用系統(tǒng)。其主要性能指標(biāo)如下： ??接收通道——11通道并行接收，可同時(shí)跟蹤11顆衛(wèi)星； ??授時(shí)精度——小于400ns，無(wú)累計(jì)誤差； ??數(shù)據(jù)更新時(shí)間——1s； ??體積和重量——65mm×35mm，約重40g（含鋰電池）； ??數(shù)據(jù)輸出格式——NMEA-0183 v2.0；RTCM-sc104 v2.0； ??環(huán)境工作溫度——-30～+75℃； ??正常工作參數(shù)——電壓5（1±0.05）V；電流100mA；功耗100mW。 ? ??2 GSU-16的硬件接口和軟件接口 ? ??（1）硬件接口 ??GSU-16同時(shí)提供12腳接口（J3）和5腳接口（J4）。本設(shè)計(jì)中采用5鏈接口J4，各引腳的功能如表1所列。 ? ??表1 ?? ? ??GSU-16的RD1腳為RS232C的通信接口，其邏輯電平為TTL電平。這樣能夠很方便地與各種單片機(jī)連接連接，無(wú)須電平轉(zhuǎn)換。同時(shí)，12腳接口還提供了高精度的秒脈沖輸出，可用于需要更高精度定時(shí)服務(wù)的測(cè)量系統(tǒng)。在此，我們僅使用其時(shí)鐘信息，故只需在其輸出的ASCII數(shù)據(jù)中直接提取即可。 ??（2）軟件接口 ??GSU-16的通信波特率為4800，1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。通常使用NMEA-0183格式輸出，數(shù)據(jù)代碼為ASCII碼字符。 ??NMEA-0183是美國(guó)海洋電子協(xié)會(huì)為海用電子設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)格式，目前廣泛使用V2.0版本。由于該格式為ASCII碼字符串，比較直觀和易于處理，在許多高級(jí)語(yǔ)言中都可以直接進(jìn)行判別、分離，以提取用戶所需要的數(shù)據(jù)。 ??NMEA-0183主要語(yǔ)句中，最常見(jiàn)的幾種格式為： ??GPGGA GPS定位數(shù)據(jù) ??GPGLL 地址位置和經(jīng)緯度 ??GPZDA 日期和時(shí)間 ??GPVTG 方位角對(duì)地速度 ??例如，GPZDA為時(shí)間和日期輸出語(yǔ)句，其標(biāo)準(zhǔn)格式如下： ? ?? ? ??又如，$GP GGA為定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)輸出語(yǔ)句，其標(biāo)準(zhǔn)格式如下： ? ?? ? ??在具體使用時(shí)，可以在收到一條消息后，用軟件來(lái)判別消息引導(dǎo)頭是否為“$GPZDA”或“$GPGGA”來(lái)確認(rèn)收到的消息正確與否，然后從消息中提取世界時(shí)，一定要注意將提取到的世界時(shí)加上8小時(shí)才是北京時(shí)間，而且軟件還必須對(duì)16：00～24：00世界時(shí)作相應(yīng)的處理，以轉(zhuǎn)換為正確的北京日期和時(shí)間。 ? ??3 應(yīng)用電路和程序設(shè)計(jì) ? ??在設(shè)計(jì)該時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)，我們采用的單片機(jī)是Motolola公司的MC68HC08的通用芯片MC68HC908GP32。該芯片以它的高性能、低功耗、低價(jià)位獲得了廣泛的應(yīng)用，其主要特性為： ??①32KB片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，具有在線可編程能力和保密功能； ??②512B片內(nèi)RAM；