IRIG_B格式時間編碼電路的設(shè)計(jì)

1、IRIG-B 格式時間編碼電路的設(shè)計(jì)周國平1, 邢燦華2(11南京林業(yè)大學(xué), 江蘇南京210037; 21南京工程學(xué)院, 江蘇南京211100摘 要:IRIG-B 格式時間碼(簡稱B 碼 為國際通用時間格式碼, 通常用于對各種需要時間信號設(shè)備的時間同步。筆者對IRIG-B 碼的格式作了詳細(xì)介紹, 并給出了系統(tǒng)部分硬件組成和軟件編程圖。關(guān)鍵詞:單片機(jī); IRIG-B 碼; GPS; 校時中圖分類號:TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-5276(200502-0088-03The Design of IRIG -B Serial Time C ode Format CircuitZHO

2、U Guo -ping 1, XING Can -hua 2(11Nanjing Forestry U niversity, JS Nanjing 210037, China;21Nanjing Engineering College, JS Nanjing 211100, ChinaAbstract:IRIG-B serial time code format (B code format is an international time code. It is used to sy n -chronize each equipment of requirement time. This p

3、aper introduces IRIG-B code format and the structure of hardware, and the program of the system is also given.Key words:sing le -chip microcomputer; IRIG-B code; global positioning system; timing1 IRIG -B 格式碼的格式與規(guī)范IRIG 時間編碼序列, 是由美國靶場間儀器組(IRIG 提出來的, 被廣泛應(yīng)用于時間信息傳輸系統(tǒng)中。IRIG 的編碼格式有/A 、B 、D 、E 、G 、H 、C 0七種

4、格式, /C 0碼已經(jīng)廢除并由IRIG-H 碼代替, 其中IRIG-B 的編碼格式應(yīng)用的最為普遍。近年來, 軍事、電力、交通運(yùn)輸、郵電等部門的各種系統(tǒng)對時間統(tǒng)一的要求越來越高, 由于GPS 系統(tǒng)具有定時精度高、全天候、全自動、使用簡便等優(yōu)點(diǎn), 在許多設(shè)備或系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用GPS 對時, IRIG-B 作為時間信息傳遞的一種普遍使用格式, 在時間信息傳輸?shù)玫搅藦V泛應(yīng)用。IRIG-B 碼時間格式說明如下:a 時幀:1. 0s;b 編碼數(shù)位加權(quán)選擇件:BCD 、SB 或兩者; 1 BCD 碼(年時間的二或十進(jìn)制碼 30位, s 、m in 、h 和天、年后重復(fù)循環(huán);2 SB 碼(天時間純二進(jìn)制碼 17

5、位, 有s, 每24h 循環(huán)。c 碼字結(jié)構(gòu):1 BCD 碼:碼組從索引1開始, 二進(jìn)制碼元存在兩個位置識別符之間(s 是7位; min 是7位; h是6位; 天是10位 , 直到碼字結(jié)束。位置識別符出現(xiàn)在各組的十進(jìn)數(shù)字之間, 以便提供直觀分辨間隔;2 SB 碼:碼組從索引數(shù)80開始, 出現(xiàn)17個二進(jìn)制碼元, 在第9和第10個二進(jìn)制碼元之間, 具有一位置識別符。d 最底有效位:首先出現(xiàn); e 所用的碼元速率:1 100個/s, (基本碼元速率 ; 2 10個/s, (位置識別速率 ; 3 1個/s, (幀速率 。f 碼元識別:1 對各碼元, /準(zhǔn)時0參考點(diǎn)即是脈沖前沿; 2 索引標(biāo)志寬度:2ms

6、, (二進(jìn)制0或未編碼碼元; 3 脈沖字寬:5ms, (二進(jìn)制1 ;4 位置識別符寬度:8ms;5 參考標(biāo)志 1個/s:兩個連續(xù)的位置識別符的前沿 。g 分辨率:10ms(未調(diào)制 , 1ms(調(diào)制波 ; h 載波:1kH z(已調(diào)制時 。IRIG-B 碼的輸出信號可分為直流碼(DC 碼 和交流碼(AC 碼 兩種, 直流B 碼經(jīng)CPU 控制數(shù)據(jù)同步, 產(chǎn)生直流電平輸出; 而交流B 碼輸出, 需要進(jìn)行交流調(diào)制, 調(diào)制比為3B 1。本文現(xiàn)就# Z ZHD. net. n E Z ournal . cn 5IRIG-B 直流碼的編碼電路設(shè)計(jì)加以介紹。直流B 碼經(jīng)過時間修正后的時間碼如圖1 所示。圖1

7、直流B 碼示意圖2 B 碼編碼電路的設(shè)計(jì)方案B 碼編碼電路的設(shè)計(jì)主要是將來自GPS 或其它標(biāo)準(zhǔn)時間系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時間轉(zhuǎn)換成B 碼所需要的格式, 進(jìn)行時間的換算及天數(shù)的計(jì)算, 并由單片機(jī)產(chǎn)生對應(yīng)的脈沖序列輸出。為了保證輸出時間的準(zhǔn)確, 必須保證標(biāo)準(zhǔn)頻率產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的頻率與GPS 產(chǎn)生的1PPS(秒脈沖 同步, 這樣才能使輸出的脈沖信號的前沿時間達(dá)到? 1L s 的誤差。B 碼解碼電路的設(shè)計(jì)功能框圖如圖2 所示。的關(guān)鍵, 必須保證脈沖的前沿在? 1L s 的誤差內(nèi)。主要完成與標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖同步的毫秒信號; c 單片機(jī)解碼模塊:主要由單片機(jī)組成。完成標(biāo)準(zhǔn)時間的解碼和換算、控制信號的輸入處理、標(biāo)準(zhǔn)時間的顯示信

