GPS時鐘發生器（GPS同步時鐘）的相關討論

在電力系統、CDMA2000、DVB、DMB等系統中,高精度的GPS時鐘發生器（GPS同步時鐘）對維持系統正常運轉有至關重要的意義。

那如何利用GPS OEM來進行二次開發,產生高精度時鐘發生器是一個研究的熱點問題。

如在DVB-T單頻網(SFN)中,對于時間同步的要求,同步精度達到幾十個ns,對于這樣高精度高穩定性的系統,如何進行商業級設計?

1引言?

在電力系統的許多領域，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一的、高精度的時間基準。利用GPS衛星信號進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板進行二次開發，可以精確獲得GPS時間信息的GPS時鐘發生器（GPS同步時鐘）。本文就是以加拿大馬可尼公司生產的SUPERSTAR GPS OEM板為例介紹如何開發應用于電力系統的的GPS時鐘發生器（GPS同步時鐘）。?

2GPS授時模塊?

GPS時鐘發生器（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板進行設置，也可從此串口讀取國際標準時間、日期、所處方位等信息。另一個串行口用于RTCM格式的差分數據的輸出，當無差分信號或僅用于GPS授時，此串行口可不用。1PPS脈沖是標準的TTL邏輯輸出形式，當導航輸出有效時，該脈沖的上升沿與時間相對應。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標準時間的秒脈沖同步，其誤差在正負1μs之內。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）等等根據實際情況用于對時。每種脈沖的輸出口數可以根據應用要求進行擴展。

SUPERSTAR GPS OEM板的主串口的通訊數據格式可采用CMC BINARY二進制或者CMC支持的NMEA的ASCII碼，波特率可以在300bps到38400bps之間根據應用要求進行調整，具有8位數據位、1位起始位，1位停止位，無奇偶校驗位。GPS數據信息中包含衛星狀態、經度、緯度、時間、高度、速度等等各種信息，對于同步時鐘的開發來講，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板進行設置，使其以一定的波特率和某種通訊數據格式僅僅發送時間信息。例如我們若采取NMEA的ASCII碼，則只需讀取以“$GPZDA”為命令頭的時間數據即可，然后可以很方便地從中分離出UTC時間的年、月、日、時、分、秒。

3系統組成

GPS時鐘發生器（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、同步脈沖發生電路、顯示電路等幾個部分。

3.1中心處理單元

GPS同步時鐘采用DS80C320作為系統的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。由于對微處理器內核進行了重新設計省去了多余的時鐘和存儲周期，若時鐘工作頻率相同，執行相同的程序代碼，DS80C320的執行速度至少為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/計數器、串行口等資源外，還具有一些新增資源，現列舉如下。

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同步時鐘的開發中，我們由串行通信口0獲得GPS時間數據，而由串行通信口1負責與各種電網自動化裝置進行通訊。

b.雙數據指針?

DS80C320提供兩個數據指針，當GPS時鐘接收到GPS OEM板信息后，利用這兩個數據指針，可以將數據送到不同的存儲區域。

c.片內復位電路

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

d.看門狗定時器

DS80C320具有一個可編程的看門狗定時器,因而無須象80C32那樣外加看門狗電路。
3.2同步脈沖發生電路?

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(為禁止發送1PPS脈沖,這兩個控制端在平時均置為低)。以產生1PPM脈沖為例：當由串行口0讀入UTC時間信息，并判斷其為某一分鐘的59秒時刻之后，CPU將P3.2置高,從而在整分時刻發送一個脈沖。當再一次讀入時間信息，并判斷其為整分時刻時，重又將P3.2置低,以禁止發出脈沖。依次循環