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基于ATmega128的GPS时钟设计与实现

时间:2015-05-25 09:36:35  来源:  作者:
摘要:介绍了采用GPSOEM接收板的精确授时功能来实现精密时钟系统的设计思路和方法,给出基本的硬件电路和软件流程并基于ATmega128单片机上实现GPS时钟的提取并在LCD上显示。
工字电感器关键词:GPSATmega128高精度时钟液晶显示

1.引言

GPS(Global Positioning System)全球定位系统是利用美国的24颗GPS地球卫星所发射的信号而建立的导航、定位、授时的系统。目前,GPS系统广泛地应用在导航、大地测量、精确授时、车辆定位及防盗等领域。

GPS授时功能是其主要功能之一。时间信号的准确与否,直接关系到人们的日常生活、工业生产和社会发展。GPS时钟为满足精密定位和导航的需要,在系统设计与实验之初就建立了自己专用的时间系统,该系统简写为GPST,它由GPS主控站的高精度原子钟守时和授时。由于计算机技术、网络技术、通信技术、GPS定位技术等相关技术的发展,以及GPS OEM板价格的降低,GPS时钟已经具备了为各个应用领域提供高精度授时的可能性。

本文旨在通过利用GPS所提供的精确授时功能,采用单片机技术,设计适合于需要精确授时的高精度时钟系统,并通过LCD进行显示。

2.GPS授时原理

GPS时间系统是由GPS系统定义和使用的时间系统。卫星定位系统以时间为基本观测量,由于卫星高速飞行,因此要求时间系统必须十分精确,否则就会带来很大的距离误差。GPS时间系统以原子频率标准作为时间基准,以1980年1月6日0时作为起点。它不存在跳秒,它的时间与协调时秒以下的差异可以保持在100微妙内模压电感器,并定期公布误差,在星历文件中发布的卫星钟差就是相对GPS时间系统的钟差。

GPS 授时的基本原理是: 卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息, 用户接收到这些信息后,经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。这里只需要 GPS 授时系统的时间信息。若设(x,y,z)为接收机的位置, (xn,yn,zn)为已知卫星的位置, 则解下列方程就可以得 x,y,z到和标准时间 T:

(x-x1)2+(y-y1)2+ (z-z1)2 =C2(T+ T-T1 - 模压电感器1)

(x-x2)2+(y-y2)2+ (z-z2)2 =C2(T+ T-T2 - 2)

(x-x3)2+(y-y3)2+ (z-z3)2 =C2(T+ T-T3 - 3)

(x-x4)2+(y-y4)2+ (z-z4)2 =C2(T+ T-T4 - 4)

其中△T为用户时钟与 GPS主钟标准时间的时差;Tn 为卫星 n 所发射信号的发射时间; 为卫星 n 上的原子钟与GPS主钟标准时间的时差[1]

3.本系统构成及硬件软件实现

3.1 本设计采用GPS板介绍

本设计采用THALES-NACIGATION公司生产的A12 GPSOEM接收板,它采用了先进半导体设计手段,具有尺寸小、功耗低、性能稳定、性价比高等优良特性。利用它可以方便、快速地开发出各种GPS应用系统。其主要性能指标如下:

接收通道——12通道并行接收,可同时跟踪12颗卫星;

授时精度——小于400ns,无累计误差;

数据更新时间——1s;

体积和重量——39mm×60mm×10mm,约重40g;

数据输出格式——NMEA-0183 v2.0;RTCM-sc104 v2.0;

环境工作温度——-30℃~+80℃;

电感器应用正常工作参数——电压5(1扁平型电感7;0.05)V;电流70mA。

图1 GPSOEM板A12

GPSOEM板提供硬件接口如表1所示:

管脚

信号类型

功能

1

VCC

电源

2

V_ANT

天线电源接口

3

1

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