首先分析了CDMA 授時信號用于單片機(jī)的可行性及其準(zhǔn)確性，同時給出了總體的硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。
通過制作實(shí)物，較好地達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。
1 CDMA 授時信號方法與應(yīng)用
1.1 CDMA授時信號的接收
CDMA 無線通信技術(shù)的關(guān)鍵在于精準(zhǔn)的時鐘標(biāo)準(zhǔn)，而世界上大多數(shù)精確的授時標(biāo)準(zhǔn)都使用GPS 時鐘進(jìn)行授時。CDMA 基站在獲取GPS 授時信號后將其搭載在CDMA 頻段上發(fā)射出去，這也是CDMA 手機(jī)無時間調(diào)整選項(xiàng)的原因。AnyData 公司的DTGS800 CDMA 模塊是一款用于CDMA 研發(fā)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K,可以執(zhí)行AT CDMA 指令。通過使用此模塊即可以實(shí)現(xiàn)CDMA 授時信號的接收。
1.2 CDMA 模塊與單片機(jī)的通信
DTGS 800 CDMA 模塊可使用標(biāo)準(zhǔn)的RS 232 電平信號，這樣就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與CDMA 模塊的數(shù)據(jù)通信。單片機(jī)通過發(fā)出AT + TIME? 指令詢問CDMA 模塊當(dāng)前時間，CDMA 模塊在接收到此信號并且有網(wǎng)絡(luò)信號的情況下就可以返回給單片機(jī)以時間、日期、星期等信息，從而實(shí)現(xiàn)授時信號的獲取。
其計(jì)時精度經(jīng)過在線實(shí)驗(yàn)，與國家天文授時臺提供的北京時間一致，誤差不超過1s/ h。
1.3 授時信號的分析與應(yīng)用
CDMA 模塊傳回的時間信號為標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼，通過編程很容易實(shí)現(xiàn)信息的分析與處理。單片機(jī)將分析處理后的時間信息授給DS1302 時鐘芯片,DS1302 接收到初始的時間后開始計(jì)時同時將時間實(shí)時地通過串口傳回單片機(jī)以供外部設(shè)備使用。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)
2. 1. 1 CDMA 授時模塊設(shè)計(jì)
DTGS 800 CDMA 模塊是AnyData 公司的CDMA模塊中同類型產(chǎn)品中體積最小，速度最快，功能最齊全的模塊，可成功用于本設(shè)計(jì)中。主要特點(diǎn)有: 標(biāo)準(zhǔn)的RS 232C 接口、工作頻段800 MHz、數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)153 kbps、可通過AT 命令進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、外部重啟功能等。DTGS 800 CDMA 模塊典型應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖1 DTGS 800 典型應(yīng)用示意圖
DTGS 800 CDMA 模塊主要的接口有: 通用異步串行口UART、通用I/O 口GPIO、編解碼器接口CODEC、用戶接口User Interface、PM 接口。詳細(xì)介紹如下:
①通用異步串行口UART，串行數(shù)據(jù)的通信符合標(biāo)準(zhǔn)RS 232 接口協(xié)議。UART2 除了作為串行口外，還可以做用戶識別模塊(UIM) 卡接口;
②通用I/O 口GPIO 可配置成輸入中斷源。此外，一些GPIO 引腳也可用于輸出控制引腳;
③編解碼器接口CODEC。模擬音頻接口電路,可支持會話及音頻放大，用于耳機(jī)輸入，*和輔助音頻輸出;
④PM 接口具有外部硬件復(fù)位控制和掉電存儲功能。有2 種方式可以重啟模塊。第1 種方法是:發(fā)送AT+ RESET 命令到主處理器; 第2 種方法是:憑借外部硬件復(fù)位。DTGS 800 CDMA 模塊還具有掉電存儲功能。在掉電之前，會發(fā)送掉電信息AT+POWEROFF 命令到CDMA 基站，以使其存儲能力最長可保持12 s;
