基于单片机的GPS高精度授时时钟设计说明

1、专业专注学士学位毕业设计（论文）基于单片机的GPS高精度授时时钟设计学生姓名：指导教师：所在学院：专业：农业电气化学习参考摘要本文设计了一种基于P89LPC952高速单片机的GPS卫星授时时钟。它由接收 机、中央处理单元、LCM显示、键盘、输出接口组成。利用接收机提供 的标准时间信 号，通过中央处理单元对数据的处理，从而可同步输出时间数据，保证高精度授时。这不仅解决了时间获取问题，而且能真正实现全球范围内的时间校准。更创新性地集成了全世界212个城市的实时时间显示。与传统方法相比，这种全新的时钟同步方法具有实现手段简单、精度高、范围大、不需通道联系、不受地理和气候条件限制等众多优点，是时钟同步的理想方法。本文介绍了基于P89LPC952的GPS授时时钟装置的硬件；根据装置 要实现 的功能，给出了主程序和中断程序的流程图和程序介绍。关键词：授时时钟P89LPC952 GPS中央处理单元专业专注ABSTRACTA kind of GPS satellite timing clock based on the P89LPC952 High-speed MCU is recomme nded

2、in the follow ing thesis. It is composed of receptors central proceeding sections, LCM, keyboard and output connectors. The central proceeding section could deal with the data to make the output time data by use of the standard time signals supplied by receptors, thus, keep ing highly precisi on tim ing. By this way, not only solve the problem of the time obta in ed, but also the time in the worldwide is really completely un ified. Eve n more, creatively in teg rates 212 cities of the world wide

3、 s -teale displa y. Compared with conventional method, this new synchronous clock pla n has many adva ntages, such as simple, high precisi on, wide exte nsion, no cha rm els n eeded, no confine of geography and weather en vir onment and so on .It is the ideal way to synchr onize the clock .In the following paper, represent the hardware of the GPS timing clock based on the P89LPC952 High-speed MCU. Accordi ng to the fun ctio n of the device, list the flow chart of the main program and the interru

4、pt program and the in troduct ion of those programs.Keywords: Timi ng clock P89LPC952 GPS Cen tral proceed ing sectio n学习参考目录摘要ABSTRACTU1.IV.1 绪论1.刖口设计提出的意义1.12课题主要内容2. 系统设计基础2.2.1设计思想2.2.2方案选择2.2.3本章小结3.3. 系统组成原理及硬件设计4.3.1系统的组成和原理4.3.2硬件电路的设计4.3.3本章小结104. 软件设计114.1软件系统结构1.14.2主要算法设计124.3本章小结155. PCB设计、组装及调试165.1 PCB的设计165.2 PCB焊接组装175.3电路的调试175.4本章小结18结论19参考文献20致谢2.1.附录1系统原理图22附录2主要源代码23、八，、20世纪70年代的计算机革命产生了一群新的时间用户，他们需要精确的计算机时间。但是，众所周知，计算机时钟的守时性能并不出色。通常，简单的时钟如腕表和家里的挂钟的性能要好于计算机时钟。这种计算机时钟的性能会导致很

5、多问题，因为有很多计算机应用需要时间精度保持在接近 1s或更好。例如，出于安全原因，用于金融系统的计算机 必须能够精确记录每次转账、交易的精确时间。同样，用于电信计费的计算机，它不仅要求单机能够准确记录通信的时间，还要求另外城市的计算机能够保持时间同步，才能保证网间结算不会出问题。用于精确物理测量获得科学数据的计算 机系统需要知道测量的精确时刻，全自动化工业系统也需要计算机在正确的时刻发出控制指令。对同步通信系统，如无线电台、电视基 站，需要计算机 在正确的时间建立链路连接。授时系统就是使仪器或计算机与国际标准时间达到精确同步。通常，可以用原子钟来保证仪器的时间与国标时间达到精确同步，但是原子钟价格昂贵。这里介绍一种简单、相对廉价的时间同步方 法。利用全球定位系统提供的时间信号和秒脉冲，通过软件可以使计算机的时钟与 UTC （Universal Time Coordinated协调世界时）达到精确 的同步。专业专注1 绪论1.1设计提出的意义面对着现代社会的快节奏生活 ，人们对时间的要求就会越来越高 。而且 现在有很多机构对时间的同步性要求也越来也高，而原子钟的成本又太高 ，所以，基于

