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gps 时钟发生器技术如何利用 GPS OEM 来进行二次开发,产生高精度时钟发生器是一个研究的热点问题。在电力系统、CDMA2000、DVB、DMB 等系统中,高精度的 GPS 时钟发生器(GPS 同步时钟)对维持系统正常运转有至关重要的意义。如在 DVB-T 单频网(SFN)中,对于时间同步的要求,同步精度达到几十个 ns,对于这样高精度高稳定性的系统,如何进行商业级设计?1 引言在电力系统的许多领域,诸如时间顺序记录、继电保护、故障测距、电能计费、实时信息采集等等都需要有一个统一的、高精度的时间基准。利用 GPS 卫星信号进行对时是常用的方法之一。目前,市场上各种类型的 GPS-OEM 板很多,价格适中,具有实用化的条件。利用 GPS-OEM 板进行二次开发,可以精确获得 GPS 时间信息的 GPS 时钟发生器(GPS 同步时钟) 。本文就是以加拿大马可尼公司生产的 SUPERSTAR GPS OEM 板为例介绍如何开发应用于电力系统的的 GPS 时钟发生器(GPS 同步时钟) 。2 GPS 授时模块GPS 时钟发生器(GPS 同步时钟)采用 SUPERSTAR GPS OEM 板作为GPS 接受模块,SUPERSTAR GPS OEM 板为并行 12 跟踪通道,全视野GPS 接受模块。OEM 板具有可充电锂电池。L1 频率为 1575.42MHz,提供伪距及载波相位观测值的输出和 1PPS(1 PULSE PER SECOND)脉冲输出。OEM 板提供两个输入输出串行口,一个用作主通信口,可通过此串行口对 OEM 板进行设置,也可从此串口读取国际标准时间、日期、所处方位等信息。另一个串行口用于 RTCM 格式的差分数据的输出,当无差分信号或仅用于 GPS 授时,此串行口可不用。1PPS 脉冲是标准的 TTL 逻辑输出形式,当导航输出有效时,该脉冲的上升沿与时间相对应。1PPS 脉冲是每秒中输出的正脉冲信号,其幅值为 5V,1PPS 脉冲的上升沿与 UCT 标准时间的秒脉冲同步,其误差在正负 1μs 之内。可以利用此脉冲信号的上升沿作为 UTC 时间的对时信号,此外我们可通过同步脉冲电路将 1PPS 信号扩展为1PPM(1 PULSE PER MINUTE) 、1PPH(1 PULSE PER HOUR)等等根据实际情况用于对时。每种脉冲的输出口数可以根据应用要求进行扩展。SUPERSTAR GPS OEM 板的主串口的通讯数据格式可采用 CMC BINARY二进制或者 CMC 支持的 NMEA 的 ASCII 码,波特率可以在 300bps 到38400bps 之间根据应用要求进行调整,具有 8 位数据位、1 位起始位,1 位停止位,无奇偶校验位。GPS 数据信息中包含卫星状态、经度、纬度、时间、高度、速度等等各种信息,对于同步时钟的开发来讲,我们只需要读取其时间信息即可。因而,可以通过主串口对OEM 板进行设置,使其以一定的波特率和某种通讯数据格式仅仅发送时间信息。例如我们若采取 NMEA 的 ASCII 码,则只需读取以“$GPZDA”为命令头的时间数据即可,然后可以很方便地从中分离出 UTC 时间的年、月、日、时、分、秒。3 系统组成GPS 时钟发生器(GPS 同步时钟)包括 GPS 接受模块、中心处理单元、RS-232/485 接口、CAN 总线接口、同步脉冲发生电路、显示电路等几个部分。3.1 中心处理单元GPS 同步时钟采用 DS80C320 作为系统的 CPU。DS80C320 是美国DALLAS 公司推出的 8 位高速单片机,是与 MCS-51 系列兼容的单片微机。由于对微处理器内核进行了重新设计省去了多余的时钟和存储周期,若时钟工作频率相同,执行相同的程序代码,DS80C320 的执行速度至少为 8051 的 2.5 倍。DS80C320 与 80C32 具有完全相同的封装,除拥有 80C32 所具有的I/O 口、2 个定时/计数器、串行口等资源外,还具有一些新增资源,现列举如下。a.串行口 1DS80C320 额外提供与 80C32 相同的一个硬件串行通信口,在 GPS 同步时钟的开发中,我们由串行通信口 0 获得 GPS 时间数据,而由串行通信口 1 负责与各种电网自动化装置进行通讯。b.双数据指针DS80C320 提供两个数据指针,当 GPS 时钟接收到 GPS OEM 板信息后,利用这两个数据指针,可以将数据送到不同的存储区域。c.片内复位电路DS80C320 具有一套完整的上电/掉电复位逻辑。所以,使用DS80C320,无需外加外部复位电路。简化了硬件,提高了可靠性。d.看门狗定时器DS80C320 具有一个可编程的看门狗定时器,因而无须象 80C32 那样外加看门狗电路。3.2 同
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