关键字：IRIG-A GPS时钟 微控制器 测量
引言
近年来，GPS（全球定位系统）得到了广泛的应用。GPS不仅提供定位信息，同时也提供高精度的时间信号。在地震观测系统中，数据采集装置对时间有着极高的要求，目前普遍采用的是GPS同步授时和本地时钟守时相结合的办法获取时间信息。每台装置都有自己的GPS接收机用于同步授时。这意味着即使在一个几百米范围内的区域，由于每台装置所处的位置不同以及各接收机性能不可能完全一致，彼此之间的时间信息也仍然存在一定的误差。如果在小区域范围内，几台数据采集器同时采用一台GPS接收机同步授时，则可消除上述误差，时间统一和可靠性能得到进一步提高。IRIG码是国际通用的一种标准时间传输码。它不仅包含秒符号信息，而且包含绝对时间信息，已经广泛应用于时统装置与用户接收装置之间的接口标准，提高了发收端时间的一致性、可靠性。
1 IRIG码格式规范
IRIG（Inter Range Instrumentation Group）码，称为“美国靶场仪器组码”，把接收的GPS时间编码，传送给分布在不同地方的设备，以实现各设备之间的时钟同步。该码广泛应用于导弹、航天、遥测等时统设备中，实施精
度高，稳定性强。
IRIG码包含100个码元，每个码元又有3种码型：二进制0、1和位置标识符。分成3字段编码：第1字段为年时间（天、时、分、秒），第2字段为控制功能函数字段，第3字段为直接用二进制秒符号表示的天时间。每24小时循环1次。
IRIG串行码主要有A、B、D、E、G、H六种时间格式，主要差别是时间编码精度、码元速率和二进制时间信息的位数不同。实际常用的是A和B码。A码时帧周期为0.1 s，B码时帧周期为1 s。
在本设计中采用了IRIGA串行时间码编码。IRIG码分为直流（DC）码和交流（AC）码。DC码和AC码码元周期均为1 ms。DC码用脉宽来表示码元，脉宽0.2 ms表示二进制0，脉宽0.5 ms表示二进制1，脉宽0.8 ms表示位置标识符或参考码元。AC码用周期为0.1 ms的高幅和低幅正弦波的个数来表示码元，参考码元或位置标示符用8个高幅和2个低幅表示，二进制1用5个高幅和5个低幅表示，二进制0用2个高幅和8个低幅表示。
2 IRIGA编码设计
LPC2132 微控制器有1个8路10位A/D转换器和1个10位D/A转换器、2个32位定时器/计数器（带4路捕获和4路比较通道）、PWM单元（6路输出）和看门狗、9个边沿或电平触发的外部中断引脚。片内晶体振荡电路支持频率为1~30 MHz。通过片内PLL可实现最高为60 MHz的微控制器操作频率。PLL的稳定时间为100 μs。
在本设计中使用LPC2132和LEA4H GPS接收机组成一个时统设备的发送端。GPS接收机通过UART口，每秒钟向微控制器发送1次数据，1PPS脉冲信号接入微控制器的外部中断EINT0。温度传感器TCN75采集周围的环境温度，并通过I2C总线把温度数据传送给微控制器。二阶低通滤波电路对D/A转换器输出的波形进行整形。微控制器维持一个本地时钟计数，产生毫秒、秒、分、时、天的时间，同时把时间信息按IRIGA码的格式编码。GPS时钟电路框图如图1所示。
图1 GPS时钟电路框图
微控制器根据1PPS信号不断检测本地晶振的频率，根据检测结果控制匹配寄存器的匹配值。微控制器内部32位定时计数器T0一直对本地晶振频率计数，捕获寄存器CR0在1PPS信号触发下装入当前的计数值；匹配寄存器MR0用于设置IRIG DC码波形的跳变沿和IRIG AC码采样点时刻，匹配寄存器MR1用于设置时间单元信号。软件编码设计框图如图2所示。
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