CN108599758B - 基于gps产生高精度触发脉冲的算法及装置 - Google Patents

基于gps产生高精度触发脉冲的算法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于GPS产生高精度触发脉冲的算法及装置，其技术方案是：以标称频率为目标频率的N倍的有源晶振的实际输出脉冲为基础，以GPS模块的秒脉冲为基准，计算出有源晶振的实际输出脉冲数和目标脉冲频率的N倍的频率的差值，用可编辑逻辑器件CPLD将这个频率的差值均分到分频的脉冲群里，所述目标脉冲频率即是高精度的触发脉冲频率。本发明采用GPS秒信号作为基准，使产生的触发脉冲的精度有了保证，并且采用插补脉冲的算法，使触发脉冲的均匀度非常高，另外采用温度补偿算法，保证了GPS短期丢星也能稳定的工作。

Description

基于GPS产生高精度触发脉冲的算法及装置
技术领域：
本发明涉及一种脉冲发生方法，特别是涉及一种基于GPS产生高精度触发脉冲的算法及加工装置。
背景技术：
在进行数据采集时，为了后期对数据进行对比处理等相关性的运算，对模拟信号进行采样时，对触发脉冲的精度要求必须很高，包括多台采集设备采集的波形的初始相位的绝对时刻和采样时间间隔，而普通的装置很难达到要求。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用GPS输出的秒信号、在单片机结合CPLD、利用独特算法且能够实现高精度触发脉冲的基于GPS产生高精度触发脉冲的算法及装置，以保证多台分布式采集器采集到的波形数据的初始相位绝对一致。
本发明的技术方案是：
一种基于GPS产生高精度触发脉冲的算法，以标称频率为目标频率的N倍的有源晶振的实际输出脉冲为基础，以GPS模块的秒脉冲为基准，计算出有源晶振的实际输出脉冲数和目标脉冲频率的N倍的频率的差值，用可编辑逻辑器件CPLD将这个频率的差值均分到分频的脉冲群里，所述目标脉冲频率即是高精度的触发脉冲频率。
在允许的工作温度范围内，在环境温度每变化0.1度时记录下有源晶振的频率，制作一个温度-频率对应表格；当GPS失星时，没有秒信号输出了，单片机会根据当下的环境温度，查表得到一个频率值，每当有源晶振输出这个数值的脉冲时，就是一个准确的秒信号，可以用插补算法得到精准的触发脉冲。
脉冲插补算法是利用GPS高精度的秒信号，对有源晶振的脉冲进行计数，得到有源晶振每秒钟输出的脉冲数，并和N倍的目标脉冲频率进行比较，将得到的误差脉冲，均分到对有源晶振的输出脉冲N分频的过程中，从而使目标脉冲的间隔均匀；
目标脉冲每秒钟的个数为M，有源晶振理想的每秒钟输出脉冲个数为JL，则JL=N*M，有源晶振每秒钟实际输出脉冲个数为JS，有源晶振每秒钟理想的和实际的输出脉冲个数的差为W，即，W=JL-JS；
M 除以 W得商1和余数1，
M 除以商1得商2和余数2，
M 除以商2得商3 和余数3，
以此类推，当余数小于或等于2时为结束条件，商1、商2、商3……商n为插补节数，标记为C 1，C 2……C n。
可编辑逻辑器件CPLD对有源晶振输出频率 JZPL进行分频系数为M 的分频，在无插补时每N个有源晶振脉冲输出一个目标脉冲，当输出目标频率计数值为C1，C 2……C n-1的倍数时，对有源晶振的脉冲输出进行插补，即那一时刻为N+1或N-1个有源晶振脉冲输出一个目标脉冲；当C为2时，在M/2处和M处加1，当C 为1时，在M/2处加1，为0时不处理，这样就把误差脉冲均匀分布到目标脉冲里了。
单片机周期性的采集环境温度，并记录当时的有源晶振的实际输出脉冲数和目标频率的N倍的频率的差值，建立一个对应表格，当GPS失星期间，得不到秒脉冲的情况下，不会因为环境温度的变化导致输出脉冲精度降低，此为温度补偿算法。
一种基于GPS产生高精度触发脉冲的装置，包括GPS模块、单片机和温度传感器，所述单片机和可编辑逻辑器件CPLD相互连接，所述GPS模块分别与所述单片机和可编辑逻辑器件CPLD连接，所述可编辑逻辑器件CPLD与有源晶振连接，所述单片机与所述温度传感器连接，利用GPS模块输出的高精度的秒脉冲信号，通过可编辑逻辑器件CPLD和所述单片机，产生不间断的、恒定的、高精度的触发脉冲，通过建立环境温度和时钟频率的模型，有效地消除了环境温度对脉冲精度的影响，保证在复杂环境温度下输出高精度的脉冲。
所述单片机采用STM32系列的32位单片机。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用GPS秒信号作为基准，使产生的触发脉冲的精度有了保证，并且采用插补脉冲的算法，使触发脉冲的均匀度非常高。
2、本发明所使用的算法能够使用普通精度的有源晶振也可以达到高精度的脉冲输出，并且采用温度补偿算法，保证了GPS短期丢星也能稳定的工作。
