Thunderbolt互換GPSDO兼NMEA-0183GPS受信機用モニタ
sorry. japanese only.
H8S2128を使用して，Thunderbolt互換GPSDOとNMEA-0183出力のGPSをモニタするGPSモニタ
を作成しました。
↓のような感じでLCD表示基板より一回り大きい100mmx35mm程度の基板に収まっています。
以前にも，秋月のH8S付マイコン基板(その1)でThunderbolt互換GPSDOのモニタを作りま
したが，基板のサイズが大きく，ハンドリングしづらい，ということもあり，今回はサ
イズにこだわりコンパクトな基板にまとめてみました。
機能も少々追加して，昔AVRで作成したNMEAメッセージ表示の機能も持たせて，NMEA-0183
とThunderbolt互換GPSDOの両用GPSモニタと呼べるようなモノになっています。
実際に動作している様子を動画にしました( http://www.youtube.com/watch?v=BQOdxvxgXfQ )
基板のサイズもLCD表示器より一回り程度大きいだけで，GPSからのメッセージを編集し
て見やすくして表示しますので，簡単なGPS時計や位置表示の表示器としても使えます。
時刻表示に関して言えば，Thunderbolt互換GPSDOは，ほぼPPSに合わせて時刻パケット
が出力されてくるのでよいのですが，NMEA-0183GPS受信機は機種によってメッセージ送
信のタイミングがマチマチという点があります。
Thunderbolt互換GPSDOの出力するTSIPメッセージでは，以下の2種のメッセージを表示
の対象としています。
8F-ABパケットで日付や時刻を表示
8F-ACパケットでGPSDOの状態やワーニングフラグをはじめ
緯度，経度，高度，PPS状態，10MHzOSC状態，内部温度，OVCXO制御電圧を表示します。
NMEA-0183メッセージでは，以下の4種類のセンテンスを対象に表示を行います。
ZDAセンテンスで日付や時刻を表示
GGAセンテンスで緯度，経度，高度やGPSモード，使用中GP衛星数
RMCセンテンスで日付や時刻，緯度，経度，GPSモード，受信状態
GSVセンテンスでは受信衛星ごとのSNRをグラフ表示します
通信条件は，4800,9600,19200,38400bpsで8n1の調歩同期式シリアル通信です。基板には
Dsub9Pのオスコネクタで，RS-232C接続となります。既にGPSなどをPCにシリアル接続出来
るようであれば，そのままPCの代わりに接続できると思います。
モニタ用としては搭載したLEDにより，以下の異常状態が一目で判別つきます。
赤緑LEDの両点灯 → GPSとの通信が出来ない場合。
赤緑LEDの両消灯 → NMEAメッセージのモニタ中。
赤消灯，緑点灯 → Thunderbolt互換GPSDOの正常稼動中(OSC出力はGPSに同期)。
赤点灯，緑点滅 → Thunderbolt互換GPSDOの始動中/エラーから復帰中。
赤点灯，緑消灯 → Thunderbolt互換GPSDOのエラー状態。
状態を表示するCLCDは，HD44780互換のコントローラのもので，16桁x2行構成以上のモノ
であれば，大体使用できると思います。
あの電源ピンの極性が反対という極悪仕様にも，ジャンパで切り替え対応しています。
表示上は，16x2行か20x4行のものを想定しています。
イメージ的に差異を伝えるならば，20桁x4行LCD表示が全表示とすれば，その内左上16桁
x2行が16桁x2行LCDでは表示されるようなイメージです。
当然20桁x4行CLCDでは，表示情報全てが表示されますが，16桁x2行のCLCDでも，最低限
必要な情報は表示できる様になっています。(実際の表示状況は，後述します)
具体的なLCD表示器としては，秋月で取り扱っているLCDのうち手元にある以下のLCD表示
器で動作を確認しました。
(16文字x2行)SC1602BS-B，SC1602BSLB，SC1602BBWB，LM162AT1
(20文字x4行)SC2004CSLB，SC2004CSWB，SC2004CS-B
LCD表示器への接続は2x7の14ピンヘッダコネクタで，ピンアサインは以下の通りです。
1:VccまたはGND(ジャンパ設定で切り替えができます)
2:GNDまたはVcc(ジャンパ設定で切り替えができます)
3:コントラスト調整
4:R/S
5:R/W(L固定で使用します)
6:E
7-10:未使用(N.C.)
