晶振信号同步GPS信号产生高精度时钟的方法及实现
基于GPS校准晶振的高精度时钟的设计
基于GPS校准晶振的高精度时钟的设计
摘要：文章结合高精度晶振无随机误差和GPS秒时钟无累计误差的特点，采用GPS测量监控技术，对高精度晶体振荡器的输出频率进行精密测量和调节，使晶振的输出频率同步在GPS系统上，从而提供高精度的时钟信号。
根据此方法研制了具有高性价比的高精度时钟发生装置，并成功的应用
于通信系统中。
0 引言
本文结合GPS的长期稳定性校准晶振频率，采用GPS测量监控技术，对晶体振荡器的输出频率进行精密测量和调节，使晶振的输出频率同步在GPS系统上，提供高精度的时间频率基准信号。
1 高精度GPS校准晶振时钟设计中应注意的问题
GPS秒脉冲的高精度是统计意义下的，对一个具体的秒脉冲，其偏
差可能达到200ns，另外，GPS接收机短期失锁、卫星试验、电磁干扰等因素，都可能造成秒脉冲的失真，如果直接使用GPS的秒脉冲信号来校准时钟，。
采用同步计时提高GPS钟的时间脉冲输出精度
图 3 波形图 这样就保证了 CTC 计数器输出的高精度时、分脉冲与 GPS 时间信息 同步，使 整 个 系 统 输 出 的 时、分、秒 脉 冲 精 度 接 近 GPS 秒 脉 冲 的 精 度 （可达 3. 0 × 10 - 7s）。 经同步后输出的高精度时、分、秒脉冲上升沿同步精度为 5. 0 × 10 - 7 s，远远高于未采用同步计时的精度（图 4）。
第 26 卷 第 3 期 2003 年 7 月
地震研究
JOURNAL OF SEISMOLOGICAL RESEARCH
Vol . 26， No . 3 July，2003
采用同步计时提高 GPS 钟的时间脉冲输出精度*
王 丰 付建华 陈力刚 张香荣
（河南省地震局，郑州 450000）
摘要 全球定位系统 GPS（Global Positioning System）是美国研制的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ航、授时和定位系统。论述了采用 GPS 时 间同步技术，实现 GPS 钟输出时间脉冲精度小于 10 - 6s 的方法。指出仅用软件计时，GPS 钟输出时间脉冲精度 将大于 10 - 5s；而采用软件、硬件相结合的 GPS 时间同步技术，能充分利用单片机的资源，弥补软件计时的不 足，从而大幅度提高了 GPS 钟时间脉冲的输出精度（达到 0.5 × 10 - 7s）。
2.2 同步计时 CTC 的连接及设定 CTC0 设置为定时器工作方式，用于 SIO 串行通讯的波特率发生器，传送速率为 9600bit。 CTC1、CTC2 设置为计数器工作方式，CTC1 为秒脉冲计数，GPS 高精度秒脉冲信号从 CLK / TRG1 输
基于晶振频率补偿的高精度数字时钟设计
基于晶振频率补偿的高精度数字时钟设计李二鹏;开章;王煜【摘要】为解决普通晶振频率长期漂移量较大的问题，提出了一种用GPS秒脉冲对晶振脉冲在线自动测量及修正，从而产生本地高精度时钟的方法，据此设计了一种基于单片机和CPLD的智能自校准数字时钟系统。
介绍了时钟产生及校准模块、鉴相及相差测量模块等硬件电路组成和数据采集、晶振误差补偿算法实现等软件设计。
该系统在需要较高精度时间显示的场所具有实际应用价值。
%To resolve the long term existing problem of long drift distance of crystal oscillator frequency,a method of pro-ducing local high-accuracy clock by automatically detecting and correcting the crystal oscillator pulse by means of GPS second pulse on line is put forward. According to this means,a CPLD and MCU based digital clock system with intelligent auto-calibra-tion was designed. The composition of the hardware circuits of clock production and emendation module,and phase discrimina-tion and phase difference measurement module,as well as design realization of the software for data acquisition and the crystal oscillator error compensation are introduced. The system has the actual application value in the site of needing high-accuracy time display.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2014(000)019【总页数】4页(P102-104,107)【关键词】GPS;晶振时钟;回归分析;CPLD【作者】李二鹏;开章;王煜【作者单位】西北核技术研究所，陕西西安 710024;西北核技术研究所，陕西西安 710024;西北核技术研究所，陕西西安 710024【正文语种】中文【中图分类】TN78-34;TP202随着电子技术的飞速发展，国内外已大量地把FPGA/ CPLD器件、微处理器、GPS定时校频等技术应用于高精度时钟的研究与设计[1-2]。
