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標題: 自制1.8寸GPS授時時鐘(程序+電路圖+制作詳情) [打印本頁]

作者: daogu 時間: 2015-3-25 13:33
標題: 自制1.8寸GPS授時時鐘(程序+電路圖+制作詳情)
利用中午午休的一些零星時間設計制作了一款1.8寸GPS授時時鐘，現將自己的制作過程和經驗教訓寫下來和大家分享和共同學習。

提到GPS，大家現在都在使用智能手機，很快就想到了GPS定位、導航等功能。沒錯，GPS系統隨著科技的進步已經走到了你的身邊，并不是想象中的那么神秘。其實GPS收到衛星型號后會接收到相當多的衛星定位信息，比如：日期、時間、坐標經緯度、海拔高度等等數據。本時鐘就是利用GPS模塊配合GPS天線收到GPS衛星信息獲取其中的時間數據來校正和顯示當前精準的時間。

優良的GPS模塊當然價格也不菲，往往售價都在幾百元，現在網上淘得幾元錢一個的二手GPS模塊也是相當的不錯了，本時鐘選用了價格便宜的Ublox LEA-4A GPS模塊，還有GPS天線。GPS模塊和天線都是51hei提供的.

本作一物多用的原則，制作前考慮到使用4個1.8寸數碼管共陽紅(外型尺寸38x56MM），使用5V電源不能夠驅動點亮數碼管，需要9V至12V的電源，但又不想使用專用的電源接口和電源，考慮到通用性，固將電源接口采用MicroUSB接口（也就是平時智能手機常用的充電和數據線接口），電源也可使用手機的充電電源，方便靈活又不需專門配備電源，由于Ublox LEA系列的GPS模塊自帶有USB接口，即可將模塊中的USB引腳接入到這個MicroUSB電源接口上，這樣就可以將本時鐘作為具有USB接口的外部GPS模塊和電腦PC想連接，使用專門的GPS驅動和軟件,就可以在PC機上使用定位導航功能了，比如谷歌地球、高明的地圖軟件。另外可以將本時鐘添加一些常用的單元部分進行功能擴展，讓其成為一個多用途的1.8寸顯示的C51單片機實驗和學習板，增加了可玩性。加入的單元部分有：1. C51-ISP編程接口（可以通過該接口方便的編程單片機程序）；2. DS18B20溫度集成（可以通過該探頭獲取環境溫度）3. 4個按鍵（可以根據需要編寫具有按鍵功能的時鐘）4. VS1838紅外接收頭（可以通過編程加入紅外遙控功能）5. 24C02存儲芯片（可以編寫一些具有存儲功能的程序）6. DS1302時鐘芯片（可以編寫時鐘程序）7. 蜂鳴器（可以編寫鬧鐘和一些聲響的程序）8. XL6009升壓模塊（可以通過電位器調節數碼管的亮度）9. GPS模塊的MicroUSB接口（可以通過手機數據線作為電源或和PC機聯機成為外部GPS模塊） 電路圖設計如下： PCB板背面圖

PCB板正面圖

原理圖和PCB板圖均使用Altium Designer 14軟件進行設計，在使用Altium Designer14設計時也是不斷學習的一個過程，元件圖庫、PCB元件封裝庫、3D元件庫、布局、排版等，有時一個元件的繪制都會花去你很多時間，很多元件都是我自己拿著元件測量尺寸和參照網上的封裝圖來手繪，還是很辛苦的。為了學習，這個PCB板特制作了3D效果圖：
PCB正面3D

PCB背面3D

PCB部分放大3D

設計好后拿去PCB打樣幾塊，板子收到后，看似做工非常漂亮。

開始焊接第一塊樣板，焊接完后檢查無誤后通電測試，接下來就遇到了幾個問題：

1. 通過ISP口寫入程序后，單片機不運行程序，再次檢查焊接沒問題后，仔細查看原理圖后發現，在設計原理圖時忙于考慮各IO口的分配問題卻忽略了29腳EA/VPP,將其懸空了，應將29腳接到5V電源上，讓單片機執行內部程序。更改后單片機正常運行了。