11:DB4
12:DB5
13:DB6
14:DB7
電源は，5V100mA程度の直流安定化電源が必要です(実測で60mA程度)。実際には，余裕を
みてその倍あればいいでしょう。
GPSモジュールの電源に余裕があれば，それをそのまま使う使い方を想定していますので，
DCジャックではなく，ネジ式の圧接ターミナルでの接続になっています。
GPSモニタの回路図は，下図のようになっています。
操作パネルイメージ ●赤LED |__________________________ | ○緑LED || LCD表示器 || ◎Bボタン|| || ◎Aボタン|~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ |
実物(基板には，16x2LCD表示器がちょうどマウントできる様にネジ穴が開いています)
初期表示(起動時に1秒程度表示)
初期の通信速度を表示する。
ボタンを押さない状態で起動すると4800bps.
Aボタンだけを押した状態で起動すると38400bps.
Bボタンだけを押した状態で起動すると19200bps.
A+Bの両ボタンを押した状態で起動すると9600bps.
[16x2行LCD]
NMEA/TSIPmonitor
SCI0=nnnnnnbps
[20x4行LCD]
NMEA/TSIPmonitor.
SCI0=nnnnnnbps 8N1
Ver1.xx by H.I.
H8S_kernelYYMMDDnn
NMEA，TSIPのいずれのメッセージも受信が出来ない場合の表示
シリアル通信の断などでNMEA，TSIPのいずれのメッセージも2秒以上受信が
途絶えると，内部時刻を表示するモードになります。
表示される時間や日付は内部の時計の値で，リセット直後は2012/01/01
00:00:00 UTCから計時します。
[16x2行LCD]
hh:mm:ss MM.DD U <- 日付の区切り記号が'.'ピリオドになる
20YY/MM/DD (wek)
[20x4行LCD]
hh:mm:ss mm.dd UTC
20YY/MM/DD (wek)
nnnnnnbps. 8N1
NMEA/TSIPmonitor.
Bボタンを押すと，CLCDを初期化してJST<->UTC表示を切り替えて
再表示する。(以下モードによらず同じ機能)
Aボタンを押すと通信速度を4800->9600->19200->38400->4800bps
に順次切り替わります。
NMEAメッセージを受信している場合の表示 時間や日付はNMEAメッセージのもの，内部の時計もそれに合わせて セットされます。 [16x2行LCD] hh:mm:ss MM/DD U <- 日付の区切り記号が'/'スラッシュになる SNR=xxxxxxxxxxxx 各衛星の受信シグナルの強度をグラフ表示(GSV)
[20x4行LCD]
hh:mm:ss MM/DD UTC ?
SNR=xxxxxxxxxxxxxxxx
XXX XXXX:nn,XX-XXXX
YYYY/MM/DD (wek)
Aボタンを押すと2行目を次のように順次切り替えて表示する。
[16x2行LCD]
LAT X xx@xx.xxxx 緯度を度分単位で表示する(GGAまたはRMC)
[20x4行LCD]
LAT X xx@xx.xxxx'XXX
↓
[16x2行LCD]
LON Xxxx@xx.xxxx 経度を度分単位で表示する(GGAまたはRMC)
[20x4行LCD]
LON Xxxx@xx.xxxx'XXX
↓
[16x2行LCD]
ALT xxxxx.xx m 高度を表示する(GGA)
[20x4行LCD]
ALT xxxxx.xx m
TSIPパケットメッセージを受信している場合の表示 時間や日付はTSIPパケットのもの，内部の時計もそれに合わせて セットされます。(時刻はパケット8F-ABのもの) [16x2行LCD] hh:mm:ss MM-DD U <- 日付の区切り記号が'-'ハイフンになる XXXXXXX,XXXXXXXX GPSDOの稼動状態を表示する
[20x4行LCD]
hh:mm:ss MM-DD UTC
XXXXXXX,XXXXXXX.