GPS卫星同步单片机高精度时钟的设计和实现
GPS卫星同步单片机高精度时钟的设计和实现摘要AT89S52是Atmel公司生产的低功耗高性能CMOS 8位单片机，具有8Kbit在系统可编程（In-System Programmable，ISP）的闪存程序存储器（Flash ROM）。
兼容Intel80C51指令集和针脚定义。
笔者采用此单片机的ISP特性，寻求到了低成本且简便的单片机程序开发仿真系统。
能够在寝室搭接简单的电路并且在不用把单片机从目标电路板上取下既可对单片机进行编程。
而且AT89S52是采用Flash ROM，所以擦写速度快，可重复擦写次数多，从而大大缩短了仿真调试程序的周期。
GPS（Global Position System）即全球定位系统，是美国国防部研制的全球高精度定位授时系统。
也是目前民用范围内最成熟廉价定位授时方案，其授时功能被广泛用于电力、广电系统中。
本设计主要在于通过成品GPS模块连接单片机解调提取其中的卫星同步时间信号，通过相应的I/O接口发送到带字符库的点阵液晶屏显示。
硬件部分比较简单：单片机组成最小系统后，GPS模块通过串口与其连接，其P0口连接液晶的数据线、其P1.1-P1.3连接液晶屏的控制线。
在此之前还完成了PC打印口ISP下载线的制作。
程序采用C语言编写，其兼容性好，比较适合编写逻辑结构复杂较长的单片机程序。
整个程序可分为：单片机初始化、判断有无GPS模块输出信号、时间数据的判断和解调、液晶屏显示驱动子程序等。
PC端使用了Keil公司的uVision2单片机仿真开发软件，其界面友好，模拟仿真功能强大，在调试时，可以观察的单片机参数多，是一款非常理想的单片机开发软件。
PC端的ISP下载线测试控制软件是采用的长沙理工大学同行编写的Easy 51Pro v2.0宇宙版，其适应能力强，使用灵活，并且附有详细的ISP下载线制作资料，很容易和自作的ISP下载线配合使用，组建廉价、方便的硬件仿真系统。
关键词：GPS 单片机在系统可编程串口通信点阵液晶目录摘要...................................................................................................ⅠAbstract.............................................................................................Ⅱ绪论 (1)1 总体设计………………………………………………………………………………31.1总体方案论证与基本原理…………………………………………………………31.1.1方案比较及确定…………………………………………………………………31.1.2有关全球定位系统及其接收设备输出NMEA-0183语句说明…………………41.2各单元选用…………………………………………………………………………111.2.1 GPS模块的选用…………………………………………………………………111.2.2单片机选用………………………………………………………………………151.2.3显示器的选用……………………………………………………………………162硬件设计及制作……………………………………………………………………182.1 GPS接收天线的设计………………………………………………………………182.2GPS模块LEA-5H的介绍…………………………………………………………202.2.1GPS模块LEA-5H的性能指标…………………………………………………202.2.2GPS模块LEA-5H的I/O接口和内部框图……………………………………212.3单片机AT89S52的介绍……………………………………………………………222.3.1单片机AT89S52的基本特性介绍及性能指标…………………………………222.3.2单片机AT89S52的新功能说明…………………………………………………222.3.3单片机AT89S52的引脚定义和内部框图………………………………………232.4液晶显示器LCD1602A的介绍……………………………………………………232.4.1液晶显示器LCD1602A的简介…………………………………………………232.4.2液晶显示器LCD1602A的引脚定义和脉冲参数………………………………252.4.3液晶显示器LCD1602A的典型应用电路………………………………………272.5系统电路框图及其整体原理图……………………………………………………272.6开发环境硬件部分的介绍和制作…………………………………………………282.6.1直流稳压电源的设计和制作……………………………………………………282.6.2在系统可编程下载线的介绍和制作……………………………………………292.7系统硬件的总装……………………………………………………………………323软件设计……………………………………………………………………………343.1 