帶GPS授時的TMS320F2812數據采集系統

2.2 GPS授時原理

目前的定時型GPS接收機，在其內部時鐘與GPS時間同步后，將給出與UCT時間同步的1 pps(秒脈沖)信號及其對應的時間代碼，如圖2所示。

2.3 同步采樣控制單元硬件

在設計該模塊時，選擇Garmin 公司研制開發的GPS15L OEM板和單片機AT89C51分別作為GPS接收機和控制器。該模塊體現了整個系統要用到的GPS授時技術，工作原理如下：系統上電復位后，單片機通過串口TXD實現對GPS15L板初始化，設置GPS接收機傳送的數據格式。初始化完畢后，GPS15L板會給出相應信息，單片機識別到這些信息后，開始接收GPS15L板傳送來的時間數據，并對它進行處理，將其轉換成北京時間輸出。如圖3所示，單片機AT89C51的串行口RXD、TXD分別和 GPS15L板的TXD1、RXD1連接起通信作用。由于TXD既要在上電時給GPS15L板發出初始化命令，又要在初始化完畢后傳送北京時間，因此為了不使兩階段的工作相互影響，用P1.0口線和若干邏輯門來控制通信的先后順序。GPS15L板初始化后，還會輸出秒脈沖信號。1pps信號有一路作為單片機的外部中斷源，以實現時間信息的同步處理，另外也用來監測信號是否正常。還有一路信號可由單片機P1.1口進行控制，根據監測的結果決定是否需要將其傳送給下一級控制器。

另外，本電路選用的高穩晶振是OCXO型號的穩補晶體振蕩器，其工作頻率為1 MHz，頻差不大于10-7。它輸出的振蕩信號經過整形、電平轉換變為適合TTL電路的電平，經計數器分頻后得到滿足采樣率要求的時鐘信號(采樣率可調)。該時鐘信號每隔1 s被1 pps信號的上升沿同步1次，使之運行在GPS時間基準上。由于1 MHz晶振的穩定度很高，1 s內漂移不超過1μs，因此得到的同步采樣脈沖精度很高。

3 ADC與DSP的接口部分

DSP芯片采用美國德州儀器(Texas Instruments)公司研制的數字信號處理器TMS320F2812。它是一個32位定點運算、集成度高、性價比高的DSP芯片。

數據采集系統選用ADS8361作為片外ADC模塊，雖然TMS320F2812有16通道的12位ADC，但是為了進一步提高系統的A／D轉換精度，增加了片外外設ADS8361。ADS8361是2+2通道，16位的A／D轉換器；它同ADS7861(12位)完全兼容，可以與F2812數字信號處理器直接接口使用。它是由四通道差分輸入分成兩組分別連接到獨立的轉換器上的，可以完成雙信號的同時采集，最高轉換速率可以達到500 kHz。它工作在50 kHz頻率時具有極強的抗干擾能力，特別適合數據采集的高采樣率要求的場合。此外，ADS8361還提供高速雙串行接口，可以有效地減少軟件開銷，并且功耗非常低，只有150 mW。