基于GPS的授時服務器的設計

在系統中, 使用HTM4002A的點陣圖形液晶模塊，該模塊使用S6A0069控制驅動器，內置國標一、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、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，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。支持在系統可編程能力（ISP），可以在現場輕松進行重配置。

EPM-7128產生本地秒脈沖，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，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

本系統采用C51編程[2]實現，主程序流程見圖3.首先初始化，OEM板輸出的數據是以數據流的形式輸出，采集的起始時刻未必是一幀數據的開始時刻，所以在數據采集時，必須先判斷字頭塊，在接收到字頭塊后，開始采集數據。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 板發送一條指令，使其發送的0183 數據格式為“＄GPGGA”，該指令預先存在數據存儲器里，用循環方式順次從程序存儲器里取出數據就可循環發送，然后OEM 板將輸出相應格式的數據。單片機對接收的信息進行判斷，由于接收到的時間是協調世界時（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 結論

本文采用的GPS OEM 板的串口輸出的協調世界時進行授時，其操作簡便，實用性強，并且提供了豐富的秒脈沖接口，能滿足大多數用戶的要求。在GPS信號正常時具有較高的精度，授時系統經實驗室測試，誤差小于100ns，結果較為滿意。在GPS信號失效時也能保證相當的精確性，但其精度和穩定度與恒溫晶振的頻率精度和穩定度有直接的關系，如果CPLD采用精度更高的時鐘信號，結果將會更為理想。