GPS模块LEA-5H的I/O接口数据流时序说明…………………………………343.2单片机AT89S52对液晶显示器LCD1602A软件控制及其相关…………………353.2.1液晶显示器LCD1602A寄存器的读写命令及其时序…………………………353.2.2液晶显示器LCD1602A 编码字符对应表.............................................383.3开发环境软件部分的介绍和使用.........................................................373.3.1汇编、连接、调试集成开发环境Keil uVision2的介绍...........................373.3.2在系统可编程下载线测试软件和应用程序的介绍.................................383.4单片机程序的设计...........................................................................403.4.1总程序流程图...........................................................................403.4.2单片机AT89S52与GPS模块LEA-5H串行通信程序..............................433.4.3GPS 模块LEA-5H输出NMEA-0183格式的解码和转换........................483.4.4液晶显示器LCD1602A的显示程序...................................................553.4.5系统整体程序 (584)系统调试 (71)结论 (7)5致谢 (7)6参考文献…………………………………………………………………………………77附录1……………………………………………………………………………………792.4.2 液晶显示器LCD1602A的引脚定义和脉冲参数………………………………252.4.3液晶显示器LCD1602A的典型应用电路………………………………………272.5系统电路框图及其整体原理图……………………………………………………272.6开发环境硬件部分的介绍和制作…………………………………………………282.6.1直流稳压电源的设计和制作……………………………………………………282.6.2在系统可编程下载线的介绍和制作……………………………………………292.7系统硬件的总装……………………………………………………………………323软件设计……………………………………………………………………………343.1 GPS模块LEA-5H的I/O接口数据流时序说明…………………………………343.2单片机AT89S52对液晶显示器LCD1602A软件控制及其相关…………………353.2.1液晶显示器LCD1602A寄存器的读写命令及其时序…………………………353.2.2液晶显示器LCD1602A 编码字符对应表.............................................383.3开发环境软件部分的介绍和使用.........................................................373.3.1 汇编、连接、调试集成开发环境Keil uVision2的介绍...........................373.3.2在系统可编程下载线测试软件和应用程序的介绍.................................383.4单片机程序的设计...........................................................................403.4.1总程序流程图...........................................................................403.4.2单片机AT89S52与GPS模块LEA-5H串行通信程序..............................433.4.3GPS 模块LEA-5H输出NMEA-0183格式的解码和转换........................483.4.4 液晶显示器LCD1602A的显示程序...................................................553.4.5系统整体程序 (584)系统调试 (71)结论 (7)5致谢 (7)6参考文献…………………………………………………………………………………77附录1……………………………………………………………………………………792.4.2 液晶显示器LCD1602A的引脚定义和脉冲参数………………………………252.4.3液晶显示器LCD1602A的典型应用电路………………………………………272.5系统电路框图及其整体原理图……………………………………………………272.6开发环境硬件部分的介绍和制作…………………………………………………282.6.1直流稳压电源的设计和制作……………………………………………………282.6.2在系统可编程下载线的介绍和制作……………………………………………292.7 