圖1 GPS時鐘系統(tǒng)構成框圖

GPS接收機
在本系統(tǒng)中，GPS接收機采用Garmin公司的GPS15XL，它是12通道的GPS接收機，體積小，重量輕，功耗低，首次定位和重捕獲時間短，有較強抗遮擋和抗干擾能力，性能極其穩(wěn)定可靠，且操作簡單，易于開發(fā)。可工作在3.3～5.4V電壓范圍內(nèi)，本系統(tǒng)采用+3.3V供電；精密授時類型精度可達±50ns(典型值)；具有串行端口，輸出為RS232，輸入可為RS232或者具有RS232極性的TTL電平，波特率從300～38
400可選，默認為4800，無奇偶校驗，8個數(shù)據(jù)位，1個起始位，1個停止位。GPS15XL輸出的數(shù)據(jù)以美國國家海洋電子協(xié)會(National Marine Electronics Association)的NMEA0183 ASCII碼接口協(xié)議為基礎，可輸出多條語句，內(nèi)容包括經(jīng)度、緯度、速度、方位角、高度、世界時、星歷等信息。還可輸出Garmin二進制格式信息。非常適合應用于車輛導航、海事導航、電力系統(tǒng)校時等。
對GPS15XL的配置，可以利用單片機通過NMEA 0183語句在程序中實現(xiàn)，也可以利用SNSRCFG軟件來進行。配置參數(shù)將被保存在永久性存儲器中，下次加電時自動生效。為簡化設計，本文采用第二種方法，即通過SNSRCFG軟件對GPS15XL進行初始化配置。
GPS15XL可以輸出兩種時間信號：一是包含在串口輸出信息中的UTC(Coordinated Universal
Time協(xié)調(diào)世界時)絕對時間(年、月、日、時、分、秒)；二是間隔為1s的同步脈沖信號1PPS，其脈沖前沿與UTC的同步誤差不超過1μs。本系統(tǒng)主要是利用串口輸出的NMEA 0183語句獲取UTC時間信息。
NMEA 0183語句以“rdquo;開始，以<CR><LF>，即ASCII字符“回車”（十六進制的0D）和“換行”（十六進制的0A）結束。下面以本文使用的GPRMC語句為例說明其格式：
$GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，<12>*hh <CR><LF>
$GPRMC：語句起始標志（Recommended Minimum Specific GPS／TRANSIT Data推薦定位信息）
<1> UTC時間，hhmmss(時分秒)格式
<2>定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位
<9>UTC日期，ddmmyy(日月年)格式
最后的校驗碼*hh用于做奇偶校驗，通常不是必需的，但當周圍環(huán)境有較強的電磁干擾時則推薦使用校驗碼。hh代表了“rdquo;和“*”之間所有字符的按位異或值（不包括這兩個字符）。
單片機PIC18F8520系統(tǒng)采用Microchip公司生產(chǎn)的高性能RISC CPU PIC18F8520作為控制器，它內(nèi)部有32KB的FLASH程序存儲器和2KB的SRAM數(shù)據(jù)存儲器、1KB的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器；運算速度可達
10MIPS；可以工作在DC～40MHz的時鐘頻率范圍之內(nèi)；具有USART接口，支持RS-485和RS-232，可與GPS模塊相連，用來獲取時間信息；支持ICSP在線串行編程，便于軟件的升級和維護；支持ICD，可以在線調(diào)試，縮短開發(fā)周期。
LCD顯示器
系統(tǒng)采用LCD1602作為顯示設備。LCD1602液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中應用廣泛。它可以顯示兩行，每行16個字符，采用單＋5V電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。
2 硬件電路
系統(tǒng)的硬件電路如圖2和圖3所示。

圖2 單片機外圍電路連接

圖3 單片機與GPS模塊的連接