GPS高精度的時鐘的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
1 概述
GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)是利用美國的24顆GPS地址衛(wèi)星所發(fā)射的信號而建立的導(dǎo)航、定位、授時的系統(tǒng)。美國ZF已承諾，在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，GPS系統(tǒng)將向全世界免費(fèi)開放。目前，GPS系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在導(dǎo)航、大地測量、精確授時、車輛定位及防盜等領(lǐng)域。因此，開展對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。本文旨在通過利用GPS所提供的精確授時的功能，采用單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)適合于需要精確授時的高精度時鐘系統(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、性價比高等優(yōu)良特性。利用它，可以方便、快速地開發(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，可同時跟蹤11顆衛(wèi)星；
授時精度——小于400ns，無累計(jì)誤差；
數(shù)據(jù)更新時間——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，無須電平轉(zhuǎn)換。同時，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服務(wù)的測量系統(tǒng)。在此，我們僅使用其時鐘信息，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個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，無奇偶校驗(yàn)。通常使用NMEA-0183格式輸出，數(shù)據(jù)代碼為ASCII碼字符。
NMEA-0183是美國海洋電子協(xié)會為海用電子設(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，在許多高級語言中都可以直接進(jìn)行判別、分離，以提取用戶所需要的數(shù)據(jù)。