系统硬件的总装……………………………………………………………………323软件设计……………………………………………………………………………343.1 GPS模块LEA-5H的I/O接口数据流时序说明…………………………………343.2单片机AT89S52对液晶显示器LCD1602A软件控制及其相关…………………353.2.1液晶显示器LCD1602A寄存器的读写命令及其时序…………………………353.2.2液晶显示器LCD1602A 编码字符对应表………………………………………383.3开发环境软件部分的介绍和使用.........................................................373.3.1汇编、连接、调试集成开发环境Keil uVision2的介绍...........................373.3.2在系统可编程下载线测试软件和应用程序的介绍.................................383.4单片机程序的设计...........................................................................403.4.1总程序流程图...........................................................................403.4.2单片机AT89S52与GPS模块LEA-5H串行通信程序..............................433.4.3GPS 模块LEA-5H输出NMEA-0183格式的解码和转换........................483.4.4液晶显示器LCD1602A的显示程序...................................................553.4.5系统整体程序 (584)系统调试 (71)结论 (7)5致谢 (7)6参考文献.............................................................................................77附录1 (79)。
晶振同步卫星信号算法的研究与实现
晶振同步卫星信号算法的研究与实现晶振同步卫星信号算法是一种用于卫星通信的信号同步算法，主要用于提高卫星通信的稳定性和可靠性。
本文将介绍晶振同步卫星信号算法的研究和实现。
一、晶振同步卫星信号算法的原理晶振同步卫星信号算法是基于晶振同步原理的一种信号同步算法。
晶振同步原理是指通过控制晶振的频率和相位，使其与卫星信号的频率和相位达到同步，从而实现卫星信号的同步。
具体实现方法为：1. 对卫星信号进行解调，得到基带信号。
2. 将基带信号输入到相位锁定环路中，通过控制环路中的晶振频率和相位，使其与卫星信号的频率和相位同步。
3. 将同步后的信号进行解调，得到同步后的卫星信号。
二、晶振同步卫星信号算法的实现晶振同步卫星信号算法的实现需要以下步骤：1. 设计相位锁定环路：相位锁定环路是实现晶振同步的关键，需要根据具体的信号特性和系统要求进行设计。
2. 选择合适的晶振：晶振的稳定性和精度对晶振同步的效果有很大的影响，需要选择合适的晶振。
3. 调整晶振频率和相位：通过控制晶振的频率和相位，使其与卫星信号的频率和相位达到同步。
4. 反馈控制晶振频率和相位：通过反馈控制晶振的频率和相位，使其始终与卫星信号保持同步。
5. 解调同步后的信号：对同步后的卫星信号进行解调，得到最终的信号。
三、晶振同步卫星信号算法的应用晶振同步卫星信号算法广泛应用于卫星通信中，可以提高卫星通信的稳定性和可靠性，减少信号失真和误码率，提高通信质量。
同时，在卫星导航系统、卫星遥感系统等领域也有广泛应用。
总之，晶振同步卫星信号算法是一种重要的信号同步算法，它为卫星通信的发展和应用提供了重要支持。
随着卫星通信技术的不断发展，晶振同步卫星信号算法的研究和应用将会越来越重要。
最新-GPS高精度的时钟的设计和实现 精品
GPS高精度的时钟的设计和实现摘要介绍采用、接收板来实现精密时钟系统的设计思路和方法，给出基本的硬件电路和软件流程。
关键词串口通信1概述全球定位系统是利用美国的24颗地址卫星所发射的信号而建立的导航、定位、授时的系统。
美国政府已承诺，在今后相当长的一段时间内，系统将向全世界免费开放。
目前，系统广泛地应用在导航、大地测量、精确授时、车辆定位及防盗等领域。
因此，开展对系统的研究和应用，将极大地提高生产力，并产生巨大的经济效益。
本文旨在通过利用所提供的精确授时的功能，采用单片机技术，设计适合于需要精确授时的高精度时钟系统。
-16是日本光电公司生产的并行11通道接收板，由于采用了先进半导体设计手段，它具有尺寸小、功耗低、性能稳定、性价比高等优良特性。
利用它，可以方便、快速地开发出各种应用系统。
其主要性能指标如下接收通道——11通道并行接收，可同时跟踪11颗卫星；授时精度——小于400，无累计误差；数据更新时间——1；体积和重量——65×35，约重40含锂电池；数据输出格式——-018320；-10420；环境工作温度——-30～+75℃；正常工作参数——电压51±005；电流100；功耗100。
范文先生网收集整理2-16的硬件接口和软件接口1硬件接口-16同时提供12脚接口3和5脚接口4。
