GPS-2000型数字报时钟的设计

　　0 引言

　　数字技术的发展速度让人惊叹，它已渗透到广播电视的每个角落，然而对于一部电子钟，则是播出部门一直不可缺少的。我们结合工作环境，应用先进的电子器件，如：

　　1.单片机采用抗干扰极强的AT89C52.

　　2.时钟芯片选用X1228，因为X1228的主要特点是内部有6个模拟微调位用来调整X1和X2引脚间的片内负载电容，有效负载电容范围从5pf至19.75pf.对电容调整每位有不同的权重，这将允许使用6pf或12.5pf的晶体，这样使内部时钟更加精准。

　　3.利用GSU-36A3（GPS）接收模块中的高精度UTC（世界时）自行设计研发了这款走时精确的电子钟，显示有两种方式：（1）为LED数码显示，其驱动芯片有8个驱动器，每个驱动器输出最大电流50mA.（2）LCD液晶显示。

　　一、捕获高质量GPS信息

　　GPS-2000型数字报时钟应用的是GSU-36A3（GPS）接收模块，它具有18个混合通道接收系统，系统输出为串行输出，电平为RS-232接口电平。GSU-36A3的天线部分是有源天线，它不支持无源天线，所以对天线的长度要求非常严格，天线为50欧铜轴电缆，在GPS传感器中我们只是利用了此系统中的5个GPS传感器。

　　（1）GPS定位数据传感器（GPGGA）

　　用此传感器接收GPS的质量指示，当接收数据为0时，此系统校正实时时钟系统无效。

　　（2）GPS卫星信号传感器（GPGSU）

　　当前视野范围内的可能收到的卫星总数，当收到4颗以下GPS卫星时，此系统校正实时时钟系统无效。

　　（3）GPS睡眠工作模式设定信息传感器（PKODG）

　　当接收到无线状态断线时=1，短路时=2，对实时时钟系统校正无效。

　　（4）经度/纬度传感器（GPGLL）

　　当东经一有变化时，此系统校正实时时钟无效。

　　（5）GPS时间和日期传感器（GPZDA）

　　当前4个传感器工作正常时，可利用此传感器接收到的时间对实时时钟系统进行校正。电路图如图1所示。

　　二、GPS-2000型数字报时钟的抗干扰设计

　　我们知道绝大多数的干扰来自共地部分，为了使本系统中的单片机部分安全可靠地执行命令：（1）电源部分我们采用了5S5-200（DC-DC）电源隔离模块。（2）应用MAX813芯片增加了看门狗电路。（3）输入输出数据部分也必须进行隔离，我们采用高速光偶6N137做为隔离器件，这里有5条数据输出线，1条串口输入线，还有4条输出控制线。对以上这10条线都进行了隔离。

　　三、报时电路的设计

　　1 时钟芯片X1228使用一个外部的32.768KHZ石英晶体来保持精确的年、月、日、星期、时、分、秒。实时时钟具有闰年校正和世纪字节，时钟对少于31日的月也能校正。

　　2 利用1 4位二进制串行计数器/分频器CD4060（内部带有振荡器）组成振荡频率为3.2768MHZ，通过分频后分出1600HZ，再通过7位二进制串行计数器分频CD4024得到800HZ，此二个频率通过CD4066四双向模拟开关在中央处理器的控制下通过放大电路、阻抗匹配电路，最后平衡输出OdB信号。

　　四、显示电路的设计

　　因为GPS中没有星期，那么我们在送显示时分两部分：

　　（1）我们采取了年、月、日、星期的数据为x1228内部数据；

　　（2）时、分、秒采用GPS数据，当收不到GPS信息时再发送x1228内部时、分、秒数据。数码驱动芯片使用6B595，液晶显示使用16×2显示模块。

　　五、接口电路的设计

　　GPS输出是串行输出，但它并非是TTL电平，而是RS-232电平，RS-232电平传输不能超过20米左右，所以当长距离传输时必须用RS-485接口电路进行传输。RS-485具有多点双向通信能力，收发器采用平衡发送，差分接收，通信距离为几十米到上千米，数字信号的传输随着距离的增加和信号传输速率的提高，在传输线上的反射、串扰、衰减和共地噪声等影响将引起信号的畸变，从而限制了通信距离，普通的TTL电路由于驱动能力差，输入电阻小，灵敏度不高以及抗干扰能力差，因而信号传输的距离短，RS-232接口电路，其驱动器输出信号摆幅比TTL电平大得多，使抗干扰能力大大提高，但RS-232标准规定驱动器允许有2500PF的电容负载，通信距离将受此电容的限制，例如：采用150PF/m的通信电缆时，最大的距离为15m，RS-232传输距离短的另一个原因是RS-232属于单端信号传输，存在共地噪声和不能抑制共模干扰。GPS-2000型数字报时钟有10路报时信号输出端，1路RS-485信号输入端和18路RS-485信号输出端，其输出端是给子钟提供GPS信号和校正微机，或微机网络时钟，使时钟显示和微机自动播出达到完全同步。