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GPS時(shí)鐘發(fā)生器(GPS同步時(shí)鐘)的相關(guān)討論

作者: 時(shí)間:2012-02-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

在電力系統(tǒng)、CDMA2000、DVB、DMB等系統(tǒng)中,高精度的同步時(shí)鐘)對維持系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)有至關(guān)重要的意義。

那如何利用 OEM來進(jìn)行二次開發(fā),產(chǎn)生高精度是一個(gè)研究的熱點(diǎn)問題。

如在DVB-T單頻網(wǎng)(SFN)中,對于時(shí)間同步的要求,同步精度達(dá)到幾十個(gè)ns,對于這樣高精度高穩(wěn)定性的系統(tǒng),如何進(jìn)行商業(yè)級設(shè)計(jì)?

1引言?

在電力系統(tǒng)的許多領(lǐng)域,諸如時(shí)間順序記錄、繼電保護(hù)、故障測距、電能計(jì)費(fèi)、實(shí)時(shí)信息采集等等都需要有一個(gè)統(tǒng)一的、高精度的時(shí)間基準(zhǔn)。利用GPS衛(wèi)星信號進(jìn)行對時(shí)是常用的方法之一。

目前,市場上各種類型的GPS-OEM板很多,價(jià)格適中,具有實(shí)用化的條件。利用GPS-OEM板進(jìn)行二次開發(fā),可以精確獲得GPS時(shí)間信息的GPS(GPS同步時(shí)鐘)。本文就是以加拿大馬可尼公司生產(chǎn)的SUPERSTAR GPS OEM板為例介紹如何開發(fā)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的的GPS時(shí)鐘發(fā)生器(GPS同步時(shí)鐘)。?

2GPS授時(shí)模塊?

GPS時(shí)鐘發(fā)生器(GPS同步時(shí)鐘)采用SUPERSTAR GPS OEM板作為GPS接受模塊,SUPERSTAR GPS OEM板為并行12跟蹤通道,全視野GPS接受模塊。OEM板具有可充電鋰電池。L1頻率為1575.42MHz,提供偽距及載波相位觀測值的輸出和1PPS(1 PULSE PER SECOND)脈沖輸出。OEM板提供兩個(gè)輸入輸出串行口,一個(gè)用作主通信口,可通過此串行口對OEM板進(jìn)行設(shè)置,也可從此串口讀取國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、日期、所處方位等信息。另一個(gè)串行口用于RTCM格式的差分?jǐn)?shù)據(jù)的輸出,當(dāng)無差分信號或僅用于GPS授時(shí),此串行口可不用。1PPS脈沖是標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯輸出形式,當(dāng)導(dǎo)航輸出有效時(shí),該脈沖的上升沿與時(shí)間相對應(yīng)。1PPS脈沖是每秒中輸出的正脈沖信號,其幅值為5V,1PPS脈沖的上升沿與UCT標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的秒脈沖同步,其誤差在正負(fù)1μs之內(nèi)??梢岳么嗣}沖信號的上升沿作為UTC時(shí)間的對時(shí)信號,此外我們可通過同步脈沖電路將1PPS信號擴(kuò)展為1PPM(1 PULSE PER MINUTE)、1PPH(1 PULSE PER HOUR)等等根據(jù)實(shí)際情況用于對時(shí)。每種脈沖的輸出口數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行擴(kuò)展。

SUPERSTAR GPS OEM板的主串口的通訊數(shù)據(jù)格式可采用CMC BINARY二進(jìn)制或者CMC支持的NMEA的ASCII碼,波特率可以在300bps到38400bps之間根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行調(diào)整,具有8位數(shù)據(jù)位、1位起始位,1位停止位,無奇偶校驗(yàn)位。GPS數(shù)據(jù)信息中包含衛(wèi)星狀態(tài)、經(jīng)度、緯度、時(shí)間、高度、速度等等各種信息,對于同步時(shí)鐘的開發(fā)來講,我們只需要讀取其時(shí)間信息即可。因而,可以通過主串口對OEM板進(jìn)行設(shè)置,使其以一定的波特率和某種通訊數(shù)據(jù)格式僅僅發(fā)送時(shí)間信息。例如我們?nèi)舨扇MEA的ASCII碼,則只需讀取以“$GPZDA”為命令頭的時(shí)間數(shù)據(jù)即可,然后可以很方便地從中分離出UTC時(shí)間的年、月、日、時(shí)、分、秒。

3系統(tǒng)組成

GPS時(shí)鐘發(fā)生器(GPS同步時(shí)鐘)包括GPS接受模塊、中心處理單元、RS-232/485接口、CAN總線接口、同步脈沖發(fā)生電路、顯示電路等幾個(gè)部分。

3.1中心處理單元

GPS同步時(shí)鐘采用DS80C320作為系統(tǒng)的CPU。DS80C320是美國DALLAS公司推出的8位高速單片機(jī),是與MCS-51系列兼容的單片微機(jī)。由于對微處理器內(nèi)核進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)省去了多余的時(shí)鐘和存儲周期,若時(shí)鐘工作頻率相同,執(zhí)行相同的程序代碼,DS80C320的執(zhí)行速度至少為8051的2.5倍。

DS80C320與80C32具有完全相同的封裝,除擁有80C32所具有的I/O口、2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口等資源外,還具有一些新增資源,現(xiàn)列舉如下。

a.串行口1

DS80C320額外提供與80C32相同的一個(gè)硬件串行通信口,在GPS同步時(shí)鐘的開發(fā)中,我們由串行通信口0獲得GPS時(shí)間數(shù)據(jù),而由串行通信口1負(fù)責(zé)與各種電網(wǎng)自動化裝置進(jìn)行通訊。

b.雙數(shù)據(jù)指針?

DS80C320提供兩個(gè)數(shù)據(jù)指針,當(dāng)GPS時(shí)鐘接收到GPS OEM板信息后,利用這兩個(gè)數(shù)據(jù)指針,可以將數(shù)據(jù)送到不同的存儲區(qū)域。

c.片內(nèi)復(fù)位電路

DS80C320具有一套完整的上電/掉電復(fù)位邏輯。所以,使用DS80C320,無需外加外部復(fù)位電路。簡化了硬件,提高了可靠性。

d.看門狗定時(shí)器

DS80C320具有一個(gè)可編程的看門狗定時(shí)器,因而無須象80C32那樣外加看門狗電路。
3.2同步脈沖發(fā)生電路?

P3.2和P3.3是1PPM(1 PULSE PER MINUTE)和1PPH(1 PULSE PER HOUR)脈沖的選通信號輸出端(為禁止發(fā)送1PPS脈沖,這兩個(gè)控制端在平時(shí)均置為低)。以產(chǎn)生1PPM脈沖為例:當(dāng)由串行口0讀入U(xiǎn)TC時(shí)間信息,并判斷其為某一分鐘的59秒時(shí)刻之后,CPU將P3.2置高,從而在整分時(shí)刻發(fā)送一個(gè)脈沖。當(dāng)再一次讀入時(shí)間信息,并判斷其為整分時(shí)刻時(shí),重又將P3.2置低,以禁止發(fā)出脈沖。依次循環(huán)


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