高精度GPS實(shí)時時鐘SD2421API在實(shí)時數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

　　1 引言

　　實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，實(shí)時時鐘扮演著重要的地位。但是，實(shí)時時鐘由于自身、環(huán)境等因素，長時間走時會帶來累積誤差，在無人值守的戶外，因?yàn)椴荒軐ζ溥M(jìn)行校準(zhǔn)而經(jīng)常帶來設(shè)備故障。

　　GPS不僅可以提供地理信息應(yīng)用于導(dǎo)航、防盜等，還可提供精準(zhǔn)的時間信息，可應(yīng)用于授時，但是GPS可能會在信號不佳的情況下，不能穩(wěn)定提供時間信息，SD242API結(jié)合GPS精準(zhǔn)授時和實(shí)時時鐘提供穩(wěn)定的時間這一特性，通過引入GPS信息對實(shí)時時鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，來提供精確的時間，即使在沒有GPS的情況，也能提供穩(wěn)定的時間。

　　以下通過具體介紹來了解SD2421在實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　2 概述

　　SD2421API是一種具有內(nèi)置GPS校時電路、晶振、IIC串行接口的高精度實(shí)時時鐘芯片,

　　SD2421API芯片在無GPS校時的情況下，可保證時鐘精度為±5ppm(在25±1℃下)，即年誤差小于2.5 分鐘;SD2421API芯片在有GPS校時的情況下，可保證時鐘精度為±50ms;且沒有累計(jì)誤差。

　　3 主要性能特點(diǎn)

　　● 超高精度：GPS校時精度<50ms,且沒有累計(jì)誤差。

　　● IIC接口通信方式加握手信號BUSY通信方式，最高速度400KHz。

　　● 年、月、日、星期、時、分、秒的BCD碼輸入、輸出，并可以通過獨(dú)立的地址訪問個時間寄存器。

　　● 閏年自動調(diào)整功能(從2000年~2099年)。

　　● 可選擇12/24小時。

　　● 可設(shè)定并自動重置的單路報(bào)警中斷功能(時間范圍最長設(shè)至100年)，年、月、日、星期、時、分、秒報(bào)警共有96種組合方式，并有單事件報(bào)警和周期性報(bào)警兩種中斷輸出模式。

　　● 周期性頻率中斷輸出:從32768Hz~1/16Hz……1秒共十五種方波脈沖。

　　● 自動重置的8位倒計(jì)時定時器,可選從4種時鐘源(4096HZ、64HZ、1HZ、1/60HZ)。

　　● 內(nèi)置時鐘精度數(shù)字調(diào)整功能，可通過程序來調(diào)整走時的快慢。用戶采用外置的溫度傳感器，設(shè)定適應(yīng)溫度變化的調(diào)整值，可實(shí)現(xiàn)在寬溫范圍內(nèi)高精度的計(jì)時功能。

　　● 43Bytes通用SRAM寄存器可用于存儲用戶的一般數(shù)據(jù)。

　　4 硬件設(shè)計(jì)

　　SD2421API模塊內(nèi)部集成了電源管理，振蕩電路，充電電路，實(shí)時時鐘，GPS校時電路，因此外圍電路極為簡單，只需一個MCU和一根天線就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。采用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)作為主控CPU，負(fù)責(zé)對SD2421進(jìn)行控制，SD2421API采用的是IIC通信，和一條忙線BUSY、一條GPS啟動線GPS_EN，由于SDA、SCL模塊內(nèi)部已經(jīng)上拉，單片機(jī)可以直接與模塊連接，外接天線采用有源天線，對于天線指標(biāo)要求：

　　阻抗：50ohm

　　增益：20dB-28dB

　　駐波比：≤1.5

　　頻率范圍：(1575.42±1.023)MHz

　　電壓：3V-5V

　　在PCB設(shè)計(jì)時，應(yīng)盡量縮短天線到模塊輸入腳的走線長度，天線到模塊的輸入應(yīng)采用50ohm阻抗的微帶線。

　　應(yīng)用電路如圖1所示。

　　5 軟件設(shè)計(jì)

　　對GPS時間進(jìn)行校準(zhǔn)都自動在模塊內(nèi)部完成，因此用戶軟件相對簡單，在不啟動校時時，只需使用數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL和BUSY線進(jìn)行讀寫操作，在每次對模塊進(jìn)行讀寫操作時，需要對BUSY線進(jìn)行判斷;當(dāng)BUSY=1為高即為閑時，拉低BUSY置為忙，可以對模塊進(jìn)行讀寫操作;當(dāng)BUSY=0即為忙時，等待BUSY=1。

　　當(dāng)需要啟動GPS進(jìn)行時間校準(zhǔn)時，在GPS_EN產(chǎn)生一個低脈沖，啟動GPS，在啟動GPS前，需先設(shè)置校時狀態(tài)寄存器14H，校時狀態(tài)寄存器說明如表1所示。

　　6 14H寄存器說明

　　14H的低2位用來指示GPS校時的狀態(tài)，有3種狀態(tài)：正在校時，校時成功，校時失敗，如表2所示。

　　TZ0-TZ3位：時區(qū)數(shù)據(jù)位，TZ_FLG，東西時區(qū)標(biāo)志位:TZ_FLG=0，東時區(qū);TZ_FLG=1，西時區(qū);如80H表示東八區(qū)，A8H表示西十區(qū)，合法時區(qū)為東十二區(qū)-西十二區(qū)，非法時區(qū)統(tǒng)一糾正為東八區(qū)，必須在啟動GPS校時前設(shè)置好此寄存器位。在啟動之前先設(shè)置好校時時區(qū)，如北京時間寫入80H，同時清零S1，S2，方便在啟動GPS校時后對模塊校時狀態(tài)進(jìn)行查詢，當(dāng)查詢到14H寄存器的低2為為3H時，則校時完成，同時內(nèi)部GPS校時功能關(guān)閉。

　　如圖2為軟件流程圖。

　　校時完成之后，時間誤差<50ms。

　　7 結(jié)論

　　SD2421API在實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上面的應(yīng)用，解決了普通實(shí)時時鐘走時帶來的累計(jì)誤差，不僅如此，SD2421API可以應(yīng)用在很多對時間要求高的場所如電力系統(tǒng)，移動基站等。，是一種實(shí)現(xiàn)高精度走時的低成本、穩(wěn)定可靠的解決方案。

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