電子與信息工程畢業(yè)論文基于電力線的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　基于電力線的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電子與信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) <

2、/p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在眾多通信技術(shù)中，電力線通信受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。電力線通信采用已有的電力線作為媒介進(jìn)行通信，充分

3、利用了已有的線路設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，具有重復(fù)建設(shè)少，設(shè)備簡(jiǎn)單，見(jiàn)效快，不易被破壞等諸多優(yōu)點(diǎn)。但電力線作為傳輸介質(zhì)，具有負(fù)載多，噪聲干擾多，信道衰落和多徑延遲嚴(yán)重等等不利因素。電子時(shí)鐘是一種用于數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒即使的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。在數(shù)字時(shí)鐘的發(fā)展上看，主要向小型化、多功能化發(fā)展。</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求運(yùn)

4、用已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)，設(shè)計(jì)制作電子時(shí)鐘，并可以收工和自動(dòng)調(diào)整設(shè)置功能，GPS信號(hào)做完本時(shí)鐘要接收的時(shí)間數(shù)據(jù)信號(hào)，本系統(tǒng)能自動(dòng)接收一定的時(shí)鐘數(shù)據(jù)信號(hào)自動(dòng)調(diào)整好時(shí)間日期的顯示。GPS的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)載波電力線傳輸?shù)綍r(shí)鐘系統(tǒng)，可以解決在一定區(qū)域范圍里的各電子時(shí)鐘的準(zhǔn)確度，能達(dá)到誤差在2秒之內(nèi)。本系統(tǒng)很適合各工礦企業(yè)學(xué)校醫(yī)院等作為準(zhǔn)確時(shí)間使用，解決時(shí)鐘的走時(shí)累計(jì)誤差需要人工調(diào)整的麻煩。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電力

5、線；電子時(shí)鐘；GPS</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In numerous communications, electric communication gets more and more extensive attention. Using the existing electric power communicatio

6、n to communicate as media, making full use of the existing line equipment and network, and have redundant construction less, the equipment is simple, quick effect, not easy be destroyed, and many other advantages. But ba

7、ekho lines of force transmission medium, as more noise with load, channel, decline and multipath delay serious etc handicaps. Electronic clock </p><p>　　This design requirements apply have learned knowledge,

8、 design and manufacture of electronic clock, and can work and automatic adjustment functions, GPS signal finished this clock will receive time data signals, the system can automatically receive certain clock data signal

9、automatically adjust the good time or date is displayed. GPS clock signal transmission to power by carrier, which can solve the clock system in a certain area range of various electronic clock accuracy, can achieve error

10、 in 2 </p><p>　　Keywords: SCM; Power lines; Electronic clock; GPS</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論3</b>&

11、lt;/p><p>　　1.1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)總方案3</p><p>　　1.2系統(tǒng)組成模塊方案4</p><p>　　1.2.1授時(shí)方案4</p><p>　　1.2.2時(shí)間信號(hào)傳輸方案4</p><p>　　1.2.3時(shí)鐘方案4</p><p>　　第2章 發(fā)送與接受裝置的電路設(shè)計(jì)6

12、</p><p>　　2.1 GPS的接收模塊設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1.1 GPS信號(hào)接收原理6</p><p>　　2.1.2 GPS 信號(hào)接收硬件設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.2電力線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.2.1 電力線傳輸模塊原理9</p><p>

13、　　2.2.1 電力線傳輸模塊原理10</p><p>　　第3章 數(shù)字電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)原理14</p><p>　　3.2數(shù)字電子時(shí)鐘顯示電路16</p><p>　　3.3數(shù)字電子時(shí)鐘按鍵開(kāi)關(guān)電路18</p><p>　　3.4數(shù)字電子時(shí)驅(qū)動(dòng)電路18<

14、;/p><p>　　3.5數(shù)字電子時(shí)鐘主控模塊18</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 GPS接收軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 數(shù)字電子時(shí)鐘軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　第五章 實(shí)物的制作與調(diào)試過(guò)程24</p><p>　　5.1 PCB

15、板制作24</p><p>　　5.2元器件焊接24</p><p>　　5.3電路調(diào)試24</p><p>　　5.4硬件結(jié)構(gòu)組裝24</p><p>　　5.5軟件系統(tǒng)編寫(xiě)調(diào)試24</p><p><b>　　總 結(jié)25</b></p><p>　　致

16、謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]26</b></p><p>　　附錄A 基于電力線的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)實(shí)物圖27</p><p>　　附錄B 部分程序代碼29</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　電子時(shí)鐘是一種用于數(shù)

17、字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒即使的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。在數(shù)字時(shí)鐘的發(fā)展上看，主要向小型化、多功能化發(fā)展。</p><p>　　數(shù)字時(shí)鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有兩種，一是利用組合邏輯電路和時(shí)序電路等中小規(guī)模集成電路來(lái)設(shè)計(jì)；一是利用單片機(jī)編程技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)。這兩種設(shè)計(jì)都存在

18、硬件復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，成本高等缺點(diǎn)。</p><p>　　今日的社會(huì)，單片機(jī)的使用已超脫我們的想象，平凡到我們的生活中，給我們的生活帶來(lái)了巨大的變革，用單片機(jī)來(lái)控制家用電器已經(jīng)成為了主流。</p><p>　　1、什么是電力線通訊</p><p>　　電力線通信（Power Line Communication，英文簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）技術(shù)是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和媒體信號(hào)的

19、一種通信方式該技術(shù)是把載有信息的高頻加載于電流然后用電線傳輸接受信息的適配器再把高頻從電流中分離出來(lái)并傳送到計(jì)算機(jī)或電話以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。 該技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是不需要重新布線在現(xiàn)有電線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)語(yǔ)音和視頻等多業(yè)務(wù)的承載實(shí)現(xiàn)四網(wǎng)合一終端用戶只需要插上電源插頭就可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入電視頻道接收節(jié)目打電話或者是可視電話。[2]</p><p>　　2、電力線作為通訊載體的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)</p><p>　

20、　無(wú)需敷設(shè)信號(hào)電纜，減少建設(shè)投資，即插即用，減少大量的工程。通訊線路和電力線路為一體，減少維護(hù)量，不另設(shè)專(zhuān)用通訊線路。運(yùn)行費(fèi)用很低，因此如何運(yùn)用電力線wangluo資源潛力，在不影響傳輸電能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)窄帶或是帶寬通信，使之成為繼電信、電話、無(wú)線通信、衛(wèi)星通信之后的有一通信網(wǎng)，是多年來(lái)國(guó)內(nèi)外科技人員技術(shù)攻關(guān)的又一目標(biāo)，使電力網(wǎng)又成為一個(gè)新的通訊技術(shù)手段。</p><p>　　3、電力線通訊業(yè)的現(xiàn)狀</p&

21、gt;<p>　　電力通信網(wǎng)是為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行而應(yīng)運(yùn)而生的。它同電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)被人們合稱(chēng)為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱。目前，它更是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)化和管理現(xiàn)代化的基礎(chǔ)；是確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段；是電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。由于電力通信網(wǎng)對(duì)通信的可靠性、保護(hù)控制信息傳送的快速性和準(zhǔn)確性具有及嚴(yán)格的要求，并且電力部門(mén)擁有發(fā)展通信的特殊資源優(yōu)勢(shì)，因此，世界上

