2.2 GPS授時(shí)原理

目前的定時(shí)型GPS接收機(jī)，在其內(nèi)部時(shí)鐘與GPS時(shí)間同步后，將給出與UCT時(shí)間同步的1 pps(秒脈沖)信號(hào)及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間代碼，如圖2所示。

2.3 同步采樣控制單元硬件

在設(shè)計(jì)該模塊時(shí)，選擇Garmin 公司研制開(kāi)發(fā)的GPS15L OEM板和單片機(jī)AT89C51分別作為GPS接收機(jī)和控制器。該模塊體現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)要用到的GPS授時(shí)技術(shù)，工作原理如下：系統(tǒng)上電復(fù)位后，單片機(jī)通過(guò)串口TXD實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS15L板初始化，設(shè)置GPS接收機(jī)傳送的數(shù)據(jù)格式。初始化完畢后，GPS15L板會(huì)給出相應(yīng)信息，單片機(jī)識(shí)別到這些信息后，開(kāi)始接收GPS15L板傳送來(lái)的時(shí)間數(shù)據(jù)，并對(duì)它進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換成北京時(shí)間輸出。如圖3所示，單片機(jī)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(shí)給GPS15L板發(fā)出初始化命令，又要在初始化完畢后傳送北京時(shí)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(lái)控制通信的先后順序。GPS15L板初始化后，還會(huì)輸出秒脈沖信號(hào)。1pps信號(hào)有一路作為單片機(jī)的外部中斷源，以實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息的同步處理，另外也用來(lái)監(jiān)測(cè)信號(hào)是否正常。還有一路信號(hào)可由單片機(jī)P1.1口進(jìn)行控制，根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果決定是否需要將其傳送給下一級(jí)控制器。

另外，本電路選用的高穩(wěn)晶振是OCXO型號(hào)的穩(wěn)補(bǔ)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(hào)經(jīng)過(guò)整形、電平轉(zhuǎn)換變?yōu)檫m合TTL電路的電平，經(jīng)計(jì)數(shù)器分頻后得到滿足采樣率要求的時(shí)鐘信號(hào)(采樣率可調(diào))。該時(shí)鐘信號(hào)每隔1 s被1 pps信號(hào)的上升沿同步1次，使之運(yùn)行在GPS時(shí)間基準(zhǔn)上。由于1 MHz晶振的穩(wěn)定度很高，1 s內(nèi)漂移不超過(guò)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(guó)德州儀器(Texas Instruments)公司研制的數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812。它是一個(gè)32位定點(diǎn)運(yùn)算、集成度高、性價(jià)比高的DSP芯片。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(jìn)一步提高系統(tǒng)的A／D轉(zhuǎn)換精度，增加了片外外設(shè)ADS8361。ADS8361是2+2通道，16位的A／D轉(zhuǎn)換器；它同ADS7861(12位)完全兼容，可以與F2812數(shù)字信號(hào)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(dú)立的轉(zhuǎn)換器上的，可以完成雙信號(hào)的同時(shí)采集，最高轉(zhuǎn)換速率可以達(dá)到500 kHz。它工作在50 kHz頻率時(shí)具有極強(qiáng)的抗干擾能力，特別適合數(shù)據(jù)采集的高采樣率要求的場(chǎng)合。此外，ADS8361還提供高速雙串行接口，可以有效地減少軟件開(kāi)銷，并且功耗非常低，只有150 mW。