基于GPS的授時服務器的設計

在系統(tǒng)中, 使用HTM4002A的點陣圖形液晶模塊，該模塊使用S6A0069控制驅(qū)動器，內(nèi)置國標一、二級字庫，該液晶模塊不僅顯示字符、漢字，而且也可以顯示連續(xù)、完整的圖形。 該模塊使用單電源5V供電，無需負壓。

3.5 邏輯電路及輸出

邏輯電路主要由CPLD來實現(xiàn)，采用了Altera的 MAX 7000S系列的EPM-7128，基于電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）的MAX7000產(chǎn)品采用先進的CMOS工藝制造，提供從32到512個宏單元的密度范圍，速度達3.5 ns的管腳到管腳延遲。支持在系統(tǒng)可編程能力（ISP），可以在現(xiàn)場輕松進行重配置。

EPM-7128產(chǎn)生本地秒脈沖，它在有GPS秒脈沖時不起作用，在失去GPS信號時代替GPS給單片機提供秒脈沖輸出。如圖2所示，信號1即為本地秒脈沖，它是依據(jù)前1S的1PPS信號上升沿為起始時刻，定時1S得到的，同時為了在一定誤差情況下使自產(chǎn)生的脈沖不至于覆蓋正常工作時的GPS秒脈沖，所以加了一段延時△t，而在檢測到失去GPS信號時，就要去掉△t，以代替GPS秒脈沖。信號2為EPM-7128輸出的一個窄脈沖信號，用來屏蔽脈沖干擾，它分布在GPS秒脈沖上升沿兩側(cè)，與GPS秒脈沖進行與操作。在窄脈沖之外的脈沖干擾就會被屏蔽。這樣就實現(xiàn)了防止GPS信號失效和抗干擾脈沖功能。

輸出模塊包括MAX232、DS90C031、74HC245等多種芯片，它們將EPM-7128的輸出轉(zhuǎn)換為232、差分及TTL等多種電氣特性的秒脈沖信號的輸出，為各種應用提供便捷的解決方案。

4 軟件設計

本系統(tǒng)采用C51編程[2]實現(xiàn)，主程序流程見圖3.首先初始化，OEM板輸出的數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)流的形式輸出，采集的起始時刻未必是一幀數(shù)據(jù)的開始時刻，所以在數(shù)據(jù)采集時，必須先判斷字頭塊，在接收到字頭塊后，開始采集數(shù)據(jù)。設定單片機的波特率為4800bit/s，使其與GPS OEM 板的傳輸波特率一致。給OEM 板發(fā)送一條指令，使其發(fā)送的0183 數(shù)據(jù)格式為“＄GPGGA”，該指令預先存在數(shù)據(jù)存儲器里，用循環(huán)方式順次從程序存儲器里取出數(shù)據(jù)就可循環(huán)發(fā)送，然后OEM 板將輸出相應格式的數(shù)據(jù)。單片機對接收的信息進行判斷，由于接收到的時間是協(xié)調(diào)世界時（UTC），因此在此時間上加上8小時才是準確的北京時間，并對時間信息做相應的處理，然后進行顯示。

5 結(jié)論

本文采用的GPS OEM 板的串口輸出的協(xié)調(diào)世界時進行授時，其操作簡便，實用性強，并且提供了豐富的秒脈沖接口，能滿足大多數(shù)用戶的要求。在GPS信號正常時具有較高的精度，授時系統(tǒng)經(jīng)實驗室測試，誤差小于100ns，結(jié)果較為滿意。在GPS信號失效時也能保證相當?shù)木_性，但其精度和穩(wěn)定度與恒溫晶振的頻率精度和穩(wěn)定度有直接的關(guān)系，如果CPLD采用精度更高的時鐘信號，結(jié)果將會更為理想。