22、大多數(shù)國(guó)家的電力公司都以自建為主的方式建立了電力系統(tǒng)專(zhuān)用通信網(wǎng)</p><p>　　4、電力通訊的已經(jīng)取得的輝煌成就</p><p>　　我國(guó)的電力通信網(wǎng)經(jīng)過(guò)幾十年風(fēng)風(fēng)雨雨的建設(shè)，已經(jīng)初具規(guī)模，通過(guò)衛(wèi)星、微波、載波、光纜等多種通信手段構(gòu)建而成了一個(gè)以北京為中心覆蓋全國(guó)30個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）的立體交叉通信網(wǎng)。整個(gè)中國(guó)電力通信的發(fā)展，從無(wú)到有，從小到大，從簡(jiǎn)單技術(shù)到當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)，從較為單一的通信電

23、纜和電力線載波通信手段到包含光纖、數(shù)字微波、衛(wèi)星等多種通信手段并用，從局部點(diǎn)線通信方式到覆蓋全國(guó)的干線通信網(wǎng)和以程控交換為主的全國(guó)電話網(wǎng)、移動(dòng)電話網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)，無(wú)不展現(xiàn)出電力通信發(fā)展的輝煌成就。隨著通信行業(yè)在社會(huì)發(fā)展中作用的提高，以電力通信網(wǎng)為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)不再僅僅是最初的程控語(yǔ)音聯(lián)網(wǎng)、調(diào)度時(shí)時(shí)控制信息傳輸?shù)日瓗I(yè)務(wù)，逐漸發(fā)展到同時(shí)承載客戶服務(wù)中心、營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、人力資源管理系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OA）、視頻會(huì)議、IP

24、電話等多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。電力通信在協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)發(fā)、送、變、配、用電等組成部分的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)及保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行方面發(fā)揮了應(yīng)有的作用，并有利的保障了電力生產(chǎn)、基建、行政、防汛、電力調(diào)度、水庫(kù)調(diào)度、燃料調(diào)度、繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)、計(jì)算機(jī)通信、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化等通信需要。雖然電力通信的自身經(jīng)濟(jì)效</p><p>　　國(guó)內(nèi)外電力線通信發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　最早的PLC實(shí)用技

25、術(shù)是一種稱(chēng)之為“脈沖控制”的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供速率極低的單向通信，發(fā)射機(jī)功率為數(shù)十千瓦，主要用于路燈及負(fù)荷控制。20世紀(jì)50年代以來(lái)，人們開(kāi)始研究電力線(主要為高壓)通道的高頻特性(5kHz～500kHz)，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了電力系統(tǒng)調(diào)度通信及保護(hù)廣泛使用的電力線載波機(jī)。20世紀(jì)90年代國(guó)外開(kāi)始研究電力線(主要為低壓及中壓)的高頻特性(2MHz～80MHz)，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了實(shí)用的高速PLC(PLT)產(chǎn)品及系統(tǒng)。在高壓輸電網(wǎng)(35k

26、V以上)、中壓輸電網(wǎng)(10kv-35kV)以及低壓(10kV以下)的各個(gè)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ崝?shù)率不斷提高。英國(guó)聯(lián)合電力公司的子公司Norweb通訊公司于1990年開(kāi)始電力線載波通信的研究，1995年與加拿大北電網(wǎng)絡(luò)合作共同開(kāi)發(fā)該項(xiàng)技術(shù)。1997年這兩家公司聲稱(chēng)解決了電力線噪聲等問(wèn)題，取得了電力線載波技術(shù)的重大突破，利用新開(kāi)發(fā)的數(shù)字電力線載波技術(shù)DPL(DigitalPower Line)實(shí)現(xiàn)了在低壓配電網(wǎng)上進(jìn)行IMbit／s的遠(yuǎn)程通信。

27、[2]從此以后，許多國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了高速PLC的研究和開(kāi)發(fā)，如美國(guó)的Intellon、Inari公</p><p><b>　　總結(jié)：</b></p><p>　　基于電力線自動(dòng)授時(shí)電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)要求運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)，設(shè)計(jì)制作電子時(shí)鐘，并可以收工和自動(dòng)調(diào)整設(shè)置功能，GPS信號(hào)做完本時(shí)鐘要接收的時(shí)間數(shù)據(jù)信號(hào)，本系統(tǒng)能自動(dòng)接收一定的時(shí)鐘數(shù)據(jù)信號(hào)自動(dòng)調(diào)整好時(shí)間日期的顯

28、示。GPS的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)載波電力線傳輸?shù)綍r(shí)鐘系統(tǒng)，可以解決在一定區(qū)域范圍里的各電子時(shí)鐘的準(zhǔn)確度，能達(dá)到誤差在2秒之內(nèi)。本系統(tǒng)很適合各工礦企業(yè)學(xué)校醫(yī)院等作為準(zhǔn)確時(shí)間使用，解決時(shí)鐘的走時(shí)累計(jì)誤差需要人工調(diào)整的麻煩。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)總方案</p><p>　　考慮到本次設(shè)計(jì)是

29、為了方便時(shí)鐘的準(zhǔn)確授予，并且為了保持時(shí)間的精確程度。故該設(shè)計(jì)采用了電力線信號(hào)傳輸?shù)姆绞絹?lái)精確授予時(shí)間，該設(shè)計(jì)可以解決在一定區(qū)域范圍里的各電子時(shí)鐘的準(zhǔn)確度，將時(shí)間誤差縮小到2秒之內(nèi)，本系統(tǒng)可以讓時(shí)間精確誤差更小，更方便解決時(shí)鐘的走時(shí)累計(jì)誤差需要人工調(diào)整的麻煩。本系統(tǒng)用GPS給接收裝置發(fā)送信號(hào)GPS OEM板上收到信號(hào)后發(fā)送到STC89C54單片機(jī)然后用電力線傳播給芯片LM1893進(jìn)行調(diào)制，接著芯片再將信號(hào)利用電力線發(fā)送給時(shí)鐘裝置的LM18

30、93解調(diào)再傳送給STC89C58單片機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收。時(shí)鐘模塊是有一塊由1塊STC89C54單片機(jī)作為CPU的，用來(lái)處理和驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘模塊的現(xiàn)實(shí)。本設(shè)計(jì)的框圖如下：</p><p><b>　　圖1.1總框架圖</b></p><p>　　1.2系統(tǒng)組成模塊方案</p><p><b>　　1.2.1授時(shí)方案</b></p

31、><p>　　根據(jù)授時(shí)手段的不同分為短波授時(shí)、長(zhǎng)波授時(shí)、衛(wèi)星授時(shí)、互聯(lián)網(wǎng)和電話授時(shí)等。這幾種授時(shí)方案有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(1).短波授時(shí)的基本方法是由無(wú)線電臺(tái)發(fā)播時(shí)間信號(hào)（簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)號(hào)），用戶用無(wú)線接收機(jī)接收時(shí)號(hào)，然后進(jìn)行本地對(duì)時(shí)。(2).長(zhǎng)波授時(shí)利用長(zhǎng)波（低頻）進(jìn)行時(shí)間頻率傳遞與校準(zhǔn)，是一種覆蓋能力比短波強(qiáng)，校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度更高的授時(shí)方法。(3).衛(wèi)星授時(shí)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)播信號(hào)大面積的覆蓋，

