高精度GPS實(shí)時(shí)時(shí)鐘SD2421API在實(shí)時(shí)數據采集中的應用

　　1 引言

　　實(shí)時(shí)數據采集系統中，實(shí)時(shí)時(shí)鐘扮演著(zhù)重要的地位。但是，實(shí)時(shí)時(shí)鐘由于自身、環(huán)境等因素，長(cháng)時(shí)間走時(shí)會(huì )帶來(lái)累積誤差，在無(wú)人值守的戶(hù)外，因為不能對其進(jìn)行校準而經(jīng)常帶來(lái)設備故障。

　　GPS不僅可以提供地理信息應用于導航、防盜等，還可提供精準的時(shí)間信息，可應用于授時(shí)，但是GPS可能會(huì )在信號不佳的情況下，不能穩定提供時(shí)間信息，SD242API結合GPS精準授時(shí)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供穩定的時(shí)間這一特性，通過(guò)引入GPS信息對實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行校準，來(lái)提供精確的時(shí)間，即使在沒(méi)有GPS的情況，也能提供穩定的時(shí)間。

　　以下通過(guò)具體介紹來(lái)了解SD2421在實(shí)時(shí)數據采集系統中的應用。

　　2 概述

　　SD2421API是一種具有內置GPS校時(shí)電路、晶振、IIC串行接口的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片,

　　SD2421API芯片在無(wú)GPS校時(shí)的情況下，可保證時(shí)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(shí)的情況下，可保證時(shí)鐘精度為±50ms;且沒(méi)有累計誤差。

　　3 主要性能特點(diǎn)

　　● 超高精度：GPS校時(shí)精度<50ms,且沒(méi)有累計誤差。

　　● 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(shí)、分、秒的BCD碼輸入、輸出，并可以通過(guò)獨立的地址訪(fǎng)問(wèn)個(gè)時(shí)間寄存器。

　　● 閏年自動(dòng)調整功能(從2000年~2099年)。

　　● 可選擇12/24小時(shí)。

　　● 可設定并自動(dòng)重置的單路報警中斷功能(時(shí)間范圍最長(cháng)設至100年)，年、月、日、星期、時(shí)、分、秒報警共有96種組合方式，并有單事件報警和周期性報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(dòng)重置的8位倒計時(shí)定時(shí)器,可選從4種時(shí)鐘源(4096HZ、64HZ、1HZ、1/60HZ)。

　　● 內置時(shí)鐘精度數字調整功能，可通過(guò)程序來(lái)調整走時(shí)的快慢。用戶(hù)采用外置的溫度傳感器，設定適應溫度變化的調整值，可實(shí)現在寬溫范圍內高精度的計時(shí)功能。

　　● 43Bytes通用SRAM寄存器可用于存儲用戶(hù)的一般數據。

　　4 硬件設計

　　SD2421API模塊內部集成了電源管理，振蕩電路，充電電路，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，GPS校時(shí)電路，因此外圍電路極為簡(jiǎn)單，只需一個(gè)MCU和一根天線(xiàn)就可以實(shí)現相應功能。采用ATMEL公司的AT89S52單片機作為主控CPU，負責對SD2421進(jìn)行控制，SD2421API采用的是IIC通信，和一條忙線(xiàn)BUSY、一條GPS啟動(dòng)線(xiàn)GPS_EN，由于SDA、SCL模塊內部已經(jīng)上拉，單片機可以直接與模塊連接，外接天線(xiàn)采用有源天線(xiàn)，對于天線(xiàn)指標要求：

　　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設計時(shí)，應盡量縮短天線(xiàn)到模塊輸入腳的走線(xiàn)長(cháng)度，天線(xiàn)到模塊的輸入應采用50ohm阻抗的微帶線(xiàn)。

　　應用電路如圖1所示。

　　5 軟件設計

　　對GPS時(shí)間進(jìn)行校準都自動(dòng)在模塊內部完成，因此用戶(hù)軟件相對簡(jiǎn)單，在不啟動(dòng)校時(shí)時(shí)，只需使用數據線(xiàn)SDA和時(shí)鐘線(xiàn)SCL和BUSY線(xiàn)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，在每次對模塊進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，需要對BUSY線(xiàn)進(jìn)行判斷;當BUSY=1為高即為閑時(shí)，拉低BUSY置為忙，可以對模塊進(jìn)行讀寫(xiě)操作;當BUSY=0即為忙時(shí)，等待BUSY=1。

　　當需要啟動(dòng)GPS進(jìn)行時(shí)間校準時(shí)，在GPS_EN產(chǎn)生一個(gè)低脈沖，啟動(dòng)GPS，在啟動(dòng)GPS前，需先設置校時(shí)狀態(tài)寄存器14H，校時(shí)狀態(tài)寄存器說(shuō)明如表1所示。

　　6 14H寄存器說(shuō)明

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

　　TZ0-TZ3位：時(shí)區數據位，TZ_FLG，東西時(shí)區標志位:TZ_FLG=0，東時(shí)區;TZ_FLG=1，西時(shí)區;如80H表示東八區，A8H表示西十區，合法時(shí)區為東十二區-西十二區，非法時(shí)區統一糾正為東八區，必須在啟動(dòng)GPS校時(shí)前設置好此寄存器位。在啟動(dòng)之前先設置好校時(shí)時(shí)區，如北京時(shí)間寫(xiě)入80H，同時(shí)清零S1，S2，方便在啟動(dòng)GPS校時(shí)后對模塊校時(shí)狀態(tài)進(jìn)行查詢(xún)，當查詢(xún)到14H寄存器的低2為為3H時(shí)，則校時(shí)完成，同時(shí)內部GPS校時(shí)功能關(guān)閉。

　　如圖2為軟件流程圖。

　　校時(shí)完成之后，時(shí)間誤差<50ms。

　　7 結論

　　SD2421API在實(shí)時(shí)數據采集系統上面的應用，解決了普通實(shí)時(shí)時(shí)鐘走時(shí)帶來(lái)的累計誤差，不僅如此，SD2421API可以應用在很多對時(shí)間要求高的場(chǎng)所如電力系統，移動(dòng)基站等。，是一種實(shí)現高精度走時(shí)的低成本、穩定可靠的解決方案。

　　參考文獻：

　　[1]SD2421API.datasheet.

　　[2]何立民.單片機應用系統設計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社

　　[3]Kaplan E D，(邱致和,王萬(wàn)義,譯).GPS原理與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社

　　[4]沙占友，王彥朋，孟志永.單片機外圍電路設計[M].北京：電子工業(yè)出版社

　　[5]馬明建.數據采集與處理技術(shù)(第3版)[M].陜西：西安交通大學(xué)出版社