2. Q2工作不正常，經檢查后發現，在設計時將NPN三極管和PNP三極管都用了相同的PCB封裝庫PNP，和原理圖的NPN封裝對應腳不一樣，C、E腳剛好相反了，焊下Q2，將其反面安裝焊接，問題得到解決。

3. Q3、Q4、Q5、Q6，這4個位驅動不起作用，由于想省掉一個ULN2003的集成，借用了1.5寸的位驅動用4個3極管，沒考慮到使用的是1.8寸的數碼管將其位電壓已經提高到9V至12V，致使這4個位驅動處于放大狀態失去了開關的作用，將這4個位驅動加一級3極管，測試位驅動正常。

4. 由于錯誤的將購買的GPS天線認為是無源天線，設計的時候按無源天線的線路設計，導致GPS模塊無法收到GPS信息，經反復的實驗測試和查閱GPS模塊參數資料，得知購買的是有源GPS天線，需要給天線加載電源天線才能有放大作用，根據有源天線原理，切斷GPS模塊12、24、19引腳的接地，將18(VCC_RF)、19(V_ANT)腳連接，使其16（RF_IN）腳天線輸入端加載3.3V左右的電壓，為有源天線提供電源。

5. 經過以上4步修改后接入GPS有源天線發現單片機還是沒能正確的接收到需要的信息，將USB線連接到電腦安裝驅動和GPS模塊測試軟件u-center7.0軟件進行聯機查看，單片機程序是來自于網友編制的，波特率設置為9600（TH1 = 0xFD; //9600波特率的初值），而GPS模塊查看為4800的波特率，通訊協議上不一致，看到LEA-4A資料上說可以修改波特率，在軟件中將波特率修改為9600

這次可以正常收到GPS信息并把時間顯示出來了。但是將電源切斷后從新加電，又無法收到信息了，再用軟件查看模塊波特率又回到了4800，也就是說沒有保存起，再查看模塊相關資料得知LEA-4A模塊是ROM經濟型產品并無flash存儲器，無法保存設置，可以通過改變硬件方式改變波特率，為了減少硬件改動，固將單片機程序修改成波特率4800（TH1 = 0xFA; //4800波特率的初值）來適應模塊的默認4800波特率。這下終于成功了。

測試中發現：接收到的日期和時間信息比較快，快時約12秒，慢時半分鐘，這個天線擺放的位置和角度有一定關系。該天線下部帶有吸鐵，可以吸在金屬物體上，發現吸在具有大面積金屬板上接收到信息時間會縮短，也許是有反射面的緣故吧。

至于連接PC用軟件定位和導航這里就不作更多的解釋了。
最后完成

上電未接收到GPS衛星信號時，電壓5V，電流0.25A

接收到GPS衛星信號并校準顯示時間，電壓５V，電流0.16A

總結：通過以上5點故障分析，在設計電路時應做到思路清晰，小到每個零件的校對，查看元件滿足正常運行的條件，要做到每個元件、模塊功能參數熟悉，最好是經過實驗仿真后再制作PCB板，有串口通訊協議的應先考慮和確認協議的一致性，盡量少走彎路和犯低級性錯。

附言：整套制作成本大約六十多。

這里附上單片機源程序：

#include "reg52.h"

#define LEDPORT P0

sbit D1=P3^5;
sbit D2=P3^4;
sbit D3=P3^6;
sbit D4=P3^7;
sbit LED=P0^7;

unsigned char hour,min,sec;
bit rev_start,rev_stop;

//unsigned char code tab[]={0xA0,0xBE,0x64,0x2C,0x3A,0x29,0x21,0xBC,0x20,0x28,0xff};//數碼管
//unsigned char code tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};//數碼管
unsigned char code tab[]={0x3F,0x0C,0x5B,0x5E,0x6C,0x76,0x77,0x1C,0x7F,0x7E,0x00};//0-9,滅

unsigned char  buf[80]; //請把GPS那貨發來的數據放到我的肚子里

void TimerInit()
{
TMOD=0x21;
TH0 = 0xF1; //4ms左右
TL0 = 0x9A;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
SCON = 0x50;//使用串行工作方式1，10位異步收發8位數據，波特率可變（由T1的溢出率控制）
// TH1 = 0xFD;//9600波特率的初值
TH1 = 0xFA;//4800波特率的初值
TL1 = TH1;//9600波特率的初值
ES = 1;
TR1 = 1;
}