32、而且比起前兩種授時(shí)方法，它的精度更高。根據(jù)衛(wèi)星在授時(shí)中所起的作用衛(wèi)星授時(shí)分為主動(dòng)式和中轉(zhuǎn)式。主動(dòng)式衛(wèi)星有精密時(shí)鐘，可發(fā)播標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)；中轉(zhuǎn)式僅轉(zhuǎn)發(fā)由地面時(shí)間基準(zhǔn)通過(guò)衛(wèi)星地面站送來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。(4).網(wǎng)絡(luò)授時(shí)和電話授時(shí)，采用用戶詢問(wèn)方式向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離時(shí)間同步的最佳方法。[3]</p><p>　　此次設(shè)計(jì)是采用衛(wèi)星無(wú)線授時(shí)方式。其主要原因是結(jié)合成本與實(shí)用方便性

33、的考慮，GPS不僅普及率高而且授時(shí)精準(zhǔn)，已成功運(yùn)用到商業(yè)中數(shù)年，有著較高的評(píng)價(jià)。</p><p>　　1.2.2時(shí)間信號(hào)傳輸方案</p><p>　　在時(shí)間的傳送方式上也有多種方式：有有線傳輸，電話線傳輸，電力線傳輸?shù)鹊?。本設(shè)計(jì)采用了電力線的時(shí)間信號(hào)傳輸方式主要原因是因?yàn)殡娏€傳輸相較與其他幾種傳輸方式都比較準(zhǔn)確，其誤差可以精確到2秒之內(nèi)，是其他傳輸方式無(wú)法比擬的，電力線如今又運(yùn)用廣泛，所

34、以我們選擇了此方法。</p><p>　　本設(shè)計(jì)我們確定使用電力線傳輸方式，所以我們有必要對(duì)目前電力線的一些基本特性了解一下。</p><p>　　電力線作為通訊載體的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。無(wú)需敷設(shè)信號(hào)電纜，減少建設(shè)投資，即插即用，減少大量的工程。通訊線路和電力線路為一體，減少維護(hù)量，不另設(shè)專(zhuān)用通訊線路。運(yùn)行費(fèi)用很低，因此如何運(yùn)用電力線wangluo資源潛力，在不影響傳輸電能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)窄帶或是帶

35、寬通信，使之成為繼電信、電話、無(wú)線通信、衛(wèi)星通信之后的有一通信網(wǎng)，是多年來(lái)國(guó)內(nèi)外科技人員技術(shù)攻關(guān)的又一目標(biāo)，使電力網(wǎng)又成為一個(gè)新的通訊技術(shù)手段。[3]</p><p>　　電力線在生活中到處都有，所以此設(shè)計(jì)可以說(shuō)更貼近生活，對(duì)運(yùn)用這方面應(yīng)該會(huì)更加廣泛。</p><p><b>　　1.2.3時(shí)鐘方案</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的電子時(shí)鐘

36、主要運(yùn)用到DS12887時(shí)鐘芯片。DSl2887是DALLAS公司推出的8位并行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，工作電壓為5V。該芯片具有的并行控制功能使其在與徽處理器接口時(shí)能大大提高CPU的工作效率。并且，此芯片的計(jì)時(shí)精度非常高。在25℃的工作環(huán)境中誤差約為4-1分鐘／月。當(dāng)外部電源電壓小于3V時(shí)，內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)將自動(dòng)切斷外部電源，改由內(nèi)部鋰電池供電。為了防止電池能量的不必要浪費(fèi)，廠家通常關(guān)閉芯片的內(nèi)部振蕩器，用戶在使用時(shí)要注意通過(guò)控制寄存器將其打開(kāi)。&l

37、t;/p><p>　　DS12887的主要特點(diǎn)有[4]</p><p>　?。?）可作為個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘和日歷；</p><p>　　（2）與MCl46818B和DS1287的管腳兼容；</p><p>　　（3）在沒(méi)有外部電源的情況下可工作10年；</p><p>　　（4）自帶晶體振蕩器及鋰電池；</p>

38、<p>　?。?）可計(jì)算到2100年前的秒、分、小時(shí)、星期、日、月、年七種日歷信息并帶閏年補(bǔ)償；</p><p>　?。?）有二進(jìn)制碼或BCD碼代表日歷和鬧鐘信息；</p><p>　?。?）有12和24小時(shí)兩種制式，12小時(shí)制時(shí)有AM和PM提示；</p><p>　?。?）可選用夏令時(shí)模式；</p><p>　?。?）可以應(yīng)用于

39、Motorola和Intel兩種總線；</p><p>　　（10）數(shù)據(jù)/地址總線復(fù)用；</p><p>　?。?1）內(nèi)建128字節(jié)RAM；</p><p>　?。?2）14字節(jié)時(shí)鐘控制寄存器；</p><p>　?。?3）114字節(jié)通用RAM；</p><p>　　（14）可編程方波輸出；</p>&l

40、t;p>　?。?5）總線兼容中斷（/IRQ）；</p><p>　?。?6）三種可編程中斷，時(shí)間性中斷可產(chǎn)生每秒一次直到每天一次中斷，周期性中斷122~500ms，時(shí)鐘更新結(jié)束中斷。</p><p>　　本設(shè)計(jì)過(guò)程可分為四部分：</p><p>　?。?）單片機(jī)部分，包括電源、警惕振蕩器、復(fù)位電路、通訊電路。</p><p>　?。?）

41、時(shí)鐘芯片和溫度傳感器，包括時(shí)鐘芯片和單片機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的傳輸電路，溫度傳感器電路。</p><p>　?。?）8255擴(kuò)展芯片部分，可分為顯示和鍵盤(pán)兩部分。8255的數(shù)據(jù)線按控制字與單片機(jī)相連。8255的PA口和PB口聯(lián)合控制8哥8位數(shù)碼管顯示。PC口是鍵盤(pán)借口，單片機(jī)通過(guò)PC口以鍵盤(pán)掃描的方式獲得鍵值。</p><p>　　第2章 發(fā)送與接受裝置的電路設(shè)計(jì)</p>

42、<p>　　2.1 GPS的接收模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1 GPS信號(hào)接收原理</p><p>　　全球定位系統(tǒng) (GPS)是英文Global Positioning System的字頭縮寫(xiě)詞的簡(jiǎn)稱(chēng)[5]。它的含義是利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。它是由美國(guó)國(guó)防部主導(dǎo)開(kāi)發(fā)的一套具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。G

43、PS是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),它具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)航與定位功能,而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此,GPS技術(shù)率先在大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、海洋測(cè)量、城市測(cè)量等測(cè)繪領(lǐng)域得到了應(yīng)用,并在軍事、交通、通信、資源、管理等領(lǐng)域展開(kāi)了研究并得到廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　GPS工作原理</b></p><p&

44、gt;　　GPS設(shè)備 (Global Position System)即全球定位系統(tǒng),用于接收并解析太空中數(shù)個(gè)衛(wèi)星回傳電波中的軌道信息及時(shí)刻信息,來(lái)計(jì)算出GPS接收器所在位置的經(jīng)度、緯度、水平高度及移動(dòng)速度。GPS設(shè)備基本配備通常包含了一個(gè)GPS接收器、解析器及一部高效率的微電腦[5]。</p><p>　　GPS系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)完整的GPS主要由空間段、控制段和用戶段三部分構(gòu)成。(1)空間段由分布在6個(gè)軌道面上的2