⑤用戶接口User Interface 包括5* 6 的鍵盤接口和8 / 16 位并行LCD 顯示接口。
2. 1. 2 DS1302 計(jì)時模塊設(shè)計(jì)
DS1302 時鐘芯片是DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時時鐘芯片，附加31 字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI 三線接口與CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM 數(shù)據(jù)。實(shí)時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31 天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。系統(tǒng)的主要計(jì)時功能由此模塊完成，當(dāng)按下人工授時按鍵或系統(tǒng)自動查詢時間后，可以將授時的精確時間信息寫入此芯片中，由此芯片繼續(xù)計(jì)時。與單片機(jī)連接電原理圖如圖2 所示。
圖2 ATmega16 與DS1302 連接電原理圖
2.2 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)以Atmega16 單片機(jī)最小系統(tǒng)作為處理核心，以DTGS 800 CDMA 模塊作為授時信號源，以DS1302 時鐘芯片作為輔助計(jì)時模塊。
系統(tǒng)開機(jī)后，單片機(jī)首先查詢CDMA 模塊的信號情況，當(dāng)確認(rèn)CDMA 信號存在后，發(fā)出查詢時間指令并確認(rèn)返回時間信息，接著將獲取得時間信息進(jìn)行分析處理并初始化DS1302 時鐘芯片，最后將時間信息通過串口發(fā)給外部設(shè)備。
采用ATmega16 作為中央處理器是因?yàn)槠渚哂? 個串口通信端口以滿足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需要。使用DS1302時鐘芯片作為為系統(tǒng)的主計(jì)時芯片，這樣就可以使DTGS 800 CDMA 模塊處于待機(jī)狀態(tài)從而達(dá)到減小系統(tǒng)的功耗的目的。鍵盤按鍵主要完成系統(tǒng)復(fù)位、人工授時、手動調(diào)整時間等功能。系統(tǒng)組成如圖3 所示。
圖3 系統(tǒng)硬件組成框圖
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)開機(jī)后，各模塊進(jìn)行初始化。ATmega16 打開串口向DTGS 800 CDMA 模塊發(fā)出查詢網(wǎng)絡(luò)信號指令“ AT+ CAD?”同時開啟鍵盤按鍵I/O 中斷，當(dāng)查詢返回值為% OK&即網(wǎng)絡(luò)可用時，再發(fā)出時間查詢指令“AT + TIME?”，否則將繼續(xù)查詢網(wǎng)絡(luò)信號情況。
DTGS 800 CDMA 模塊收到“ AT+ TIME?”查詢指令后向單片機(jī)返回時間信息，單片機(jī)對時間信息進(jìn)行分析處理并將處理后的時間信息通過SPI 通信對DS1302 時鐘芯片進(jìn)行初始化時間設(shè)置，此時系統(tǒng)就以DS1302 時鐘芯片作為系統(tǒng)的主計(jì)時器并由單片機(jī)讀取其時間信息，再由單片機(jī)通過串口將時間信息發(fā)給外部設(shè)備。系統(tǒng)每小時進(jìn)行一次自動授時也可以通過獲取外部中斷進(jìn)行人工授時。
軟件流程如圖4所示。
圖4 軟件設(shè)計(jì)流程圖
4 結(jié)束語
針對傳統(tǒng)的授時源室內(nèi)信號差、成本高等問題,對CDMA 無線通信技術(shù)在自動授時上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，采用Atmega16 單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)了自動授時源，并成功運(yùn)用到萬年歷、電子時鐘等系統(tǒng)中，實(shí)踐證明了本設(shè)計(jì)方案合理可行，能滿足一般的計(jì)時系統(tǒng)對時間的精確性和實(shí)時性的要求。該設(shè)計(jì)具有室內(nèi)信號好、自動智能授時、低成本、低功耗等特點(diǎn)，有一定的市場競爭力。