void Display(unsigned char hour,min) //數碼管顯示
{
static unsigned char i;
LEDPORT=0x00;
switch (i)
{
case 0: if(hour/16) LEDPORT=tab[hour/16]; else LEDPORT=tab[10];D1=1;D2=D3=D4=0;break;
case 1: LEDPORT=tab[hour%16];  D2=1;D1=D3=D4=0; break;
case 2: LEDPORT=tab[min/16];D3=1;D1=D2=D4=0;break;
case 3: LEDPORT=tab[min%16];D4=1;D2=D3=D1=0;break;
}
i++;
if(i==4)i=0;
}

void main()
{

TimerInit();
while(1)
{
if((rev_stop==1)&&(buf[5]=='C'))//如果接收到GPRMC
{
ES=0;
hour= (buf [7]-0x30)* 16+ buf[8] -0x30;
min=  (buf [9]-0x30)* 16+ buf[10]-0x30;
sec=  (buf[11]-0x30)* 16+ buf[12]-0x30;
hour=  hour / 16 * 10 + hour % 16;
LED=!LED;
hour= (hour+8) % 24;//UTC Time換算成北京時間
hour=hour/10*16+hour%10;

ES=1;
rev_stop=0;
}

}

}

void Timer0() interrupt 1
{
TH0 = 0xF1;
      TL0 = 0x9A;
Display(hour,min);//定時器兄弟簡單而單調的工作，很輕松的。每4ms刷新下數碼管，全年無休哦
}

/***************************************************************/
/*************************串口數據接收**************************/
/***************************************************************/
void Uart_Receive(void) interrupt 4
{
unsigned char ch,num;
ES = 0;

if (RI)//如果接收完成則進入
{
ch = SBUF;
if (ch == '$')  //如果收到字符'$'，便開始接收
{
rev_start = 1;
rev_stop  = 0;  //接收停止標志
}

if (rev_start == 1)    //標志位為1，開始接收
{
buf[num++] = ch;  //字符存到數組中
if (ch == '\n')    //如果接收到換行
{
buf[num] = '\n';
rev_start = 0;
rev_stop  = 1;  //接收停止標志
num = 0;
}
}
}
RI = 0; //RI清0，重新接收
ES = 1; //串口1中斷允許
}

作者: zx1351666271 時間: 2015-3-25 21:27

不錯謝謝分享,,51hei有你更精彩！！

作者: veteran121 時間: 2015-3-27 23:40
很漂亮！想仿制！不知能否給個GPS購買鏈接？謝謝。

作者: 992796977 時間: 2015-4-9 22:02
好貼謝謝分享，51hei有你更精彩！！

作者: rober 時間: 2015-4-11 08:08
這個有套件嗎　我也想折騰下

作者: 救贖 時間: 2015-4-14 11:05
樓主，想模仿一下，能帶一下嗎

作者: sppcb 時間: 2015-4-17 09:37

作者: popo119 時間: 2015-4-26 22:59
學習了，謝謝分享！！收藏。

作者: jjbboox 時間: 2015-5-18 13:19

我最近也在做，剛用洞洞板和最小系統DIY了一個。
不知道樓主幾塊錢的GPS模塊哪里買的？
另外除了GPS模塊以外，你板子上就沒有其他計時器件嗎？
有機會多交流一下。

作者: jiuxiaozi 時間: 2015-5-20 22:06
不錯，so cool！

作者: 邰夏留 時間: 2015-5-28 13:56
新手表示。。。沒搞懂

作者: dely2009 時間: 2015-6-14 10:39
頂起來,不錯

作者: fdc2011 時間: 2015-6-17 23:29
社區里哪個人會幾塊錢的GPS模塊？這不逗人玩嗎？

作者: dely2009 時間: 2015-6-24 09:45
挺好,學習下下,正學練手萬年歷,這個思路挺好

作者: YOU1988 時間: 2015-7-6 23:34
能不能做一個簡易手持GPS定位器

作者: a461624201 時間: 2015-7-19 21:50
標題: ，
本帖最后由 a461624201 于 2015-7-19 22:05 編輯

感謝樓主開源，我模仿一個，STC12LE5A60S2 4位共陽極數碼管，但是發現，有時候啟動約若干分鐘后，就會突然全部歸0，然后1秒后又自動恢復，持續3次，有時候持續7,8次，這種情況好像是偶然的，難道是GPS信號不好造成數據程序沒解調出來？請教數碼管顯示程序。