45、4顆衛(wèi)星組成。衛(wèi)星軌道高度20200km,傾角55度,周期12小時(shí)。衛(wèi)星用L波段的兩個(gè)無(wú)線電載波向廣大用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào),導(dǎo)航定位信號(hào)中含有衛(wèi)星的位置信息,使衛(wèi)星成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的已知點(diǎn)。在地球的任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻,在高度角15°以上,平均可同時(shí)觀測(cè)到6顆衛(wèi)星 ,最多可達(dá)到9顆。衛(wèi)星的軌道分布保證在世界各地任何時(shí)間可見(jiàn)到至少 6顆衛(wèi)星 ,衛(wèi)星連續(xù)向用戶提供位置和時(shí)間信息。(2)控制段由分布在全球的一個(gè)主控站、五個(gè)監(jiān)測(cè)站

46、和三個(gè)注入站組成。主控站位于Colorado。監(jiān)測(cè)站跟蹤視野內(nèi)所有GPS衛(wèi)星、收集衛(wèi)星測(cè)距信息,并把收集的信息送到主站。主控站根據(jù)各監(jiān)測(cè)站對(duì) GPS衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù),計(jì)算各衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參數(shù)等,并將這些數(shù)據(jù)編制成導(dǎo)航電文,傳送到注入站,再由注入站將主控站發(fā)來(lái)的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)器中。(3)用戶段由 GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設(shè)備(如計(jì)算機(jī))等組成。GPS接收機(jī)可捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào),跟蹤

47、衛(wèi)星的運(yùn)行,并對(duì)信號(hào)進(jìn)行</p><p>　　GPS信號(hào)接收機(jī)不僅需要功能較強(qiáng)的機(jī)內(nèi)軟件，而且需要一個(gè)多功能的GPS數(shù)</p><p>　　據(jù)測(cè)后處理軟件包。接收機(jī)加處理軟件包，才是完整的GPS信號(hào)用戶設(shè)備。本系統(tǒng)采中，我們采用上海力浪電子有限公司超高靈敏度接收OEM開(kāi)發(fā)板GPS-R35，該開(kāi)發(fā)板采用SiRF StarIll chipset晶片組設(shè)計(jì)。GPS．R35要性能如下： </

48、p><p>　　定位精度高：定位精度小于10m </p><p>　　超高靈敏度：靈敏度達(dá)-159dbm </p><p>　　通道數(shù)： L1 1575．42MHz， </p><p>　　C／A碼， 20并行通道 </p><p>　　定位時(shí)間： hot／warm／cold：l／38／42see．

49、</p><p>　　定位精度： <10meters at 2D， RMS </p><p>　　重 量： 145克 </p><p>　　輸出信息： NMEA0183 Version 2．4 ASCII </p><p>　　數(shù)據(jù)接口： RS232，TTL </p><p&g

50、t;　　GPS．R35特色是城市峽谷、高架下面等弱信號(hào)的地方，以及汽車(chē)內(nèi)部任何位置都可以快速、準(zhǔn)確定位。GPS．R35可直接作為汽車(chē)監(jiān)控、導(dǎo)航、行車(chē)記錄，以及個(gè)人PC、PDA定位系統(tǒng)等相關(guān)應(yīng)用。采用GPS25L S OEM 板來(lái)接收衛(wèi)星信號(hào),完成GPS主要數(shù)據(jù)的采集以及簡(jiǎn)單的定位解算功能. OEM 板接上天線,一通電便能通過(guò)輸出接口向外輸出各種星歷數(shù)據(jù).通過(guò)指令可控制OEM 輸出數(shù)據(jù)格式;單片機(jī)接收到OEM 板輸出的數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析計(jì)算并

51、存儲(chǔ)時(shí)間數(shù)據(jù);通過(guò)單片機(jī)輸出口來(lái)控制6位發(fā)光數(shù)碼管的工作,并顯示出時(shí)、分、秒數(shù)據(jù)[6]。</p><p>　　GPS - OEM板的工作原理比較簡(jiǎn)單:衛(wèi)星發(fā)送的GPS信號(hào)經(jīng)天線和射頻連接器進(jìn)入到射頻集成電路,將GPS信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率L1=1575.42MHz;再將該信號(hào)傳入到IQ信號(hào)處理器中解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文,解算出測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)、時(shí)間等信息。將處理完的信息存儲(chǔ)到32位的處理器中,并由串口輸出串行數(shù)據(jù)

52、。</p><p>　　GPS的通訊協(xié)議比較多，其中NMEA(National Marine Electronics Association) 0183協(xié)議為GPS接收機(jī)和其他航海電子產(chǎn)品的導(dǎo)航數(shù)據(jù)輸出格式，是目前普遍使用且為大多數(shù)生產(chǎn)商遵循的協(xié)議之一，以下為其基本通訊參數(shù)及報(bào)文格式[6]。</p><p>　　(1)NMEA0183報(bào)文格式 </p><p>　　

53、NMEA0183協(xié)議報(bào)文的語(yǔ)句串(ASCII字符)格式全部信息可如下表示： </p><p>　　$AAXXX，ddd…ddd， ·hh<CR><LF> </p><p><b>　　說(shuō)明如下： </b></p><p>　　$ 串頭，表示串開(kāi)始 </p>

54、<p>　　AA 識(shí)別符 </p><p>　　XXX 語(yǔ)句名 </p><p>　　ddd 數(shù)據(jù)字段，字母或數(shù)字 ，</p><p><b>　　數(shù)據(jù)分隔符 </b></p><p>　　·llll 校驗(yàn)和 </p><p>　

55、　<CI> 回車(chē)控制符 </p><p>　　<LF> 換行控制符 </p><p>　　(2)NMEA0183具體內(nèi)容 </p><p>　　通常，GPS接收機(jī)每秒通過(guò)直接計(jì)算產(chǎn)生一次定位數(shù)據(jù)，位置時(shí)間信息通過(guò)封裝成GPS報(bào)文交給主機(jī)。NMEA0183報(bào)文輸出的常用語(yǔ)句信息包含內(nèi)容。 <

56、;/p><p><b>　　NMEA種類(lèi)說(shuō)明 </b></p><p>　　GPGGA 衛(wèi)星定位數(shù)據(jù) </p><p>　　GGPLL 地理位置一經(jīng)度和緯度 </p><p>　　GPGSA 導(dǎo)航偏差和有源衛(wèi)星 </p><p>　　GPGSV 可收到信

57、號(hào)的GPS衛(wèi)星狀態(tài) </p><p>　　GPRMC 推薦最小數(shù)據(jù)量的GPS具體內(nèi)容／傳輸數(shù)據(jù) </p><p>　　GPVTG 對(duì)地方向及對(duì)地速度 </p><p>　　其中GPRMC是推薦最小數(shù)據(jù)，適合海上船只或地面交通工具使用，可給出世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、經(jīng)／緯度、航行速度／方向等信息。輸出范例為：</p><p>　　