YYYY offset=nnnnn(s)
GPSDOの稼動状態は，前半がdiscipliningMode,後半がDisciplining
Activityの情報で，以下の略号で表示されます。
DiscipliningModeの略号対応:
0: "Normal " Normal
1: "PowerUp" Power-Up
2: "AHoldOV" Auto Holdover
3: "MHoldOV" Manual Holdover
4: "Recover" Recovery
5: "NotUsed" Not Used
6: "Disable" Disciplining disabled
DiscipliningActivityの略号対応:
0: "Ph Lock" Phase locking
1: "OSCwarm" Oscillator warming up
2: "FrqLock" Frequency locking
3: "PlacPPS" Placing PPS
4: "IniLoop" Initializing loop filter
5: "CompOSC" Compensating OCXO
6: "Inactiv" Inactive
7: "NotUsed" Not Used
8: "Recover" Recovery
ワーニングフラグが立つと，以下の対応するメッセージが4秒おきに交代で
表示されます。通常の情報表示はワーニングのある間は表示を抑止されます。
機器の異常などではなく，閏秒待ちでも同様のワーニング表示(minorWarning
Bit7がセットされるため)となります。
もしこのような時に，ワーニング中でも通常の常時をしたい場合は，Aボタン
を10秒以上押し続けると，ワーニングメッセージ抑止が出来ます。
元に戻す場合には，トグル動作なので，同じように10秒以上押し続ければ，
ワーニング表示に戻ります。面倒ならリセットしてもいいです。
Critical Warining
bit0: "ROM CheckSUM Err"
bit1: "RAM Check Failed"
bit2: "PowerSupply Fail"
bit3: "FPGA CheckFailed"
bit4: "OSC Voltage@Rail"
bit5: "CRITICAL bit5 ON"
bit6: "CRITICAL bit6 ON"
bit7: "CRITICAL bit7 ON"
bit8: "CRITICAL bit8 ON"
bit9: "CRITICAL bit9 ON"
bit10: "CRITICAL bit10ON"
bit11: "CRITICAL bit11ON"
bit12: "CRITICAL bit12ON"
bit13: "CRITICAL bit13ON"
bit14: "CRITICAL bit14ON"
bit15: "CRITICAL bit15ON"
Minor Warining
bit0: "Voltage NearRail"
bit1: "Antenna Open "
bit2: "Antenna Shorted "
bit3: "NotTrackingSats."
bit4: "NotDisciplin OSC"
bit5: "Survey-in Progre"
bit6: "NoStoredPosition"
bit7: "LeapSecondPendin"
bit8: "In test mode "
bit9: "PositionQuestion"
bit10: "EEPROM Invalid "
bit11: "Almanac Invalid "
bit12: " MINOR bit12 ON"
bit13: " MINOR bit13 ON"
bit14: " MINOR bit14 ON"
bit15: " MINOR bit15 ON"
thunderboltGPSDOのアンテナをはずしてワーニングを立てた場合の表示を
行ってみました。ワーニングが消えても，PLLのセットアップ中などで，
Normal状態に戻るまでの間は，赤LEDが点灯し，緑LEDが点滅します。
[16x2行LCD]
[20x4行LCD]
[20x4行LCD]
hh:mm:ss MM-DD UTC
XXXXXXX,XXXXXXX.nnn%
YYYY offset=nnnnn(s)
XXXX-XXXXnnnnnnnsec. CriticalAlarms,MinorAlarms,holdoverDuration
