艦長日誌・私的記録 DS9

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// GPS Clock Original part2 Dec.7,2009
//　　　　clock:20MHz(Exnternal)

#include ＜avr/io.h>
#include ＜avr/interrupt.h>
#include ＜util/delay.h>

volatile char Rx_Buf[96];　　　　// ring buffer
volatile unsigned char Rx_write_pointer;　　　　// write pointer
unsigned char Rx_read_pointer;　　　　// read pointer
unsigned char hh; // present hour
unsigned char dd; // present day

void LCD_Init(void);
void LCD_E_clk(void);
void LCD_busy_check(void);
void LCD_Control(unsigned char);
void LCD_WriteData(unsigned char);
void LCD_Position(unsigned char, unsigned char);

void Usart_Init(unsigned int);
int Rx_check(void);
void Rx_wait(void);
int Get_RxData(void);

void decode_gga(void);
void decode_rmc(void);

int main(void)
{
　　　　char sentens[2];

　　　　DDRB = 0x0f;
　　　　DDRD = 0x78;
　　　　PORTD |= _BV(PD6);

　　　　LCD_Init();

　　　　LCD_WriteData('1');
　　　　LCD_WriteData('.');
　　　　LCD_WriteData('1');
　　　　LCD_WriteData('0');　　　　// version 1.10

　　　　_delay_ms(2000);

　　　　LCD_Control(0x01);
　　　　LCD_Position(10, 0);
　　　　LCD_WriteData('S');
　　　　LCD_WriteData('A');
　　　　LCD_WriteData('T');
　　　　LCD_WriteData(':');

　　　　LCD_Position(11, 1);
　　　　LCD_WriteData('S');
　　　　LCD_WriteData('t');
　　　　LCD_WriteData(':');

　　　　Usart_Init(38400);

　　　　sei();　　　　//

　　　　while(1){

　　　　　　　　while (Get_RxData() != '$');
　　　　
　　　　　　　　Get_RxData();　　　　// G
　　　　　　　　Get_RxData();　　　　// P

　　　　　　　　sentens[0] = Get_RxData();
　　　　　　　　sentens[1] = Get_RxData();
　　　　　　　　sentens[2] = Get_RxData();

　　　　　　　　Get_RxData();　　　　// ,

　　　　　　　　if (sentens[0] == 'G'){
　　　　　　　　　　　　if (sentens[1] == 'G'){
　　　　　　　　　　　　　　　　if (sentens[2] == 'A'){
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　decode_gga();
　　　　　　　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　}
　　　　　　　　
　　　　　　　　if (sentens[0] == 'R'){
　　　　　　　　　　　　if (sentens[1] == 'M'){
　　　　　　　　　　　　　　　　if (sentens[2] == 'C'){
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　decode_rmc();
　　　　　　　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　}
}

// GPGGA sentens decode & print
void decode_gga(void)
{
　　　　unsigned char i;

　　　　PORTD &= ~(_BV(PD6));

　　　　hh = ((Get_RxData() - '0') * 10);
　　　　hh += (Get_RxData() - '0');
　　　　hh += 9;　　　　// Offset for JST(+09:00)

　　　　if (hh >= 24){
　　　　　　　　hh -= 24;
　　　　}

　　　　LCD_Position(0, 0);
　　　　
　　　　LCD_WriteData(hh / 10 + '0');
　　　　LCD_WriteData(hh % 10 + '0');　　　　// hour

　　　　LCD_WriteData(':');

　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());
　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());　　　　// min
　　　　LCD_WriteData(':');

　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());
　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());　　　　// sec

　　　　for(i = 0;i < 6;i++){
　　　　　　　　while(Get_RxData() != ',');
　　　　}

　　　　LCD_Position(14, 0);

　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());
　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());　　　　// number of catched satellites

　　　　PORTD |= _BV(PD6);
}

//　　　　GPRMC sentens decode & print
void decode_rmc(void)
{
　　　　unsigned char i;

　　　　PORTD &= ~(_BV(PD6));

　　　　while(Get_RxData() != ',');

　　　　LCD_Position(14, 1);
　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());　　　　// Status:V=warning , A=Valid

　　　　for (i = 0 ; i < 7 ; i++){
　　　　　　　　while(Get_RxData() != ',');
　　　　}

　　　　LCD_Position(7, 1);

　　　　LCD_WriteData('/');
　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());
　　　　LCD_WriteData(Get_RxData() + (hh < 9));　　　　// day with offset for JST

　　　　LCD_Position(4, 1);

　　　　LCD_WriteData('/');
　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());
　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());　　　　// month

　　　　LCD_Position(0, 1);

　　　　LCD_WriteData('2');
　　　　LCD_WriteData('0');
　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());
　　　　LCD_WriteData(Get_RxData());　　　　// year　　　　

　　　　PORTD |= _BV(PD6);
}

//
// USART library
//

// USART init
void Usart_Init(unsigned int baud)
{
　　　　unsigned int ubrr = (((F_CPU >> 4) + (baud >> 1)) / baud - 1);