58、$GPRMC，161229．487，A，3723．2475，N，12158．3416，W，O．13，309．62，120598，·10<CR><LF> </p><p>　　其詳細(xì)說(shuō)明如下所示。 </p><p>　　名稱(chēng) 實(shí)例 說(shuō)明 </p><p>　　訊信代號(hào)

59、 SGPRMC RMC規(guī)范臺(tái)頭 </p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)定位時(shí)間 161229．487 時(shí)時(shí)分分秒秒．秒秒秒 </p><p>　　定位狀態(tài) A A=資料可用，V=資料不可用 </p><p>　　緯度 3723．2

60、475 度度分分．分分分分 </p><p>　　南北半球指示 N 北半球(N)南半球(S) </p><p>　　經(jīng)度 12158．3416 度度分分．分分分分 </p><p>　　東西半球指示 W 東半球(

61、E)西半球(W) </p><p>　　對(duì)地速度 0．13 0．0至1851．8節(jié) </p><p>　　對(duì)地方向 309．62 實(shí)際值 </p><p>　　日期 120598 日日月月年年 </p>&l

62、t;p>　　磁極變量(1) 東半球 </p><p>　　校驗(yàn)碼 *10 </p><p>　　<CR><LF> 信息結(jié)束</p><p>　　2.1.2 GPS 信號(hào)接收硬件設(shè)計(jì)</

63、p><p>　　GPS OEM與89C54的連接GPS OEM 板有2個(gè)串行口,其串口2用來(lái)接收RTCM SC104版本2.1的GPS差分信息,相位數(shù)據(jù)輸出. 串口1是異步串行數(shù)據(jù)通信接口,因此可與89C54單片機(jī)進(jìn)行異步串行數(shù)據(jù)通信.由于串口配置的電平為標(biāo)準(zhǔn)的RS232電平,而89C54單片機(jī)的輸出電壓為0~5v的TTL電平,二者的電壓規(guī)范不一致,所以不能直接進(jìn)行通訊.為使TTL 電平與RS232標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào),采用了M

64、AXIM 公司的多路發(fā)送,接收集成芯片MAX232,在不外加#12電源的情況下,實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與OEM 板的串行通信[7]。</p><p>　　在GPS串口中斷服務(wù)程序中，只要識(shí)別出$GPZDA語(yǔ)句，然后分離出各字段的值，校驗(yàn)無(wú)誤后就可以得出GPS同步的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。</p><p>　　故GPS接受機(jī)就是當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶視界內(nèi)升起時(shí)，接收機(jī)能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并能

65、夠跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行；對(duì)所接收到的GPS信號(hào)具有變換，放大和處理的功能，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)計(jì)算出觀測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。</p><p>　　GPS信號(hào)接收機(jī)不僅需要功能較強(qiáng)的機(jī)內(nèi)軟件，而且需要一個(gè)多功能的GPS數(shù)據(jù)測(cè)后處理軟件包。接收機(jī)加處理軟件包，才是完整的GPS信號(hào)用戶設(shè)備。</p><p>　　授時(shí)器

66、采用GPS接收機(jī)串口輸出的UTC時(shí)間進(jìn)行授時(shí),系統(tǒng)由GPS25LS系列OEM板、89C54單片機(jī)、MAX232、LED顯示器等組成.89C51單片機(jī)串行口提取GPS接收機(jī)輸出的時(shí)間數(shù)據(jù),并存放在單片機(jī)的RAM,用I/O口輸出給LED顯示.由于GPS接收機(jī)輸出的是RS232電平,而89C54的電平是TTL電平, [7]因此GPS接收機(jī)與89C54的串口通信必須經(jīng)過(guò)MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。</p><p>　　

67、該模塊采用的是外置穩(wěn)壓電源模塊，為GPS模塊提供電源。</p><p>　　2.2電力線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 電力線傳輸模塊原理</p><p>　　本系統(tǒng)是用電力線載波傳輸方式，電力線載波(Power Line Carrier)通信是利用高壓電力線(電力線載波中通常指35kV及以上電壓等級(jí))、中壓電力線(指10kV電壓等級(jí))或低壓配電線(3

68、80/220V電力線)作為信息傳輸媒介進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。電力線載波通信技術(shù)已在許多國(guó)家和地區(qū)得到應(yīng)用,它直接運(yùn)用現(xiàn)有的電網(wǎng)線路,不需要額外鋪設(shè)電纜,又不占用寶貴的無(wú)線頻譜資源,因此得到不斷地發(fā)展,廣泛應(yīng)用于自動(dòng)抄表系統(tǒng)、智能家居控制、樓宇自動(dòng)控制、路燈控制、特殊環(huán)境通信等領(lǐng)域。許多公司相繼開(kāi)發(fā)了各種電力線載波專(zhuān)用芯片,如ST7535、 TDA5051、LM1893、SSCP200、PL200 等。但是,電網(wǎng)中用電設(shè)備

69、復(fù)雜多樣,存在大量諧波,同時(shí)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的不夠穩(wěn)定都對(duì)電力線載波通信電路的設(shè)計(jì)提出了很高要求。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的實(shí)際狀況,分析教室電器節(jié)能系統(tǒng)中電力線載波模塊電路的設(shè)計(jì),并根據(jù)電網(wǎng)阻抗匹配設(shè)計(jì)信號(hào)耦合變壓器,確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。</p><p>　　美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體器件公司(National Semiconductor)開(kāi)發(fā)的電力線載波通信集成芯片LM1893 集成了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的全部功能,可實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)

70、的半雙工通信,其主要功能特性如下:采用FSK抗噪聲調(diào)制技術(shù),可選擇噪聲濾波的脈沖發(fā)生器;數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)4.8kB;采用正弦波載頻可降低射頻干擾,射頻功率可增強(qiáng)10倍;載波頻率可在50—300kHz之間選擇Yong。本系統(tǒng)中設(shè)定信號(hào)載波頻率為125kHz。[8]</p><p>　　工作過(guò)程為:上位機(jī)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),其數(shù)字信號(hào)由RS232的TXD端輸出, 電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232將其轉(zhuǎn)換為T(mén)TL電平,傳入LM1

71、893的Pin17,此時(shí)控制LM1893的Pin5(TX/RX)為高電平,芯片處于數(shù)據(jù)調(diào)制狀態(tài),將從Pin17輸入的數(shù)字信號(hào)調(diào)制為125kHz的正弦模擬信號(hào),經(jīng)過(guò)功率放大后從芯片的Pin10(I/O)輸出,最后通過(guò)信號(hào)耦合變壓器將此模擬信號(hào)耦合到電網(wǎng)上, 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。在數(shù)據(jù)接收端,控制與單片機(jī)相連的LM1893芯片的Pin5為低電平,使其處于解調(diào)狀態(tài),將從電網(wǎng)上傳輸過(guò)來(lái)的模擬信號(hào)解調(diào)為數(shù)字信號(hào)以供單片機(jī)執(zhí)行;當(dāng)單片機(jī)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)

72、時(shí),控制與單片機(jī)相連的 LM1893 芯片的Pin5 為高電平,使其發(fā)送數(shù)據(jù),同時(shí)控制與上位機(jī)相連的LM1893的 Pin5為低電平,解調(diào)從電力線傳輸過(guò)來(lái)的下位機(jī)數(shù)據(jù), 再?gòu)腜in12傳入RS232的RXD端。</p><p>　　2.2.1 電力線傳輸模塊原理</p><p>　　本設(shè)計(jì)電子載波芯片采用LM1893，LMl893是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的電力線調(diào)制解調(diào)芯片，可實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)

