全网同步监测装置gps接口模块的改进设计与实现

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1、全网同步监测装置GPS接口模块的改进设计与实现

2、第1即：①从串行通讯接口获得的报文中提取出有用的时间信号和锁星数目、状态等信息，将这些信号并行送入计算机总线；②利用单片机及其外部晶振将统计意义下高精度的PPS秒脉冲倍频成为同步、均匀、稳定的600Hz全网同步数据采集触发脉冲。因此，GPS接口板与计算机总线系统间数据传输的可靠性和600Hz脉冲与PPS秒脉冲间的同步性可以作为衡量GPS接口板性能的重要标准。GPS接口板除向计算机总线系统提供时间标签外，还要接收总线外来的命令和状态字节，以实现全网同步监测装置下位机部分主从CPU结构的协调运行。接口板上单片机与计算机总线系统数据交换频繁，时序复杂多

3、变。为解决计算机总线和单片机读写速度不同的矛盾，通常选用双口RAM做为数据缓冲器和数据存储器。这部分数据传输容易出现由于双端口RAM使用不当引起的对同一地址的读/写和写/写争用，造成数据误读、数据内容不确定等问题。因此，结合双口RAM硬件工作特点、实际数据流量及流向，合理设计相关的软件，可以提高GPS接口板与计算机总线系统数据交换的可靠性。600Hz脉冲与PPS秒脉冲间的同步性、自身均匀性是实现全网同步监测的关键指标。同步监测技术对GPS接收机提供秒脉冲的精确度要求通过GPS接口板转化为对600Hz脉冲精确度要求。通常在将PPS秒脉冲倍频成为600Hz同步采样脉冲的过程中，过于依赖单个PPS秒

4、脉冲的精度，若某个PPS秒脉冲误差过大，则对应该秒的600Hz同步采样脉冲将会失步调整，使得相应的采集数据不可用。实际运行数据、试验数据和文献[2,3]显示PPS秒脉冲误差过大的原因主要有以下4种：①PPS秒脉冲的高精度是统计意义下的。对一个具体的秒脉冲，实测其偏差可能高达250ns。这样的亚微秒级偏差对倍频算法和同步精度的影响可以忽略，但实际运行中不排除可能遇到更大的偏差。当偏差达到微秒级时，会有明显的影响；②GPS接收机短期卫星失锁。此时PPS秒脉冲由接收机内部电路继续维持供给，由于误差无法得到定时校正，积累误差会导致PPS秒脉冲精度不能满足要求；③卫星试验、太阳风暴等因素也有可能导致PP

5、S秒脉冲误差过大；④运行现场电磁干扰强烈。干扰可通过作用于系统电源或单片机PPS秒脉冲输入口产生伪PPS秒脉冲，作用于系统电源的电磁干扰可通过配备UPS电源来抑制，而串入PPS秒脉冲输入口的干扰很难通过简单的硬件方法根除。应当指出PPS秒脉冲误差过大属于偶然现象。通常情况下，PPS秒脉冲的精度是合乎要求的。基于PPS秒脉冲统计意义下稳定性好的特点，借助单片机外部晶振恒温条件下的高稳定性，通过软件设计可以实现实用化的守时钟。GPS接口板内部晶振构成的守时钟可以削弱接口板正常工作时对单个PPS秒脉冲精度的过分依赖，提高GPS接口板的抗干扰能力，在各种极端情况下仍可正常工作，从而提高整个全网同步监测

6、装置的抗干扰能力。2GPS接口板的实现2.1GPS接口板框架结构GPS接口板在考虑了提高GPS接口板与计算机总线系统数据交换的可靠性和利用GPS接口板内部晶振构成守时钟以削弹对单片PPS秒脉冲的依赖性两个问题的基础上，尽量使硬件电路的设计清晰、简洁，这有利于提高GPS接口板的可靠性，原理框图见图1。GPS接口板的特点如下：①提供一路高精度600Hz同步采样脉冲和用于时钟标签的全球同步的微秒级计时；②提供全网同步监测装置下位机部分系统级复位功能；③GPS接收机可以就地接入，也可通过RS-422远程接入；④允许计算机总线系统侧主CPU对本板发2种中断，用于实时数据通讯和保护系统程序不发生意外死循环

7、；⑤通过双口RAM与计算机总线系统实现数据通讯；⑥利用单片机及其外部晶振实现板内的守时钟，以此削弱对单个PPS秒脉冲精度的依赖。2.2有关双口RAM的软硬件设计GPS接口板选用的双口RAM为DALLAS公司的DS1609，其内部自带地址锁存功能，允许数据、地址总线复用，与单片机和计算机总线的接口电路简洁可靠。DS1609相关软件设计要求较高，因为它允许两端同时访问存储单元，但芯片本身不提供硬件的访问冲突仲裁逻辑，潜在的访问冲突必须通过软件设计的方法来避免[4]。GPS接口板运用“邮箱法”思想并结合实现数据流量及流向设计双口RAM相关程序。这里邮箱指标志存储器，它总是成对出现。实现应用中，可以根

8、据需要约定若干对邮箱。每对邮箱负责一个存储区段两侧端口的写操作状态显示；多对邮箱存在的情况下允许两端口在同一时刻对不同存储单元执行写操作，程序设计灵活，有助于提高器件的利用率。运用“邮箱法”设计双口RAM程序时要注意：获得某存储单元的写操作权限前，应查询相应邮箱，判断对端口是否正在对此存储单元执行写操作；对某存储单元完成写操作后，应在相应邮箱中标识出来，释放写操作权。还应注意到，双口RAM两侧获得