8、號處理、按用戶格式要求輸出標(biāo)準(zhǔn)時間串行輸出和B 碼電平輸出的控制等功能;d 標(biāo)準(zhǔn)時間顯示單元:主要完成標(biāo)準(zhǔn)時間的顯示、其它功能的顯示(如:安全運(yùn)行天數(shù)、經(jīng)緯度、年、月、日等 及控制信號的鍵盤輸入等;e 輸出單元:主要完成標(biāo)準(zhǔn)時間的串行輸出和IRIG -B 碼輸出, 其中輸出可以選用RS422、RS485、RS232輸出和TTL 電平輸出。3 電路設(shè)計(jì)IRIG-B 碼解碼電路由以下五個部分構(gòu)成:標(biāo)準(zhǔn)時間系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)頻率產(chǎn)生模塊、單片機(jī)解碼模塊、圖2 IRIG -B 碼解碼電路圖按鍵輸入/顯示單元和時間輸出部分。電路框圖如圖2所示。由GPS 標(biāo)準(zhǔn)時間同步鐘輸出的標(biāo)準(zhǔn)時間信號或由GPS 的OEM 板直

9、接引入串行數(shù)據(jù)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換輸入到單片機(jī)的串行輸入端以提供系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時間; 用于CPU 中斷的1PPS 信號, 主要是完成時間、a 標(biāo)準(zhǔn)時間信號源:該單元由GPS 接收機(jī)的OEM 板或標(biāo)準(zhǔn)時間同步鐘組成。主要傳輸標(biāo)準(zhǔn)時間的串行數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)1PPS(秒脈沖 信號;b 標(biāo)準(zhǔn)頻率產(chǎn)生模塊:標(biāo)準(zhǔn)頻率是B 碼產(chǎn)生M , A pr , 34(2:# 89天數(shù)的整定及BCD 碼的轉(zhuǎn)換; 另一路1PPS 信號用于對1MHz 信號源的同步, 經(jīng)過分頻電路, 產(chǎn)生1ms 信號的同步脈沖供單片機(jī)中斷, 以便完成毫秒計(jì)數(shù)和完成B 碼的電平輸出; 由P0口輸出顯示器用于顯示標(biāo)準(zhǔn)時間(年月日、時分秒 、經(jīng)度、緯度、安全運(yùn)行天數(shù)

10、等信息, P1口用于前面板數(shù)據(jù)輸入、波特率選擇輸入和功能選擇按鍵的信號輸入; 輸出單元串口輸出用于標(biāo)準(zhǔn)時間、經(jīng)度、緯度及安全運(yùn)行天數(shù)的輸出, B 碼輸出由P1. 6輸出TTL 電平信號, 可以選用RS422/RS485/RS23進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換輸出。4 程序流程及程序說明a 主要參數(shù)在單片機(jī)內(nèi)部RAM 單元的分配如表1所示;表1 時間碼存放表單片機(jī)內(nèi)部RAM 分配17H d(百位 1AH 年16H d(低兩位 19H 月15H h 18H 日14H min13H s12H ms(高兩位11H ms(低兩位b 秒中斷程序框圖:0標(biāo)準(zhǔn)秒中斷主要完成時、分、秒和天數(shù)的整定, 對時間和天數(shù)進(jìn)行BCD 碼的

11、轉(zhuǎn)換。程序框圖如圖3所示 ;圖4 毫秒中斷程序框圖圖3 標(biāo)準(zhǔn)秒中斷程序框圖c 毫秒中斷程序框圖:INT 1毫秒中斷主要完成毫秒的計(jì)數(shù), 并根據(jù)毫秒數(shù)確定對應(yīng)位置的B 碼, 由此轉(zhuǎn)入輸出電平的控制程序, 以確定B 碼輸出脈沖的寬度。脈沖的寬度主要分為2ms 、5ms 、8ms 三種, 在此要求軟件與硬件配合好, 以確保輸出的脈沖序列在時間上達(dá)到允許的精度。程序框圖如圖4示。d 主程序框圖:主程序主要是對中斷設(shè)置、設(shè)置中斷優(yōu)先級(其中毫秒中斷優(yōu)先 、串行數(shù)據(jù)的輸入與輸出、時間信號的顯示及鍵盤輸入數(shù)據(jù)的接收、并根據(jù)年月日和時分秒分平年和潤年計(jì)算相應(yīng)的天數(shù)等工作。程序框圖如圖5所示。通過以上的設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)的IRIG-B 碼設(shè)備, 在實(shí)際中得到了應(yīng)用, 實(shí)踐證明, 軟件運(yùn)行正確, 硬件合理可靠, 達(dá)到了時間精度的要求。參考文獻(xiàn):1孫涵芳, 徐愛卿1M CS-51/96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用