GPS時鐘系統(tǒng)（GPS同步時鐘）技術(shù)方案

在電力系統(tǒng)、CDMA2000、DVB、DMB等系統(tǒng)中,高精度的GPS時鐘系統(tǒng)（GPS同步時鐘）對維持系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)有至關(guān)重要的意義。

　　那如何利用GPS OEM來進(jìn)行二次開發(fā),產(chǎn)生高精度時鐘發(fā)生器是一個研究的熱點問題。

　　如在DVB-T單頻網(wǎng)(SFN)中,對于時間同步的要求,同步精度達(dá)到幾十個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?

　　一、引言

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

　　目前，市場上各種類型的GPS-OEM板很多，價格適中，具有實用化的條件。利用GPS-OEM板進(jìn)行二次開發(fā)，可以精確獲得GPS時間信息的GPS時鐘系統(tǒng)（GPS同步時鐘）。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時鐘系統(tǒng)（GPS同步時鐘）。

　　二、GPS授時模塊

　　GPS時鐘系統(tǒng)（GPS同步時鐘）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板提供兩個輸入輸出串行口，一個用作主通信口，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)時間、日期、所處方位等信息。另一個串行口用于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，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，該脈沖的上升沿與時間相對應(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)時間的秒脈沖同步，其誤差在正負(fù)1μs之內(nèi)。可以利用此脈沖信號的上升沿作為UTC時間的對時信號，此外我們可通過同步脈沖電路將1PPS信號擴展為1PPM（1 PULSE PER MINUTE）、1PPH（1 PULSE PER HOUR）等等根據(jù)實際情況用于對時。每種脈沖的輸出口數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行擴展。

　　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，無奇偶校驗位。GPS數(shù)據(jù)信息中包含衛(wèi)星狀態(tài)、經(jīng)度、緯度、時間、高度、速度等等各種信息，對于同步時鐘的開發(fā)來講，我們只需要讀取其時間信息即可。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”為命令頭的時間數(shù)據(jù)即可，然后可以很方便地從中分離出UTC時間的年、月、日、時、分、秒。

　　三、系統(tǒng)組成

　　GPS時鐘系統(tǒng)（GPS同步時鐘）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、顯示電路等幾個部分。

　　1.中心處理單元

　　GPS同步時鐘采用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，是與MCS-51系列兼容的單片微機。由于對微處理器內(nèi)核進(jìn)行了重新設(shè)計省去了多余的時鐘和存儲周期，若時鐘工作頻率相同，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個定時/計數(shù)器、串行口等資源外，還具有一些新*源，現(xiàn)列舉如下。

　　a.串行口1

　　DS80C320額外提供與80C32相同的一個硬件串行通信口，在GPS同步時鐘的開發(fā)中，我們由串行通信口0獲得GPS時間數(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。