73、的半雙工通信，具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的全部功能。采用18腳雙列直插式，其引腳圖如圖2.10所示。它的主要引腳為：5腳(發(fā)送接收控制端)、10腳(載波信號(hào)的收發(fā)端)、12腳(解調(diào)數(shù)據(jù)輸出端)和17腳(調(diào)制數(shù)據(jù)輸入端)。它由發(fā)送電路和接收電路兩部分構(gòu)成。芯片的工作狀態(tài)由5腳控制。</p><p>　　其特點(diǎn)有：1、抗噪聲FSK調(diào)制2、用戶選定的脈沖噪聲濾波3、高達(dá)4.8 kBaud的數(shù)據(jù)傳輸速率4、串0或1的數(shù)據(jù)允許5、

74、正弦線驅(qū)動(dòng)器的低射頻干擾6、輸出功率很容易提高10倍7、50至300kHz載波頻率的選擇8、TTL和MOS兼容數(shù)字水平9、穩(wěn)壓電源電壓的邏輯10、所有常規(guī)電力線路驅(qū)動(dòng)器[9]</p><p>　　其一般應(yīng)用：1、能源管理系統(tǒng)2、家庭方便控制3、辦公室間的通信4、家電控制5、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)6、安全系統(tǒng)7、遙測(cè)8、計(jì)算機(jī)終端接口</p><p>　　當(dāng)為高電平時(shí),芯片處于發(fā)送狀態(tài)；反之，則處于接

75、收狀態(tài)。發(fā)送電路部分由FsK調(diào)制器、電流控制振蕩器、正弦波形成器、輸出放大器和自動(dòng)電平控制電路(ALC)構(gòu)成。單片機(jī)將數(shù)據(jù)從17腳輸入，由此輸入</p><p>　　的數(shù)據(jù)經(jīng)FSK調(diào)制后形成開(kāi)關(guān)控制電流，驅(qū)動(dòng)電流控制振蕩器產(chǎn)生三角波，再由正弦波形成器形成已調(diào)正弦波信號(hào)，由輸出放大器放大后，送10腳輸出到電力線上。ALC則用以控制輸出信號(hào)的幅值。18腳為外接電阻端，用以調(diào)節(jié)載波頻率。通過(guò)調(diào)節(jié)5kQ的可調(diào)電阻，LMl

76、893的中心頻率可以在50～300kHz的范圍內(nèi)選擇。8、9腳用于外接放大管的射級(jí)和基極以提高發(fā)射功率。接收電路部分則由限幅放大器、鎖相環(huán)解調(diào)器、RC濾波器、直流偏置消除電路和脈沖噪聲濾波電路構(gòu)成。載波信號(hào)由10腳輸入，經(jīng)限幅放大器放大后，送鎖相環(huán)解調(diào)器(PLL)解調(diào)，解調(diào)輸出通過(guò)RC濾波器、直流偏置消除電路濾掉直流信號(hào)和高頻信號(hào)，最后經(jīng)脈沖噪聲濾波電路濾除信號(hào)中的脈沖干擾，從12腳輸出解調(diào)后的數(shù)據(jù)信號(hào)。</p><

77、p>　　其典型應(yīng)用電路如下圖2.2。</p><p>　　圖2.2 LM1893應(yīng)用電路</p><p>　　表2.1 LM1893引腳功能列表</p><p><b>　　系統(tǒng)模型</b></p><p>　　把數(shù)控信號(hào)通過(guò) MSK調(diào)制后 ,耦合至低壓電力線,經(jīng)電力線傳輸至受控終端,以實(shí)現(xiàn)對(duì)終端電力設(shè)備的遙

78、控?？刂菩旁窗l(fā)出數(shù)控信號(hào),經(jīng)MSK發(fā)射機(jī)調(diào)制發(fā)射,通過(guò)專(zhuān)用電力線耦合器進(jìn)入電力線信道;再由專(zhuān)用電力線耦合器耦合到MSK解調(diào)接收機(jī)還原出數(shù)控信號(hào)[7210],該數(shù)控信號(hào)就是相應(yīng)的 PLC程控指令,最終通過(guò)PLC對(duì)相應(yīng)的電力設(shè)備實(shí)施控制作用。[8]</p><p><b>　　MSK發(fā)射機(jī)模型</b></p><p>　　MSK發(fā)射機(jī)是本系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是關(guān)鍵技術(shù)。MS

79、K是2FSK的一種特殊情況,它具有正交信號(hào)的最小頻差,在相鄰符號(hào)交界處相位保持連續(xù)。在一個(gè)碼元時(shí)間Tb內(nèi),這類(lèi)連續(xù)相位FSK(CPFSK)可表示為</p><p>　　[11213]SCPFSX(t)=Acos[ωct+θ(t)]。(1)</p><p>　　當(dāng)θ(t)為時(shí)間的連續(xù)函數(shù)時(shí),已調(diào)波相位在所有時(shí)間上是連續(xù)的。若傳0碼時(shí)載頻為ω1,傳1碼時(shí)載頻為ω2,它們相對(duì)于未調(diào)載波ω′c的偏

80、移為Δω,式(1)可寫(xiě)為</p><p>　　SCPFSX(t)=Acos[ωct+θ(0)],(2)</p><p>　　其中:ωc=ω1+ω22,Δω=ω2-ω12。</p><p>　　比較式(1)和式(2)可以看出,在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi),相角θ(t)=±Δωt+θ(0),其中,θ(0)為初相角,取決于過(guò)去碼元調(diào)制的結(jié)果,它的選擇要防止相位的任何不連續(xù)性

81、。對(duì)于FSK信號(hào),當(dāng)2ΔωTb=nπ(n為整數(shù))時(shí),就認(rèn)為它是正交的。為了提高頻帶利用率,Δω要小,當(dāng)n=1時(shí),Δω達(dá)最小值,有ΔωTb=π/2,或2ΔfTb=1/2=βf,可得頻偏為Δf=1/4Tb,頻差為2Δf=1/2Tb,它等于碼元速率1/Tb之半,這是正交信號(hào)的最小頻差。CPFSK的這種特殊選擇即為最小頻移鍵控(MSK)。若擴(kuò)展到多個(gè)碼元時(shí)間上,其時(shí)間參數(shù)為ak,初相角為θk,則有θ(t)=πt2Tbak+θk,(3)</

82、p><p>　　將式(3)代人式(1)便得到 MSK的表達(dá)式SMSK(t)=Acos(ωct+πt2Tbak+θk)。(4)</p><p><b>　　因sinθk=0,</b></p><p>　　其三角展式為SMSK(t)=A[aI(t)cos(πt2Tb)cosωct-aQ(t)sinπt2Tbsinωct]=A[I(t)cosωct-Q(

83、t)sinωc(t)]。(5)</p><p>　　式(5)中I(t)=aI(t)cos(πt2Tb);Q(t)=aQ(t)sin(πt2Tb);</p><p>　　aI(t)=cosθk;aQ(t)=akcosθk。</p><p>　　由式(5)知:MSK信號(hào)可采取正交調(diào)制的方法產(chǎn)生,由此構(gòu)建的發(fā)射機(jī)模型如圖2.3所示。</p><p>

