摘要：論述GPS精確計時系統的基本構成及系統功能，介紹以MCS-51型單片機構為核心的高精度時間顯示系統的具體硬件實現方法，詳細闡述系統各種軟件模塊的設計思路和執行流程。
關鍵詞：全球定位系統；MCS-51；DS12C887；設計
1 引言
GPS是Global Positioning System的簡稱，是利用導航衛星進行測時和測距的全球定位系統。它具有精度高、全天候和全球覆蓋能力。將GPS應用于時鐘倒計時系統中能實現高精度時間顯示功能。基于GPS的高精度、倒計時牌是衛星測時技術、計算機技術及通信技術三者的有機結合。從功能模塊上看，整個系統分為GPS測時接收系統和時鐘顯示系統。它主要完成以下功能：
·定時接收GPS衛星發送的數據并進行識別和緩存；
·對GPS測時數據進行格式轉換，以使編碼格式適于接收；
·在給定時間內刷新DS12C887型時鐘的時間；
·讀DS12C887時間，進行倒計時換算并顯示。
2 硬件設計
基于GPS的高精度倒計時牌的硬件結構較為簡單，包括控制模塊和顯示模塊，如圖1所示。
2.1 控制模塊
89C51型單片機是整個控制系統的核心，完成對串行口控制器的初始化和數據讀寫，還要對接收的各種數據進行識別、轉儲及顯示。
由于日本光電公司GSV－15型OEM GPS接收板傳輸的數據以串行方式輸出一幀10位、波特率為4800bit，MCS－51型單片機串口輸入輸出格式匹配，所以利用單片機串行口直接從OEM接收數據。
DS12C887具有提供較高精度年、月、日、時、分、秒時間的功能，對其校準后，在掉電情況下，10年之內仍能準確的進行計時，并且能與單片機直接相連。
2.2 顯示模塊
本系統利用74HC595實現串行方式控制數碼管顯示，占用口線少，硬件結構簡單。74HC595型串/并轉換移位寄存器具有鎖存和3態輸出功能。14腳（SER）為串行輸入端；12腳（RCLR）為移位時鐘端，上升沿將14腳數據移入寄存器；11腳（SRCLR）為鎖存時鐘端，上升沿鎖存數據；8腳（E）為3態輸出控制端，接低電平時輸出數據。
單片機輸出數據和移位時鐘，在時鐘上升沿時將數據移入74HC595。P1.0輸出數據，在移位脈沖上升沿到來時數據移出。P1.1輸出移位脈沖。P1.2輸出鎖存脈沖。數據出現在并行輸出端上經74HC07驅動數碼管顯示，由于數據已被鎖存，在傳送下一組數據時，前一組數據的內容不變，以此方式進行數據的傳送和顯示。由于在控制模塊中已用單片機的串行口接收OEM板內容，所以在顯示模塊軟件中要將P1.0、P1.1、P1.2定義為模擬的串行口。這樣，P1.0、P1.2、P1.3就可作為串行口使用。
3 軟件設計
3.1 主程序
包括對單片機自身機制的設置串行口的初始化等，如圖2所示。
3.2 GPS測時接收
GPS測時接收數據由串行口接收，由單片機對其進行讀入、識別、轉換及存儲等操作，在程序開始時，首先識別接收信號，看其是否是要接收的信號，OEM板接收的時間信號的字頭為GPZDA。由于接收的時間信號是ASCⅡ碼，所以要將接收數據轉化為二進制數。由于接收的時間為格林威治時間，所以必須轉化為北京時間，然后將轉化后的時間寫入DS12C887中。DS12C887是一種比較準確的計時電路，不需要時刻接收GPS信號。筆者規定1小時接收1次GPS信號，其流程如圖3所示。
3.3 時鐘倒計時顯示
在此程序中模擬串行口，讀DS12C887的數據，利用74HC595對其數據進行顯示，流程如圖4所示。
3.4 倒計時子程序
以計算從現在到2006年1月1日為例，單片機讀DS12C887的時間單元，并將其存放在以69H為起始的單元中。先讀取月份，利用查表的方法計算其下月份到預定時間的天數。然后再利用查表方式判斷其月份是31天、30天，28天或29天，然后將查表得到的天數減去讀取日期，這樣將二個天數相加就得到實際天數。進行時、分、秒的計算時，首先把2006年1月1日0點0時0分0秒轉化為2006年12月31日23點59時60秒，這樣直接利用時、分、秒相減就得到相差的時、分、秒。倒計時流程如圖5所示。
4 結束語
本文所述的基于GPS的高精度、無誤差倒計時牌經調試運行和參數整定后，運行穩定可靠，連續長期運行積累的誤差為零，當時的時間精度誤差＜15ms。本系統的控制模塊結構簡單，便于實際開發應用。
66821730(技術支持)