　　　　UBRRH = (unsigned char)(ubrr >> 8); // Baudrate High8bit
　　　　UBRRL = (unsigned char)ubrr;　　　　// Baudrate Low8bit
　　　　UCSRB = _BV(RXCIE) | _BV(RXEN);　　　　// Receive Interupt Enable
}

// Check for receiving
int Rx_check(void)
{
　　　　return (Rx_write_pointer != Rx_read_pointer) ? 1 : 0;
}

// Wait for receiving
void Rx_wait(void)
{
　　　　while(!Rx_check());
}

// Get received data
int Get_RxData(void)
{
　　　　Rx_wait();

　　　　if ( Rx_read_pointer++ == 95){
　　　　　　　　Rx_read_pointer = 0;
　　　　}
　　　　return Rx_Buf[Rx_read_pointer];
}

// Interupt
ISR(USART_RX_vect)
{
　　　　if ( Rx_write_pointer++ == 95){
　　　　　　　　Rx_write_pointer = 0;
　　　　}
　　　　Rx_Buf[Rx_write_pointer] = UDR;
}

//
// LCD Library Nov.30,2009
//

// Pin assign
#define LCD_D7 _BV(PB3)
#define LCD_D6 _BV(PB2)
#define LCD_D5 _BV(PB1)
#define LCD_D4 _BV(PB0)
#define LCD_RS _BV(PD5)
#define LCD_RW _BV(PD4)
#define LCD_E _BV(PD3)

void LCD_Init(void)
{
　　　　_delay_ms(30);

　　　　PORTB = 0x03;
　　　　LCD_E_clk();
　　　　_delay_ms(10);

　　　　PORTB = 0x03;
　　　　LCD_E_clk();
　　　　_delay_us(200);

　　　　PORTB = 0x03;
　　　　LCD_E_clk();

　　　　PORTB = 0x02;
　　　　LCD_E_clk();

　　　　LCD_Control(0x2c);　　　　// Function Set(4bit,Duty=1)
　　　　LCD_Control(0x08);　　　　// Display OFF.Cursor OFF.Blink OFF
　　　　LCD_Control(0x06);　　　　// Entry Mode(Right Shift)
　　　　LCD_Control(0x0c);　　　　// Display ON,Cursor OFF,Blink OFF
　　　　LCD_Control(0x01);　　　　// Display Clear
}

void LCD_E_clk(void)
{
　　　　PORTD |= LCD_E;
　　　　_delay_us(200);
　　　　PORTD &= ~LCD_E;
　　　　_delay_us(200);
}

void LCD_busy_check(void)
{
　　　　unsigned char i;

　　　　DDRB = 0;
　　　　PORTD |= LCD_RW;
　　　　while(1){
　　　　　　　　PORTD |= LCD_E;
　　　　　　　　_delay_ms(1);
　　　　　　　　i = PINB << 4;
　　　　　　　　PORTD &= ~LCD_E;
　　　　　　　　_delay_ms(1);
　　　　　　　　PORTD |= LCD_E;
　　　　　　　　_delay_ms(1);
　　　　　　　　i |= PINB & 0x0f;
　　　　　　　　PORTD &= ~LCD_E;
　　　　　　　　_delay_ms(1);
　　　　　　　　if((i & 0x80) == 0)　　　　break;
　　　　}
　　　　PORTD &= ~LCD_RW;
　　　　DDRB = 0x0f;
}

void LCD_Control(unsigned char data)
{
　　　　LCD_busy_check();
　　　　PORTB = data >> 4;
　　　　LCD_E_clk();
　　　　PORTB = data & 0x0f;
　　　　LCD_E_clk();
}

void LCD_WriteData(unsigned char data)
{
　　　　LCD_busy_check();
　　　　PORTD |= LCD_RS;
　　　　PORTB = data >> 4;
　　　　LCD_E_clk();
　　　　PORTB = data & 0x0f;
　　　　LCD_E_clk();
　　　　PORTD &= ~LCD_RS;
}

void LCD_Position(unsigned char x, unsigned char y)
{
　　　　LCD_Control(0x80 + (y * 0x40) + x);
}

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　ちなみに，このコードをコンパイルすると2048バイトのバイナリとなり，tiny2313のフラッシュメモリを綺麗に使い切ります。というか足りなくなって，あちこち削っていったのですが・・・

　PD6にLEDが繋がっているのですが，これはGPGGAとGPRMCのセンテンスが見つかってから表示が行われるまでの間点灯することにしています。まあ，あんまり意味もないのですが，点滅していると安心します。

　表示内容はまずGPGGAに含まれている時刻で，JSTにするため9時間進めています。進めた結果24を越えたら24引いて調整します。これはオリジナルのコードそのままなのですが，この時刻情報はグローバル変数に置いて，日付の処理でも使うようにします。

　次にGPGGAの受信している衛星の数です。これはそのまま表示するだけです。

　次は日付の表示ですが，これはちょっと面倒です。GPRMCから日付情報を抽出するのですが，これはUTCにおける日付ですから，JSTに変換しないといけません。単純に日だけ1つ進めても，31日ある月と28日しかない月があるので，毎月のデータを持って条件判断しないといけません。