84、;　　圖2.3MSK發(fā)射機(jī)模型當(dāng)兩支路碼元互相偏離Tb時(shí),恰好使cosπt2Tb和sinπt2 Tb錯(cuò)開(kāi)1/4周期,保證了MSK信號(hào)相位的連續(xù)性。其工作原理為:先將輸入的基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼,然后將其分成I、Q兩路,并互相交錯(cuò)一個(gè)碼元寬度,再用加權(quán)函數(shù)cos(πt2Tb)和sin(πt2Tb)分別對(duì)I、Q兩路數(shù)據(jù)加權(quán),最后將兩路數(shù)據(jù)分別用正交載波調(diào)制。[12]</p><p><b>　　接收機(jī)模型&l

85、t;/b></p><p>　　設(shè)兩正交基信號(hào)為<1(t)和<2(t),n(t)為電力線上的加性噪聲。則接收電路輸入信號(hào)為[14]R(t)=SMSK+n(t)。(6)</p><p>　　由此構(gòu)建MSK解調(diào)接收機(jī)模型如圖2.2.1.2所示。圖2.2.1.2MSK信號(hào)接收機(jī)模型接收信號(hào)與正交基信號(hào)<1(t)和<2(t)相關(guān),同相支路和正交支路的積分時(shí)間均為2Tb

86、,需注意的是,正交支路的積分和判決均滯后同相支路 Tb。2個(gè)支路相關(guān)的積分結(jié)果為r1=∫R(t)<1(t)dt=SI+NI,(7)rQ=∫R(t)<2(t)dt=SQ+NQ,(8)</p><p>　　其中:NI和NQ為噪聲相關(guān)積分值,且SI=Ebcos<(0),SQ=-Ebsin<(0);判決規(guī)則為當(dāng)rI大于0,則<(0)為0;當(dāng)rI小于0,則<(0)為π;當(dāng)rQ大于0,則&

87、lt;(Tb)為-π/2;當(dāng)rQ小于0,則<(Tb)為π/2。[11]</p><p>　　第3章 數(shù)字電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)原理</p><p>　　在日常生活、生產(chǎn)中，很多單位都需要一款靈活、穩(wěn)定而叉功能強(qiáng)大的自動(dòng)定時(shí)控制系統(tǒng)，以規(guī)范奉單位的作息時(shí)間或定時(shí)控制一些設(shè)備。目前，市面上出現(xiàn)的一些時(shí)控設(shè)備或功能單一，或使用煩

88、瑣，或價(jià)格昂貴，總有一些小盡如人意的地方。木時(shí)控系統(tǒng)可以控制8路(可由程序定制)執(zhí)行設(shè)備，每路執(zhí)行設(shè)備的起控時(shí)間可多時(shí)任意設(shè)定，完全能夠滿足人們所需墨的時(shí)控要求。[18]</p><p>　　該時(shí)鐘控制電路的設(shè)計(jì)可細(xì)分為：主控制器部分、時(shí)鐘芯片部分，接口部分。STC89C58單片機(jī)作為控制核心部分，實(shí)現(xiàn)整個(gè)外圍電路的控制，有掉電保護(hù)功能的時(shí)鐘芯片DS12887是整個(gè)電路的主要部分，接口部分又可以細(xì)分為兩個(gè)部分，即

89、液晶顯示接口和鍵盤(pán)輸入接口DS12887是DALLAS半導(dǎo)體公司新推出的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，可直接取代DS1287，它功能豐富，應(yīng)用廣泛。它在工業(yè)控制及智能儀器儀表中有廣泛用途，一般PC 機(jī)內(nèi)的時(shí)鐘信號(hào)就是由DS12887提供的。</p><p>　　DS12887的特點(diǎn)：（1）可作為個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘和日歷；（2）與MCl46818B和DS1287的管腳兼容；（3）在沒(méi)有外部電源的情況下可工作10年；（4）自帶晶體振蕩

90、器及鋰電池；（5）可計(jì)算到2100年前的秒、分、小時(shí)、星期、日、月、年七種日歷信息并帶閏年補(bǔ)償；（6）有二進(jìn)制碼或BCD碼代表日歷和鬧鐘信息；（7）有12和24小時(shí)兩種制式，12小時(shí)制時(shí)有AM和PM提示；（8）可選用夏令時(shí)模式；（9）可以應(yīng)用于Motorola和Intel兩種總線；（10）數(shù)據(jù)/地址總線復(fù)用；（11）內(nèi)建128字節(jié)RAM；（12）14字節(jié)時(shí)鐘控制寄存器；（13）114字節(jié)通用RAM；（14）可編程方波輸出；（15）總線兼

91、容中斷（/IRQ）；（16）三種可編程中斷，時(shí)間性中斷可產(chǎn)生每秒一次直到每天一次中斷，周期性中斷122~500ms，時(shí)鐘更新結(jié)束中斷。[10]</p><p>　　IRQ為中斷請(qǐng)求輸出端；SQW為方波輸出端，當(dāng)Vcc低于4.25V時(shí)沒(méi)有作用；Vcc為+5V電源；GND為接地端。DS12887上電時(shí)，當(dāng)Vcc高于4.25V、200ms后，芯片可以被外部程序操作。當(dāng)Vcc低于4.25V時(shí)，芯片處于寫(xiě)保護(hù)狀態(tài)（所有的輸

92、入均無(wú)效），同時(shí)，所有輸出呈高阻狀態(tài)。當(dāng)Vcc低于3V 時(shí)，芯片將自動(dòng)把供電方式切換為由內(nèi)部電池供電。DS12887有128個(gè)RAM單元。其中4個(gè)單元用作控制寄存器，10個(gè)單元用作存放時(shí)鐘字節(jié)，114字節(jié)為通用RAM。其主要寄存器如下：</p><p>　　DS12887內(nèi)部寄存器A：</p><p>　　UIP=l：更新已到，不能讀/寫(xiě)DSl2887；UIP=0：更新末到，能讀/寫(xiě)DS1

93、2887。DV2、DV1、DV0應(yīng)設(shè)置為010，表示打開(kāi)晶振，允許計(jì)時(shí)。RS3、RS2、RS1、RS0為方波頻率選擇位，產(chǎn)生方波周期中斷。</p><p>　　DS12887內(nèi)部寄存器B：</p><p>　　SET=0：時(shí)間更新正常進(jìn)行，每秒計(jì)數(shù)1次；SET=1：禁止更新，程序可初始化時(shí)間和日歷。PIE=l：允許周期中斷；PIE=0：禁止周期中斷。AIE=1：允許報(bào)警中斷；AIE=0：禁

94、止報(bào)警中斷。UIE=1：允許更新結(jié)束中斷；UIE=0：禁止更新結(jié)束中斷。SQWE為方波允許位。SQWE=1：將RS3、RS2、RS1、RS0選定的方波輸出。DM=1：BCD碼；DM=0：二進(jìn)制。該位不受復(fù)位信號(hào)影響。24/12：1表示24[小]時(shí)制；0表示12[小]時(shí)制。DSE為夏時(shí)制允許位。DSE=l：采用夏時(shí)制；DSE=0：不采用夏時(shí)制。[17]</p><p>　　DS12887內(nèi)部寄存器C：</p&