6、单片机的GPS高精度授时时钟将完全能够胜任这些高要求的时间机构。12课题主要内容本课题主要设计一个可以接收GPS报文，并能提取报文中的时间信息，在一定时间周期内为系统内的时钟校时，使系统始终运行在秒级精度上。并且可以将GPS的有关时间的报文，通过另一个串口向PC端发送。并且存储212个城市的中英文名称和市区数据，而且可以用液晶无延迟显示这些城市的名称和当前时间，并能通过键盘实时切换的各个城市的高精度时钟。时钟在没有接收到准确的 GPS报文的情况下还可以通过键盘对时钟进行手动调整。并且系统内带有一个闹钟,可以通过键盘对其进行调整以及控制学习参考O在硕件设计上，采用先进其起停。并且系统还有实时显示本地经纬度功能 的SMT工艺，使整个系统迷你化。2系统设计基础2.1设计思想本系统在设计之初时，首先要求要有两个串口，一个用来接收GPS报文，另一个用来向PC发送时间数据。即S模块的1PPS引脚接到单片机的中断管脚上，以 提高授时的精度。要让单片机能够存储、检索212个国家的中英文名称和其时区数据。并通过一块液晶屏幕将整合后的时间信息显示。系统内要自带一个实时运行的时钟 。接收到的GPS时间信息是

7、要为本系 统校时，而不是直接为系统提供时间。这样系统内就始终有一个时钟在运行。系统内还要有一个键盘，可以实现系统的时间调整、闹铃调整以及其他功能。利用系统内已有的时钟，设计一个闹铃。2.2方案选择用一片P89LPC952作为中央处理单元，由于P89LPC952只有8K的存储 空间，所以 加一片32K铁电存储器一一 FM25CL256作为数据存储器。系统框 图如图1。图1系统框图P89LPC952有两个独立的串口 ,可配置各自独立的波特率。铁电存储采用串行SPI总线进行高达3Mb/s的速率读写。完全可以应付屏幕显示的速 度。2.3本章小结本章主要讨论基于单片机的GPS高精度授时时钟的设计思想，并详细介绍了方案选择的过程。其中P89LPC936有足够的存储空间，但外部的管脚资源太少，单专业专注GM8125就占用了八个管脚，扩展性能太差。P89LPC952有足够 的44个管脚，但存储空 间只有8Ko但SPI总线的高速率弥补了空间的不足。学习参考3 系统组成原理及硬件设计3.1系统的组成和原理整个系统由单片机中央控制和运算模块、GPS模块、铁电数据存储模块、机内时钟和闹铃模块以及键盘和显示模块

8、组成。单片机中央控制与运算模块负责接收GPS报文，读写I2C时钟，将GPS报文中的时间信息提取出来 ，经过与默认城市的市区数据运算后，在1PPS中断到来的时刻，将时间数据写入I2C时钟芯片，同时将时间数据以及从存储器中读出的城市中英文名称整合后送屏幕显示。GPS模块通过天线接收多颗卫星传来的定位及时间数据 ，通过串口以TTL-232电平将数据送出，并产生1PPS秒脉冲。在铁电存储模块中，创新性地存储了全世界212个城市的中英文名称和时区数据，这就使整个系统不仅仅是一台高精度授时时钟，更是一台高精度的世界时钟。可以查询这212个城市的实时时间。而且只用存储其中2bytes的存储空间，实现了可将任意城市的时间设为在系统主界面显示的城市名称和当前时 间，这就为长途旅行带来更多的方便。机内时钟和闹铃模块自身一直在有一个时钟运行，单片机通过I2C总线 读取其中 的时间数据，而且芯片内还有一个报警中断引脚，用来做闹铃的开关。总的来说，就是单片机将所有接收到的时间数据于读取的城市数据运算 整合，送 屏幕显示，并和机内时钟的报警中断共同控制系统闹铃。键盘则用以进入菜单，实现时钟调整等各种功能。3.2硬

9、件电路的设计3.2.1 P89LPC952单片机系统设计P89LPC952是飞利浦最新的一款单片机，含有多种低成本的封装形式 它采用了高性能的处理器结构 ，指令执行时间只需2到4个时钟周期。6倍于标准80C51器件。8KB可擦除Flash程序存储器，单字节擦除特性使得任何 字节都可用于非易失性数据存储。两个增强型UART,具有波特率发生器、间隔检测、帧错误检测和自动地址检测功能。400kHz字节宽度的I2C通信端口和SPI通信端口。片内高精度的RC振荡器选项带有时钟倍频器，无需外接振荡器件。VDD操作电压范围为243.6V。I/O 口可承受5V电压。端口输入模式匹配”检测。当P0 口管脚的值与一个可编程的模式匹配或者不匹配时，可产生一个中断键盘中断。在本系统中主要应用了单片机的内部晶振、两个增强型UART、I2C通信端口、 P0 口键盘中断和一个外部中断。SPI总线采用I/O 口软件模拟的方式。并用I/O 口软 件模拟的方式驱动液晶显示模块。在单片机电路设计中，按照飞利浦给出的接口定义，接出了 ICP在电路编程接口，并预留了 JTAG10针在线调试接口 2。ICP在电路编程接口定义如图2o JTAG接口的定义图如图3oGND PINRST P1GNGNRSTGNNPDAPCLPDA_PINVCMJ10ICP PORT

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