TSIPで通常の表示の場合は以下のような動作になります。
Aボタンを押すと次のように順次切り替えて表示します。
[16x2行LCD]
hh:mm:ss MM-DD U
PPS xxxxxxxxxns
[20x4行LCD]
hh:mm:ss MM-DD UTC
PPS xxxxxxxxxns
YYYY offset=nnnnn(s)
↓
[16x2行LCD]
hh:mm:ss MM-DD U
10M xxxxxxxxxppb
[20x4行LCD]
hh:mm:ss MM-DD UTC
10M xxxxxxxxxppb
YYYY offset=nnnnn(s)
↓
[16x2行LCD]
hh:mm:ss MM-DD U
TEMP xxxxxxxxﾟC
[20x4行LCD]
hh:mm:ss MM-DD UTC
TEMP xxxxxxxxﾟC
YYYY offset=nnnnn(s)
↓
[16x2行LCD]
hh:mm:ss MM-DD U
DAC xxxxxxxxxV
[20x4行LCD]
hh:mm:ss MM-DD UTC
DAC xxxxxxxxxV
YYYY offset=nnnnn(s)
value=0xXXXXXXXX
↓
[16x2行LCD]
hh:mm:ss MM-DD U
LAT Xxxxxxxxxxﾟ 緯度を度で表示する
[20x4行LCD]
hh:mm:ss MM-DD UTC
LAT Xxxxxxxxxxﾟ deg
YYYY offset=nnnnn(s)
LON Xxxxxxxxxxﾟ deg
↓
[16x2行LCD]
hh:mm:ss MM-DD U
LON Xxxxxxxxxxﾟ 経度を度で表示する
[20x4行LCD]
hh:mm:ss MM-DD UTC
LON Xxxxxxxxxxﾟ deg
YYYY offset=nnnnn(s)
ALT Xxxxxxxxxxm
↓
[16x2行LCD]
hh:mm:ss MM-DD U
ALT Xxxxxxxxxxm 高度を表示する
[20x4行LCD]
hh:mm:ss MM-DD UTC
ALT Xxxxxxxxxxm
YYYY offset=nnnnn(s)
LAT Xxxxxxxxxxﾟ deg
なお，NMEAやTSIPメッセージ受信中のAボタンを押して表示モードを
変更した情報は保持されており，受信メッセージが切り替わった場合
にも，該当する表示モードで表示されます。
NMEAメッセージの場合，ZDA,RMCセンテンスのいずれかが受信できない
と日付は有効になりません。
日付の情報で，万が一2009/01/01以前のものを受信した場合は，
2009/01/01 00:00:00とみなして処理します。
CLCDのフレーム表示レートが1/2〜1/3秒程度なので，GPSで更新頻度が
高すぎる場合，表示が更新されないまたはカクカクしたり，チラついて
表示される場合があります。
1秒未満の高頻度更新が可能なGPSレシーバーでは，NMEAメッセージの内
GGA,RMC,ZDAの各センテンスの更新頻度を秒1回程度に設定してください。
ソースアーカイブ コンパイルには，H8Sミニカーネルの外部シンボルが，実行にはH8Sミニカーネル の環境が必要です。(所要メモリ約14KB) ソースアーカイブ(Ver1.00)はコ↓コ↑
構成部品の一覧 [半導体部品] H8S/2128 MAX232E PNPトランジスタ(2SA1313など) LED(赤) LED(緑) [受動電子部品(SMD)] 20MHzクリスタル 20kトリマ チップFB(フェライトビーズ) チップ抵抗10kΩ (15個) チップ抵抗2.4kΩ (3個) チップ抵抗1kΩ (2個) チップキャパシタ15pF (2個) チップキャパシタ2.2uF (8個) [機構部品] 2Pターミナル ジャンパピン (2個) 4P(2x2)ヘッダ 14P(7x2)ヘッダ Dsub9Pオス タクトSW (3個) [表示部品] キャラクタ表示型LCD 14P(2x7)ピンソケットなど [JJYオマケ対応用部品] チップ抵抗1kΩ (2個) 上記で個数記載のないものの数量は１です。 JJYオマケ対応用のピンヘッダや圧電サウンダ，放射体のコイルやスピーカーは別途用意 してください。
完成品は下の画像のようになります。
また完成品をヤフオクにも，ホビー、カルチャー > アマチュア無線 > その他のカテゴリ
に出品していますのでご参考までに。
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