95、gt;<p>　　IRQF為中斷申請(qǐng)標(biāo)志。PF為方波周期中斷標(biāo)志。 PF=1：方波周期結(jié)束， 申請(qǐng)中斷。AF為鬧鈴中斷標(biāo)志。AF=1：當(dāng)前時(shí)間與鬧鈴時(shí)間匹配時(shí)即刻申請(qǐng)中斷。UF為更新周期結(jié)束中斷標(biāo)志。UF=1:更新周期結(jié)束時(shí)申請(qǐng)中斷。</p><p>　　DS12887內(nèi)部寄存器D：</p><p>　　表2.2DS12887內(nèi)部存儲(chǔ)器功能</p><p&

96、gt;　　3.2數(shù)字電子時(shí)鐘顯示電路</p><p>　　引腳排列如圖2.3.2所示，AD0~AD7為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線；NC為空腳；MOT為總線模式選擇（Motorola/Intel），當(dāng)此腳接到Vcc時(shí)，選用的是Motorola總線時(shí)序，當(dāng)它接地或不接時(shí)，選用的是Intel總線時(shí)序；CS為片選端；AS為地址鎖存允許端；R/W在Intel總線下作為寫(xiě)；DS在Intel總線下作為讀；RESET為復(fù)位端，復(fù)位端對(duì)時(shí)

97、鐘、日歷、RAM無(wú)效，系統(tǒng)上電時(shí)復(fù)位端要保持低電平200ms以上DS12887才可以正常工作；[14]</p><p>　　圖3.2 DS12887引腳圖</p><p>　　圖3.3 電子時(shí)鐘數(shù)碼管顯示部分電路圖</p><p>　　圖3.3為電子時(shí)鐘數(shù)碼管顯示部分電路圖，從左到右分別陽(yáng)歷顯示部分，時(shí)鐘以及星期顯示部分和時(shí)鐘農(nóng)歷顯示部分。</p>&

98、lt;p>　　如圖3.4所示因?yàn)槲覀円玫?4個(gè)數(shù)碼管，如果直接用動(dòng)態(tài)掃描的方法，顯示時(shí)間的等信息肯定會(huì)出現(xiàn)數(shù)碼管閃爍的情況。為了解決這個(gè)問(wèn)題，采取一次動(dòng)態(tài)掃描八位的措施，這就需要在前面加入一個(gè)串行輸入并行輸出的74LS164芯片，每次串行發(fā)送三個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。這就等于動(dòng)態(tài)掃描八次就可以達(dá)到24位顯示的效果。上圖為74LS164驅(qū)動(dòng)電路很好的為我們解決了這些問(wèn)題。</p><p>　　3.3數(shù)字電子時(shí)鐘按鍵開(kāi)

99、關(guān)電路</p><p>　　圖3.5本設(shè)計(jì)的按鍵開(kāi)關(guān)電路，因?yàn)榭紤]到調(diào)試的時(shí)候需要自己打亂時(shí)間來(lái)讓系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到正確時(shí)間所以加入了此功能。</p><p>　　圖3.5 數(shù)字電子時(shí)鐘按鍵開(kāi)關(guān)電路</p><p>　　3.4數(shù)字電子時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　當(dāng)三極管基極輸入低電平三極管導(dǎo)通，集電極輸出高電平產(chǎn)生足夠的電流和電壓驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管

100、工作。</p><p>　　圖3.6 電子時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　3.5數(shù)字電子時(shí)鐘主控模塊</p><p>　　圖3.7數(shù)字電子時(shí)鐘的主控模塊，它是由一塊STC89C58單片機(jī)控制的時(shí)鐘主控模塊。單片機(jī)工作原理，單片機(jī)上電復(fù)位后，從頭開(kāi)始執(zhí)行程序，時(shí)鐘頻率有外部晶振的平率提供。STC89C58控制著整個(gè)裝置的運(yùn)行。讀DS12887時(shí)鐘芯片，判斷時(shí)鐘芯片是

101、否有信號(hào)和是否</p><p>　　有更新，而且還控制著數(shù)碼管的現(xiàn)實(shí)和鍵盤(pán)掃描。</p><p>　　CPU選用STC89C58對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制：</p><p>　　1）它將DS12887數(shù)據(jù)接受并輸出到LED，實(shí)現(xiàn)時(shí)間的顯示；</p><p>　　2）根據(jù)鍵盤(pán)輸入調(diào)用相應(yīng)鍵處理子程序，實(shí)現(xiàn)時(shí)間的調(diào)整；</p><p&

102、gt;　　3）接收無(wú)線芯片輸入的數(shù)據(jù)，進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換，然后輸出到LED顯示器顯示出來(lái)。</p><p>　　DS12887是為了時(shí)鐘的自走模式通過(guò)以下方式與STC89C58相連。[16]</p><p>　　圖3.7 電子時(shí)鐘主控模塊圖</p><p><b>　　第4章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1

103、GPS接收軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　由于OEM板與單片機(jī)之間采用異步串行通信，所以在程序的開(kāi)始要初始化單片機(jī)串口，設(shè)置波特率和通信數(shù)據(jù)格式；同時(shí)，要設(shè)置數(shù)組來(lái)存放初始配置信息、給OEM板的指令信息及OEM板輸出的位置數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)等。當(dāng)不輸入配置信息時(shí)，單片機(jī)只執(zhí)行接[15]。</p><p>　　收和顯示子程序，將位置及時(shí)間信息顯示在屏幕上。當(dāng)有鍵按下時(shí)，執(zhí)行中斷子程序，發(fā)送配置信息

104、。系統(tǒng)主程序和中斷程序流程如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)主程序和中斷程序流程</p><p>　　以下為GPS信號(hào)接收的部分程序：</p><p>　　#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned

105、char#define uint unsigned intvoid delay1ms(){ uint i; for(i=111;i>0;i--);}void delay(uint x){uint i;for(i=x;i>0;i--)delay1ms();}void inituart(){ SCON=0x50; TMOD=0x20; PCON=0x00; TH1

106、=0xfA; TR1=1; TI=1;}void main(){ inituart(); while(1) { printf("$GPZDA,170056.00,15,09,2011,00,00*62\n"); delay(1000); printf("$GPZDA,170057.00,15,09,2011,00,00*62\n"); delay(100

107、0); p</p><p>　　4.1 數(shù)字電子時(shí)鐘軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　由于時(shí)鐘模塊加入了DS12887時(shí)鐘芯片。故單片機(jī)的頻率也應(yīng)該設(shè)置在11.0592Mhz </p><p>　　波特率= 4800=11.0592MHZ/(32*12*(256-0xFA)。</p><p>　　DS12887初始化波特率程序如下：<

108、;/p><p>　　void init_uart()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SCON=0x50;</p><p>　　PCON=0x00;</p><p>　　TMOD=0x20;</p><p><b>　　TH1=0xfA;

109、</b></p><p>　　TCON=0x40;</p><p><b>　　REN=1;</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()<

110、/p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P27=0;</b></p><p>　　init_uart();</p><p><b>　　IE=0x10;</b></p><p>　　EA=1;/* 全局中斷允許 */</p