作者: 1qaz2wsx77 時間: 2015-7-21 22:46
作的不錯

作者: stewart_leung 時間: 2015-8-15 20:57
好厲害

作者: hslcac 時間: 2015-8-29 23:21
學習下，做個記號先

作者: txdrdr1988 時間: 2015-9-13 09:35
不錯，GPS接收程序比較簡單，不知穩定性如何，自己做一個，希望成功

作者: ludaijin 時間: 2015-10-7 07:53
太漂亮了

作者: neemxyang 時間: 2015-11-19 21:45
我買的卡西歐的PROTECK T6000Y
是通過國家授時中心的電波來授時的
GPS有北斗的信號，不錯

作者: neemxyang 時間: 2015-11-19 21:48
我看這個手表是有三個傳感器
壓力傳感器
磁偏角傳感器
溫度傳感器
是否就是個掩膜單片機呢？

作者: 996741552 時間: 2016-4-7 22:26
樓主大神，我等速來膜拜。

作者: farrell233 時間: 2016-4-7 22:40
不錯下次試試看

作者: 996741552 時間: 2016-4-18 21:51
問你一個技術問題，你的串口輸入是rs232嗎？我的是TTL電平，是不是就不能直接給單片機的RX和TX管腳進行數據收發了，這樣是不是要自己再接一個TTL轉232的小芯片，因為我的是TTL電平輸出的GPS模塊。樓主或者樓上的幫忙解答一下，小弟在此拜謝了！

作者: liuyuanhui0 時間: 2016-4-30 22:24
好貼謝謝分享，51hei有你更精彩！！

作者: 51hei電控2112311 時間: 2016-5-1 18:31
做的不錯，花了不少心思呀。

作者: fdc2011 時間: 2016-5-10 23:18
測溫度還是沒有加上。

作者: 愛玩單片機 時間: 2016-5-17 14:02
有套件嗎想仿個

作者: 712abc 時間: 2016-5-17 14:11
這個夠氣派，學習

作者: 單片機學習2 時間: 2016-6-13 11:00
謝樓主

作者: zhuanghong 時間: 2016-9-16 22:43
今天剛注冊，學習GPS技術

作者: WZUOZ 時間: 2016-10-8 17:29
樓主，我也想做個，能帶嗎？給個聯系方式唄

作者: 1300651388 時間: 2017-3-23 01:36
學習了，謝謝分享！！收藏。

作者: 小潘哥 時間: 2017-3-23 10:23
這個太好了，DS1302走時還是誤差很大，時鐘走時不準，要來何用呢，有GPS有精確了，給力！

作者: wbsazqnmam 時間: 2017-3-24 09:53
樓主，我也想做個，能帶嗎？給個聯系方式行嗎？

作者: lanneret 時間: 2017-3-26 08:14
如果用Wifi模塊進行網絡對時，就完美了。畢竟現在誰家里沒有Wifi信號啊。

作者: tomgay 時間: 2017-5-7 05:54

好貼謝謝分享，51hei有你更精彩！！

作者: payload 時間: 2017-5-8 22:04
好貼，需要這樣的大神引領！

作者: lbq691477940 時間: 2017-9-3 21:11
看上去貌似很多元件

作者: wyfei6611 時間: 2017-10-30 19:54
能不能做一個更小的，車載的那種？

作者: bbsbbc 時間: 2018-3-5 12:40
樓主為啥不直接驅動點陣，字更大

作者: Duo2048 時間: 2018-10-31 23:46
看一下下

作者: a9069776 時間: 2018-11-1 21:11
大神啊，真讓我崇拜！

作者: a9069776 時間: 2018-11-1 21:11
讓我崇拜的大神！

作者: 靠海 時間: 2018-11-16 11:08
樓主你好。我有一個1.8寸的數碼管時鐘。板子程序電路圖都有。就是走時要快。24小時快30秒。你的用gps很好。我想把gps模塊裝到時鐘里。能不能發個程序源來。另gps哪里有賣。謝謝。

作者: 拼搏83 時間: 2018-11-16 14:14
樓主你畫板子是用什么軟件的3D封裝不錯做的，我目前用99SE和PADS軟件畫板

作者: rayin 時間: 2020-11-15 14:02
謝謝樓主分享，，51hei有你更精彩！！

作者: zdmjjp 時間: 2024-5-3 20:29
想學習一下，請樓主多幫助，謝謝！

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