本设计中采用5链接口4，各引脚的功能如表1所列。
表1接口编号信号名称功能1电源地2备份电源输入，3时消耗2μ31串行输出41串行输入5+5主供电电源输入-16的1脚为232的通信接口，其逻辑电平为电平。
这样能够很方便地与各种单片机连接连接，无须电平转换。
同时，12脚接口还提供了高精度的秒脉冲输出，可用于需要更高精度定时服务的测量系统。
在此，我们仅使用其时钟信息，故只需在其输出的数据中直接提取即可。
GPS高精度的时钟的设计和实现
GPS高精度的时钟的设计和实现GPS（全球定位系统）是一种基于卫星的导航系统，可以提供非常精确的时间信息。
GPS时钟是通过接收卫星信号并精确计算其到达时刻来获得高精度的时间。
以下是GPS高精度时钟的设计和实施的详细说明。
设计：1.GPS接收器选择：选择高灵敏度和高性能的GPS接收器。
这将确保接收器可以在较差的信号情况下也能正常工作，并提供高精度的时间信息。
2.天线设计：选择一种高质量的GPS天线，以确保接收器能够有效地接收卫星信号。
通过使用高增益的方向性天线，可以提高信号接收的灵敏度。
3.时钟电路设计：设计一个高精度的时钟电路，以确保时间计算的准确性。
该电路可以采用晶体振荡器作为基准时钟源，并使用锁相环（PLL）控制电路来调整和稳定时钟频率。
4.数据处理和计算：GPS接收器会接收到卫星发送的精确时间和位置信息。
使用计算机或微控制器来接收和处理这些数据，并使用GPS接口协议来解码和计算时间。
确保使用高速和高效的计算方法来确保高精度的时间计算。
实施：1.安装天线和接收器：将GPS天线安装在一个高处，远离任何可能导致信号干扰的物体，例如建筑物或大型金属结构。
将接收器连接到天线，并确保信号连接良好。
2.启动接收器和计算设备：启动GPS接收器，并将其连接到计算设备（计算机或微控制器）。
确保设备之间正确配置和通信，以便正确接收和处理GPS数据。
3.数据接收和处理：接收器将开始接收卫星信号，并获取精确的时间和位置信息。
计算设备将接收并处理这些数据，并根据计算算法计算出高精度的时间。
确保实现高速和高效的数据处理和计算方法。
4.时间校准和稳定：根据计算的高精度时间信息，调整时钟电路的频率，并保持其稳定。
使用锁相环控制电路可以自动调整频率。
定期校准电路，以确保准确性和稳定性。
5.系统测试和验证：对GPS高精度时钟进行系统测试和验证，以确保其在不同环境条件下的准确性和稳定性。
使用其他时间参考源（如国家精确时间源）进行对比测试，并进行校准和调整。
基于GPS驯服晶振的高精度频差测量
• 82•基于GPS驯服晶振的高精度频差测量西南民族大学电气信息工程学院 甘 桂 彭良福 吴万强在5G移动通信系统中，为了实现高精度和高稳定度的时钟源，在时钟驯服方案中通过FPGA实现低频粗计数与高频细计数来测量本地晶振与GPS信号的频差，为后续送入PID控制模块提供了良好的输入。
仿真结果表明，用50MHz晶振倍频到的100MHz测量细计数，可以达到10ns 的精度。
在实际应用中，可以倍频到更高频率进行误差项的细测量。
引言：在移动通信发展的5G 时代，通信网络对时钟频率的稳定性和精确度要求越来越高，与参考时间源的误差需要控制在±1.5µs 之内。
GPS 是当今授时精度最高、应用最为广泛的全球定位系统。
基于GPS 接收机的各种同步授时装置已广泛应用于通信、电力、金融和航天等领域。
时钟驯服指的是利用卫星授时标准信号校准锁定高稳定的本地晶振。
晶振驯服可选用不同的方法，以GPS 卫星授时时间驯服晶振优势明显，这种方法结合了卫星授时的长期稳定性和晶振的短期稳定性，具有很好的应用前景。
1.驯服原理GPS 信号有非常好的长期稳定性，但它的短期稳定性比较差。
用高精度的GPS 信号和本地高稳定的时钟结合在一起，使用GPS 驯服本地晶振，可以明显改善本地时钟输出的稳定性。
时钟驯服的基本原理是通过GPS 授时接收机接收到1pps 频率的信号和本地振荡器的信号进行频率测量、对比算出频差。
把得到的频差送到滤波器滤除噪声，然后进入PID 控制模块通过分频电路或电压控制调节其频率，最后使本地晶振的频率与接收到GPS 信号的频率一致，达到驯服本地晶振的目的。
对GPS 接收机接收的数据进行处理，测出频差的过程在这个系统中占着十分重要的地位，其测量精度直接决定了时钟驯服的精度上限。
2.测频系统实现在测量一个信号频率的时候，在时间已知的情况下，测量脉冲的个数，就可以计算出这个信号的频率。
图1 直接计数法2.1 直接计数法原理测量一段时间间隔内时钟脉冲的个数最常用的方法是直接计数法。
一种适用于GPS信号异常情况的高精度主时钟设计方法
一种适用于GPS信号异常情况的高精度主时钟设计方法文超;钟俊
【期刊名称】《电力系统保护与控制》
【年(卷),期】2016(044)003
【摘要】合并单元采样同步是智能变电站正常工作的前提.GPS信号正常时利用最小二乘法建立晶振的误差估计模型,GPS信号异常时利用晶振产生秒脉冲,并用已建立的晶振误差估计模型对这些秒脉冲进行误差补偿后用以作为各合并单元的同步时钟,提出了一种利用GPS信号接收机和晶振共同组成主时钟的设计方法.该方法综合考虑了晶振已有的频率偏差和在GPS信号异常期间由于晶振老化所带来的误差,估计并补偿了GPS信号异常时晶振秒脉冲的误差.仿真结果表明该方法能有效消除晶振累积误差,所产生秒脉冲的误差在前10 min内不超过50 ns,满足系统对时钟的精度要求.