　さらに12月31日の場合，月も年も1つ進める必要があり，そうなると年に一度のためにプログラムは大きくなるわ，条件分岐も増えるわで，ろくな事がありません。

　そこで，覚悟を持って割り切りました。もう日付だけ進めることにしようと。そうすると，時刻を9と比較し，その結果を時刻に足し込むだけで済んでしまいます。

　だから，10月32日とか，2月30日とか，そんなウソを平気でつきます。まあいいじゃないですか，どうせ使うの私だけだし。

　最後に，そのデータが有効か無効かを表示させています。Aなら有効，Vなら無効です。でも，こんなの実際は全然必要がありません。受信した衛星の数が分かれば同じ事ですし，GPSモジュールにあるLEDが点滅すれば，それは有効な状態ですから。

　当初は，電波のC/Nを表示させようとしたのです。しかし，考えてみると衛星は複数受信されます。それぞれのC/Nがデータとして送られてきますが，すべて表示するスペースはありませんし，どれか1つを選んでも，または平均を取るなどしても，あまり意味はないでしょう。手間が多いだけで効果無しと判断し，表示をやめました。

　しかし，それだとスペースが1つあいてしまいます。そこでなんでもいいから，簡単に表示出来るものを無理矢理探したところ，ステータスを出す事になったという，こんな最低な理由です。いやー，本物の商品設計では出来ないようなだらしなさを満喫していますね。

　LCDの関数群も結構オリジナルから流用しています。特に真面目にBUSYチェックを行っているところや，4ビット単位で2度転送するところなどはそのままです。ただ，LCDのスペックからいってクロックをもう少し高速に出来ることと，初期化を少し変更しました。あと，表示位置を指定する関数を作っておきました。本当は文字列を表示する関数も用意してあり，PSoCのライブラリと互換を取ってあるのですが，わずか2kバイトのtiny2313では邪魔なだけなのでカットです。

　UARTの部分は，他の方のコードを参考にさせて頂きました。リングバッファを用意して，割り込みではひたすら1バイトの受信を行うだけです。

　受信したデータを読み出す関数では，もしリングバッファのライトポインタとリードポインタが一致していると，これはUARTからなにも受信されていないということを示していますので，UARTからデータが飛んでくるまでウェイトします。

　リングカウンタですから，もしリードが遅く，ライトが速いと，過去のデータが上書きされてしまうことがあります。しかし，このUARTはフロー制御を行っていませんので，UARTの送信側を待たせることは出来ません。だから，上書きされないようにバッファを大きく取るか，処理を高速にするかしかありません。

　1センテンスが80バイト程度ですから，64バイトだとちょっと足りません。そこは逐次処理でなんとかなるだろう，と適当に思ったのですが，さすがにそれだと19200ボーが精一杯というところで，96バイトに増やして38400ボーにしたことは前述しました。

　ところで先頭のバージョン表示，本当は「GPS CLOCK2 V.1.01」などと表示していたのですが，リングバッファを96バイトにしたことでフラッシュメモリのサイズをオーバーしてしまい，数字だけ表示するという行き当たりばったりの方法でなんとか2048バイトに収めました。

　例えば，リングバッファのサイズが64バイトなら，

(pointer++ & 0x3f）

　と書けば，pointerが64になると同時にゼロになります。でもこれは64や32といった数だから出来る技で，96にするとANDでマスクしてゼロリセットという方法は出来ません。128なら出来ますが，tiny2313だとRAMが足りません。

　で，結局96バイトし，真面目に条件分岐をしています。結果フラッシュメモリに収まらなくなってしまいました。

　さて，このプログラムで結果はどうだったか，と言うと，実はあんまり変化がなく，がっかりな感じです。全体の高速化に加え，表示も1秒間に2回更新しているので，1秒という大きなズレはないと信じていたのですが，1秒近いズレが出ます。ただし，遅れるときだけとは限りません。進むこともあります。

　GPSモジュールをPCに繋いだ時にちゃんと確認すれば良かったのですが，これはもうGPSモジュールから出てくるデータがずれているとしか思えません。そうだとすると，GPS Laboさんのコードのままでも良かったことになるわけで，私がやったことは結局なんの利益にも繋がらなかったことになります。

　ちょっとがっかり，なのですが，これ以上工夫はもう思いつきませんし，かといってこのままでは正確な時計ではない（せめて1秒なら1秒常にずれてくれればいいのですが，ずれる量がコロコロ変わるのです）わけで，その上このGPSモジュールがいかに感度の良いものであっても，私の部屋では室内での受信は難しいものである以上，実用性はほとんどない，という結論になってしまいそうです。

　GPSという高度なシステムを使っているわりに，役に立たないものになったというのはいかにも素人の電子工作という風情で笑ってしまいますが，現時点で最高精度を誇る電波時計の横に並べて，どれくらいずれているかを確認することを，この時計の楽しみにしようと思います。後ろ向きですね。

　え，素直に緯度と経度を表示したら，ですか？ACアダプタ駆動で移動できないこのGPSが表示するのは，いつも決まった緯度と経度ですよ。それでも面白いですか？