基于FPGA的IRIG-B編碼器實(shí)現(xiàn)

B碼的每個(gè)碼元恰好與上述100 pps信號(hào)對(duì)應(yīng)。首先在FPGA中構(gòu)建一個(gè)模100的碼元計(jì)數(shù)器MMH和一個(gè)高電平脈沖寬度檢測器，通過下面的方法和步驟可以恢復(fù)pps。
(1)在PPMl2信號(hào)的上升沿復(fù)位寬度檢測器，高電平計(jì)時(shí)，在下降沿停止并輸出Tb；
(2)在PPM12下降沿檢查Tb，當(dāng)6 msTb8 ms時(shí)，令MMH=1，否則執(zhí)行下面的操作：
if MMH=99 then MMH=O
else MMH=MMH+1
(3)在PPMl2信號(hào)的上升沿檢查MMH，如果MMH=0，則當(dāng)前脈沖的上升沿是參考點(diǎn)Pr，觸發(fā)輸出8 ms高電平脈沖作為pps信號(hào)，重復(fù)步驟(1)～(3)，在PPM12信號(hào)上升沿檢查MMH；如果MMH的個(gè)位為9或者M(jìn)MH=0，則當(dāng)前脈沖標(biāo)記為索引脈沖，即輸出8 ms高電平。
3．2 絕對(duì)時(shí)間獲取
通過在FPGA上構(gòu)建一個(gè)UART與M12T互連。為了簡化FPGA對(duì)M12T的配置和輸出時(shí)間的獲取，將UART分成兩部分設(shè)計(jì)，即發(fā)送模塊txmit和接收模塊rcvr。發(fā)送模塊用一個(gè)M4K設(shè)計(jì)一個(gè)512×8 FIFO，在系統(tǒng)復(fù)位后的若干個(gè)時(shí)鐘，利用一個(gè)狀態(tài)機(jī)將M12T的配置數(shù)據(jù)寫入FIFO；然后通過txmit模塊配置M12T，配置結(jié)束后，UART模塊將M12T的時(shí)間碼轉(zhuǎn)發(fā)到外部RS 232接口，同時(shí)可以轉(zhuǎn)發(fā)外部接口的配置數(shù)據(jù)到M12T。接收模塊采用寄存器模式，只接收M12T發(fā)來的絕對(duì)時(shí)間信息，這樣后面的編碼模塊可以直接使用這些時(shí)間信息。做法如下：設(shè)計(jì)一個(gè)接收計(jì)數(shù)器rx_ count，每接收一個(gè)字節(jié)計(jì)數(shù)器自加，并根據(jù)rx_count決定是否保存時(shí)間碼。由于M12T每秒中發(fā)送一幀，故在檢測到pps時(shí)復(fù)位該計(jì)數(shù)器。

M12T在每個(gè)1 pps的上升沿過后送出當(dāng)前時(shí)間，而FPGA通過UART接收到時(shí)間時(shí)，B碼當(dāng)前幀已經(jīng)啟動(dòng)，據(jù)此形成的B碼要等下一個(gè)pps參考點(diǎn)之后才可以發(fā)送，所以對(duì)接收的時(shí)間要進(jìn)行預(yù)進(jìn)位處理。
本文在FPGA預(yù)處理部分設(shè)計(jì)了一個(gè)RTC計(jì)時(shí)鏈，在每個(gè)1 pps的上升沿．計(jì)時(shí)鏈向上進(jìn)位，編碼模塊從RTC計(jì)時(shí)鏈取絕對(duì)時(shí)間。從UART接收到新的時(shí)間后，如果該時(shí)間與計(jì)時(shí)鏈的值有差異，則將通過計(jì)時(shí)鏈的同步置數(shù)接口修正計(jì)時(shí)鏈的值。同時(shí)計(jì)時(shí)鏈負(fù)責(zé)把M12T的二進(jìn)制時(shí)間轉(zhuǎn)換成壓縮的BCD碼，還要根據(jù)當(dāng)前接收到的年月日，計(jì)算當(dāng)天是全年中的第幾天，即IRIG-B碼中的Day字段，而且在預(yù)加1 S和轉(zhuǎn)換時(shí)間格式時(shí)，要注意閏年和月大和月小對(duì)Day字段的影響。

4 IRIG-B編碼模塊實(shí)現(xiàn)
4．1 IRIG-B DC編碼模塊
分析B碼可以發(fā)現(xiàn)，秒的最低位出現(xiàn)在MMH=1處，分的最低位出現(xiàn)在MMH=10處，小時(shí)的最低位出現(xiàn)在MMH=20處，依次類推。按照?qǐng)D1，容易得出時(shí)間寄存器輸出時(shí)刻和碼元計(jì)數(shù)器MMH之間的關(guān)系。由于碼元周期固定為10 ms，可以這樣實(shí)現(xiàn)編碼，定義一個(gè)模10的計(jì)數(shù)器MML和邏輯向量CMP(9 down to0)來表征一個(gè)碼元在10 ms的狀態(tài)。MML每ms加1，同時(shí)根據(jù)MML的值，選擇CMP的一位更新輸出狀態(tài)，步驟如下：
(1)構(gòu)建模10計(jì)數(shù)器MML，以及一個(gè)1 ms定時(shí)器；
(2)在PPM12信號(hào)的上升沿復(fù)位MML和1 ms定時(shí)器；
(3)1 ms定時(shí)器溢出時(shí)，MML加1；
(4)根據(jù)MML和CMP輸出編碼信號(hào)IRIG_B_OUT，即IRIG_B_OUT=CMP(MML)；