【总页数】6页(P103-108)
【作者】文超;钟俊
【作者单位】四川大学电气信息学院,四川成都610065;四川大学电气信息学院,四川成都610065
【正文语种】中文
【相关文献】
1.一种适用于大电流DC-DC高精度电流采样电路 [J], 杨子航;徐卫林;韦雪明
2.一种适用于同步相量测量装置校准器的高精度相量测量方法 [J], 许苏迪; 刘灏; 毕天姝; 钱程; 张锋
3.一种适用于甚低频发射机的高精度采样测量系统 [J], 尹富强;贾琦
4.一种适用于多极旋变的高精度编码器跳码监测评估方法 [J], 侯锦;王鹏
5.一种适用于高动态的高精度频率估计方法 [J], 马立波;陈敬乔
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高精度GPS时钟同步算法研究
高精度GPS时钟同步算法研究随着科技的迅速发展，网络通信越来越普及，各种网络应用的使用也愈发广泛，如电子商务、数据备份、实时视频会议和在线游戏等。
这些应用对于同步时间要求十分严格，传输时间偏差过大会造成数据的丢失、错误等现象，从而影响用户体验，因此，时间同步一直是网络通信的重要问题之一。
高精度GPS时钟同步算法作为一种时间同步方式，受到了广泛的关注和研究。
一、高精度GPS时钟同步算法的基本原理高精度GPS时钟同步算法是通过利用GPS卫星信号的精度高和稳定性强来精确计算本地时钟与GPS标准时钟之间的偏差。
具体来说，通过接收GPS卫星发射的位置和时间信号，利用卫星时钟精度高的特点，计算出卫星信号传输的时间差，再结合GPS接收机的本地时钟信息，从而得出本地时钟与GPS标准时钟之间的误差，进而对本地时钟进行校准，达到同步的目的。
二、高精度GPS时钟同步算法存在的问题尽管高精度GPS时钟同步算法具有精度高、准确性强、稳定性好等优点，但在实际应用中，还存在一些问题需要解决。
1. GPS信号的遮挡和干扰问题。
GPS卫星信号容易受到天气、建筑物、电磁干扰等因素的影响，从而产生误差，导致时钟同步不准确。
2. GPS设备的价格昂贵。
高精度GPS设备需要具备高精度、高稳定性和高抗干扰能力等特点，而这将增加设备的成本，因此，设备成本高是使用高精度GPS时钟同步算法面临的挑战之一。
3. 时钟漂移问题。
即使高精度GPS设备本身的时钟非常准确，随着时间的推移，设备时钟也会出现漂移现象，导致时钟同步误差逐渐增大。
三、解决高精度GPS时钟同步算法存在的问题为解决高精度GPS时钟同步算法存在的问题，需要采用一些有效的方法。
1. 增加GPS接收机的数量和分布区域。
为解决GPS信号遮挡和干扰问题，可以增加GPS接收机的数量和分布区域，通过多个接收机位置的计算来减少误差，从而提高时钟同步精度。
2. 利用其他同步协议，配合使用。
为降低设备成本，可以将高精度GPS时钟同步算法与其他同步协议配合使用，如NTP、PTP等。
具有GPS时间同步功能的高精度数字钟的设计
GPS(global position system)是美国研制的导航、授时和定位系统。
GPS 时钟已成为世界上传授范围最广、精度最高的时间发布系统之一,GPS 接收机接收到的GPS 时钟与国际标准时间(UCT-universal co-or⁃dinated time)保持高度同步[1-2]。
时间同步技术对于电力系统的正常运行和故障诊断都起着至关重要的作用。
特别是在故障测距和继电保护等领域,时间和同步的精度将直接影响最后的分析结果[3]。
当前的数字钟普遍采用晶振时钟计数显示北京时间,存在较大的累计误差。
时钟误差过大很难在对时钟精度高和稳定性要求高的电力系统中得到应用。
为了解决普通时钟存在的低精度问题,采用FPGA 技术,设计了具有高精度的数字钟,该方法可以消除晶振的累计误差,得到和GPS 同步的时钟信息和高精度的秒脉冲。
同时,该方法在一个芯片内完成,具有简单实用、体积小、功耗低的优点,具有较强的抗干扰性。
该设计方案在以Altera 的EP4CE6F17C8为核心器件的硬件平台上得到验证。
1基于FPGA 的整体实现方案实现高精度的数字钟,需要提取出来GPS 接收机发送出来的IRIG-B(DC)码中包含的时间信息,主要包含小时、分钟和秒信息,同时提取出高精度的秒脉冲信号。
提取出来的时间信息再通过显示模块输出到对应的数码管。