3、本发明设计合理、容易实施，能够实现高精度触发脉冲的，易于推广实施，具有良好的经济效益。
附图说明：
图1为基于GPS产生高精度触发脉冲的装置的结构示意图；
图2为产生高精度触发脉冲的示意图。
具体实施方式：
实施例： 基于GPS产生高精度触发脉冲的算法及装置，其技术方案是：以标称频率为目标频率的N倍的有源晶振的实际输出脉冲为基础，以GPS模块的秒脉冲为基准，计算出有源晶振的实际输出脉冲数和目标脉冲频率的N倍的频率的差值，用可编辑逻辑器件CPLD将这个频率的差值均分到分频的脉冲群里，所述目标脉冲频率即是高精度的触发脉冲频率。
在允许的工作温度范围内，在环境温度每变化0.1度时记录下有源晶振的频率，制作一个温度-频率对应表格；当GPS失星时，没有秒信号输出了，单片机会根据当下的环境温度，查表得到一个频率值，每当有源晶振输出这个数值的脉冲时，就是一个准确的秒信号，可以用插补算法得到精准的触发脉冲。
脉冲插补算法是利用GPS高精度的秒信号，对有源晶振的脉冲进行计数，得到有源晶振每秒钟输出的脉冲数，并和N倍的目标脉冲频率进行比较，将得到的误差脉冲，均分到对有源晶振的输出脉冲N分频的过程中，从而使目标脉冲的间隔均匀；
目标脉冲每秒钟的个数为M，有源晶振理想的每秒钟输出脉冲个数为JL，则JL=N*M，有源晶振每秒钟实际输出脉冲个数为JS，有源晶振每秒钟理想的和实际的输出脉冲个数的差为W，即，W=JL-JS；
M 除以 W得商1和余数1，
M 除以商1得商2和余数2，
M 除以商2得商3 和余数3，
以此类推，当余数小于或等于2时为结束条件，商1、商2、商3……商n为插补节数，标记为C 1，C 2……C n。
可编辑逻辑器件CPLD对有源晶振输出频率 JZPL进行分频系数为M 的分频，在无插补时每N个有源晶振脉冲输出一个目标脉冲，当输出目标频率计数值为C1，C 2……C n-1的倍数时，对有源晶振的脉冲输出进行插补，即那一时刻为N+1或N-1个有源晶振脉冲输出一个目标脉冲；当C为2时，在M/2处和M处加1，当C 为1时，在M/2处加1，为0时不处理，这样就把误差脉冲均匀分布到目标脉冲里了。
单片机周期性的采集环境温度，并记录当时的有源晶振的实际输出脉冲数和目标频率的N倍的频率的差值，建立一个对应表格，当GPS失星期间，得不到秒脉冲的情况下，不会因为环境温度的变化导致输出脉冲精度降低，此为温度补偿算法。
本发明利用GPS模块输出的高精度的秒脉冲信号，通过可编辑逻辑器件CPLD和所述单片机，产生不间断的、恒定的、高精度的触发脉冲，通过建立环境温度和时钟频率的模型，有效地消除了环境温度对脉冲精度的影响，保证在复杂环境温度下输出高精度的脉冲。单片机采用STM32系列的32位单片机。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种基于GPS产生高精度触发脉冲的方法，其特征是：以标称频率为目标频率的N倍的有源晶振的实际输出脉冲为基础，以GPS模块的秒脉冲为基准，计算出有源晶振的实际输出脉冲数和目标脉冲频率的N倍的频率的差值，用可编辑逻辑器件CPLD将这个频率的差值均分到分频的脉冲群里，所述目标脉冲频率即是高精度的触发脉冲频率；在允许的工作温度范围内，在环境温度每变化0.1度时记录下有源晶振的频率，制作一个温度-频率对应表格；当GPS失星时，没有秒信号输出了，单片机会根据当下的环境温度，查表得到一个频率值，每当有源晶振输出这个数值的脉冲时，就是一个准确的秒信号，用脉冲 插补算法得到精准的触发脉冲；脉冲插补算法是利用GPS高精度的秒信号，对有源晶振的脉冲进行计数，得到有源晶振每秒钟输出的脉冲数，并和N倍的目标脉冲频率进行比较，将得到的误差脉冲，均分到对有源晶振的输出脉冲N分频的过程中，从而使目标脉冲的间隔均匀；
目标脉冲每秒钟的个数为M，有源晶振理想的每秒钟输出脉冲个数为JL，则JL=N*M，有源晶振每秒钟实际输出脉冲个数为JS，有源晶振每秒钟理想的和实际的输出脉冲个数的差为W，即，W=JL-JS；
M 除以 W得商1和余数1，
M 除以商1得商2和余数2，
M 除以商2得商3 和余数3，
以此类推，当余数小于或等于2时为结束条件，商1、商2、商3……商n为插补节数，标记为C 1，C 2……C n。
2.根据权利要求1所述的基于GPS产生高精度触发脉冲的方法，其特征是：可编辑逻辑器件CPLD对有源晶振输出频率 JZPL进行分频系数为M 的分频，在无脉冲插补时每N个有源晶振脉冲输出一个目标脉冲，当输出目标频率计数值为C1，C 2……C n-1的倍数时，对有源晶振的脉冲输出进行脉冲插补，即那一时刻为N+1或N-1个有源晶振脉冲输出一个目标脉冲。
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