显示控制模块包含三部分:控制模块、扫描模块和译码模块。
硬件中数码管采用共阳接法,动态显示数据。
整体硬件功能示意图如图1所示。
图1整体硬件功能示意图Fig.1Overall hardware function diagram具有GPS 时间同步功能的高精度数字钟的设计吕念芝,肖志雄(福州理工学院工学院,福建福州350001)摘要:针对当前电力系统广泛应用的IRIG-B 时间码,提出一种基于现场可编程门阵列(field-programmable gatearray,FPGA)的具有GPS 对时功能同时输出高精度秒脉冲的数字钟的设计方案。
晶振信号同步GPS信号产生高精度时钟的方法及实现(1)
钟的随机误差 (如稳定度为 10- 9的晶振分频产生的
秒时钟随机误差小于 1 n s) , 因此不考虑晶振秒时钟 的随机误差。根据文献[ 10 ], 仅考虑晶振的频率偏差
及频率的线性漂移, 由晶振分频产生秒时间序列的
第 x 个秒时钟的时间误差 Λ(x ) 可以表示为:
Λ(x ) = a + bx + cx 2
数结果通过比较器与 CPU 设置的比较值 S 比较, 当两者相等时, 产生一修正后的秒时钟脉冲信号, 并
对计数器清零。
本次 CPU 设置的比较值 S n+ 1为:
S n+ 1 = f 0 + cn+ 1
(7)
式中: cn+ 1为本次晶振误差的补偿值, 反映了晶振的 误差。
设由 CPU 记录最近 n 次补偿值的历史序列为:
值由前 n 次测量的 GPS 秒时钟误差和前 n 次设置
的比较值历史数据进行计算。
2. 1 GPS 时钟和晶振时钟误差估计的实现
恒温高精度晶振输出的高精度振荡信号经倍频
后, 产生高频振荡计数信号 (频率为 f 0)。 计数信号 频率选择越高, 计数越精确, 但对元器件和电路板的
要求更高。 高频振荡计数信号经计数器计数后的计
·研制与开发· 曾祥君等 晶振信号同步 GPS 信号产生高精度时钟的方法及实现
51
并保存最近 n 次的 GPS 秒时钟随机误差序列 5 : <1, <2, …, <x , …, <n。 则第 x 个 GPS 秒时钟与晶振秒时
钟的偏差为:
x
∑ y x = <x +
ci
(9)
i= 1
考查偏差序列 Y , 按式 (3) 所示的一元二次回归模型 可以估计出 Ρδ2, aδ, bδ, cδ。
基于GPS秒时钟的高精度同步时钟设计
E(ΣΣεiεj)=ΣΣE(εi)E(εj)=0 D(δ) = 1 ( 1 E Σεi2)= 2 N2 N i=1 1 N2
2 σ=σ Σ N i=1 2 N j=1 i=1 j≠i N j=1 i=1 j ≠i N
ΣE(ε ) =
i 2 i=1
（3 ）
由公式 （3 ） 可以看出， 修正后由 GPS 秒时钟引入的 时钟误差为原来的 1 倍，如果选用秒时钟精度为 姨N
５ 结束语
本文利用 GPS 秒时钟信号短时随机误差较大， 但 长期稳定性好， 而高精度晶振短期稳定度高， 但长期 积累误差较大的特点， 提出了一种用高精度晶振修正 GPS 秒时钟的方法， 建立了数学模型， 分析了修正后 的系统时钟精度 。 与其它的校正方法相比较， 本文提 出的方法思路简明清晰， 运算量小， 更易于利用 FPGA 实现。 根据此方法研制出了功能灵活、 易于实现的高精度 时钟发生装置。该装置有很强的应用价值， 在工业上可 应用于输电线路故障行波定位装置、 电力系统异地暂态 3G 通信系统时钟同步； 同步记录仪、 在军事上可用于通 信定位设备间的时钟同步。
GPS 时钟精度与 GPS 接收机锁定跟踪卫星的数目、 GPS 接 卫星时钟的精度 、 选择性干扰 (SA 干扰 )的强弱 、 收机的性能等因素有关 。一般 GPS 接收机给出的时钟 Pulse 精度以概率指标表示，接收机产生秒时钟 (PPS ， Per Second)的误差服从正态分布 [ 3 ]。 例如， 统计精度为 50ns(1σ)的接收机， 表示该接收机的秒时钟偏差服从正 GPS 时钟误差落于 1σ 范围 (50ns) 内的概率为 态分布，
i i i i=1 N i=1 N i=1
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基于晶振频率补偿的高精度数字时钟设计
基于晶振频率补偿的高精度数字时钟设计作者：姜峰来源：《名城绘》2019年第03期摘要：为解决晶体振荡器频率隐患问题，如长期频漂过大问题，研究人员提出了一种使用GPS秒脉冲信号对晶振频率进行自动校准的解决方案。
通过对晶振频率偏移进行补偿，提高时钟设计精度。
本文根据上述方案对基于晶振频率补偿的高精度数字时钟设计方案及其实现方法进行了分析探讨，望能够给相关人员提供一定的参考价值。
关键词：GPS；晶振频率；高精度；数字时钟随着电子技术的不断发展，在时频器件方面，近年来国内外研究人员将研究重点转移到了高精度时钟的研究与设计方面，并在研究中广泛应用微处理器、GPS定时校频等技术，以期可以达到更高的设计精度。
从某种程度上来说，一个时钟的准确度主要取决于频率源产生的秒脉冲情况，即其精确度是否达标。
普通晶振频率准确度在累积误差方面具备较好的一致性，通过结合GPS接收机以及长短波接收机，可以进一步加强自身的比对校准程度，时钟的准确度会得到大幅度提高。
而通过以GPS秒脉冲为标准的频率源，可以对晶振产生的秒脉冲起到自动修正作用，具有较大的应用意义。
1 数字时钟的组成结构与运行方式基于频率补偿的高精度数字时钟主要是由GPS定时接收机、普通晶振、时钟产生及校准电路、单片机数据算法处理模块等基本组成结构为主。
一般来说，GPS定时接收机在正式工作过程中，输出1路TTL电平的标准秒脉冲信号，秒脉冲时间信息数据将会通过RS 232串口完成输出动作，并由单片机完成读取动作。
其中，晶振属于本地秒脉冲与相差测量之间产生的频率源，待时钟进行校准的过程中，本地原始秒脉冲及修正后会产生系列秒脉冲动作。
在此过程中，相差测量电路会采用脉冲填充计数法，确定GPS秒脉冲与本地秒脉冲之间存在的差值大小，测量结果主要由单片机进行获取[1]。
需要注意的是，单片机在处理过程中，主要利用最小二乘法对本地秒脉冲与GPS精确度进行合理修整，以满足时钟精确需求。
除此之外，时钟产生电路动作主要是由晶振分频获得。
科技成果——GPS北斗卫星时钟驯服高精度晶体振荡器
科技成果——GPS/北斗卫星时钟驯服高精度晶体振荡器所属领域电子信息成果简介GPS/北斗卫星时钟驯服高精度晶体振荡器，以高速微处理器为核心，选用高精度授时型GPS接收机/北斗单向授时接收机，提供高可靠性、高冗余度的时间基准信号，并采用精准的测频与智能驯服算法技术驯服晶体振荡器，使晶体振荡电路输出的时间同步信号精密同步在GPS/北斗时间基准上，并输出短期和长期稳定度都十分优良的高精度同步信号。
由于装置输出的1PPS等时间信号是内置振荡器的分频秒信号输出，同步于GPS/北斗信号但并不受GPS/北斗秒脉冲信号跳变带来的影响，相当于UTC时间基准的复现。
采用了“智能学习算法”的GPS 时钟，在驯服晶振过程中能够不断“学习”晶振的运行特性，并将这些参数存入板载存储器中。
当外部时间基准出现异常或不可用时，装置能够自动切换到内部守时状态，并依据板载存储器中的参数对晶体振荡器特性进行补偿，使守时电路继续提供高可靠性的时间信息输出，同时避免了因晶体振荡器老化造成的频偏对守时指标的影响。
应用范围GPS/北斗卫星时钟驯服高精度晶体振荡器,采用全模块化结构设计，其输入、输出、电源等均可灵活配置，对于输出信号的种类和数量都可根据需要灵活选择配置。
具有标准RS232、RS422/485、脉冲、IRIG-B输出等接口形式，可以适应各种不同设备的对时需要，广泛应用于电力、金融、通信、交通、广电、石化、冶金、国防、教育、IT、公共服务设施等领域。
技术特点1、内部晶体振荡单元采用了先进的时间频率测控技术与智能驯服算法，晶体选用高精度恒温晶体振荡器，使装置准确度优于7×10-9（0.92μS/分钟），即在外部时间基准异常的情况下，每天时钟走时误差不超过0.6mS。
2、选用高性能、宽范围开关电源，工作稳定可靠。
3、支持单GPS、单北斗、双GPS、双北斗、GPS/北斗双系统卫星接收机配置。
4、应用GPS授时技术/北斗授时技术/B码基准解码接收技术/高稳晶体振荡器守时技术授时，实现多基准冗余授时，能够智能判别GPS信号、北斗信号、外部B码时间基准信号的稳定性和优劣，并提供多种时间基准配置方法。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。