CN110083049A - 一种导航系统的解码和精确授时方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种导航系统的解码和精确授时方法。采用了EPLD编程解码技术，将每个B码信号经过74LS123产生的信号与1PPS信号之间进行“与”运算，每秒将得到50个位移脉冲作为7个级联74LS164的时钟信号，B码信号输入到第一个74LS164的数据端；将对应时分秒74LS164的Q端用1PPS打入3组74LS374作为时分秒；3组74LS374再输入到2组74LS245中供CPU读取；使5MHz信号分别输入到4组74LS290进行分频以及2组74LS164的时钟端口中，分频后得到的1000Hz信号输入到2组74LS393中进行计数，得实时的毫秒数；2组74LS164分别使用1PPS信号和B码信号作为其输入，输出信号分别通过与1PPS信号相“与”和74LS290，可以得到1s信号和40Hz信号，实现了精确授时和多种同步信号的输出。本发明不仅可以精准的解码和授时，而且元器件通用简单，比较方便。
Description
技术领域
本发明属于数字电子技术领域，具体涉及一种导航系统的解码和精确授时方法。
背景技术
伴随着电力电子技术、数字电子技术和自动控制技术的发展，军事上、科学上、生活上对时钟的精准度要求越来越高，因此对于IRIG-B码的解码方法变得尤为重要。IRIG是英文Inter Range Instrumentation Group的缩写。它的执行委员会是由美国各靶场的代表，三军代表是由国防部、国家航空航天局和国家标准局的代表组成。它的职责是负责靶场间的信息交换，制订标准、协调设备的研制和协调靶场间的相互配合。目前，IRIG标准已成为国际上通用标准，在欧洲、美洲、中国等国家处得到了广泛的应用。
IRIG时间标准有两大类：一类是并行时间码格式，这类码由于是并行格式，传输距离较近，且是二进制，因此远不如串行格式广泛；另一类是串行时间码，共有六种格式，即A、B、D、E、G、H。它们的主要差别是时间码的帧速率不同，IRIG-B码即为其中的B型码。B型码的时帧速率为1帧/秒；可传递100位的信息。IRIG-B码具用以下主要特点：携带信息量大，经译码后可获得1、10、100、1000c/s的脉冲信号和BCD编码的时间信息及控制功能信息，高分辨率；而且经过调制后的IRIG-B码带宽，适用于远距离传输；其还具有标准化的接口，在国际上通用等特点。因此IRIG-B码得到广泛应用。
在过去的技术中，常常利用一个电压模拟信号，使其同频同相但不同幅度。再将其与IRIG-B模拟信号进行电压比较，通过这种方法来实现对IRIG-B码的解码。这个过程实施起来比较不便，而且产生误差的几率较大，精准度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种导航系统的解码和精确授时方法，进行实时IRIG-B码解码和精确授时。
本发明的目的是这样实现的：
一种导航系统的解码和精确授时方法，具体的实现步骤为：
步骤1.使用EPLD编程解码技术将RS-422接口接收的B码信号解码和精确授时，每个B码信号经过74LS123延时4ms产生的信号与1PPS信号之间进行“与”运算，每秒得到50个位移脉冲；
步骤2.将每秒50个位移脉冲作为7个级联74LS164的时钟信号，第一个74LS164的数据端接收B码信号；
步骤3.将第三个74LS164至第七个74LS164的部分引脚分别连接到第一个74LS374至第三个74LS164的输入端，作为时位、分位、秒位；
步骤4.将代表“时”的74LS374和代表“秒”的74LS374的输出端口相连，并与代表“分”的74LS374输出端口连接到2组74LS245中，输出到CPU；
步骤5.将5MHz晶体振荡器输出的5MHz信号分别输入到4组74LS290进行分频，将得到的1000Hz信号输入到2组74LS393中进行计数，输出实时的毫秒数；
步骤6.将5MHz信号分别输入到2组74LS164的时钟端口中，一组74LS164的输入信号为1PPS信号，其Q1端口的输出信号和1PPS信号相“与”输出1s信号；另一组74LS164的输入信号为B码信号，其Q3端口的输出信号输入到另一个74LS290的CP0端，采用之前得到的1s信号作为其复位端的输入信号，在其Q0端口输出40Hz的信号。
步骤1所述的每个B码信号经过74LS123延时4ms产生的信号为，B码信号每来一次上升沿，经过74LS123后，输出周期为10ms、宽度为4ms的矩形波信号。
步骤2所述的7个级联74LS164，前一个74LS164的Q7输出端与后一个74LS164的输入端相连接；将每个74LS164的两个数据端连接到一起，B码信号输入到第一个74LS164的数据端。
步骤3所述的时位、分位、秒位的端口连接关系为，将第三个74LS164的Q7和第四个74LS164的Q0连接到第一个74LS374的输入端D2、D3作为十时位；第四个74LS164的Q2、Q3、Q4、Q5连接到第一个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为时位；第五个74LS164的Q0、Q1、Q2连接到第二个74LS374的输入端D1、D2、D3作为十分位；第五个74LS164的Q4、Q5、Q6、Q7连接到第二个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为分位；第六个74LS164的Q1、Q2、Q3连接到第三个74LS374的输入端D1、D2、D3作为十秒位；第六个74LS164的Q5、Q6、Q7和第七个74LS164的Q0连接到第三个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为秒位。
步骤4的具体内容为将1PPS信号输入到代表时分秒的3组74LS374的时钟端口，再将第一组代表“时”的74LS374的输出信号O0至O7与第三组代表“秒”的74LS374的输出信号O0至O7对应连接，并与第二组代表“分”的74LS374的信号输入到2组74LS245中供CPU读取。
步骤5所述的具体内容为，第一个74LS290的CP1端接收5MHz的信号，并进行五分频，再将每个74LS290的Q3端连接至下一个74LS290的CP0端进行二分频，第二、第三和第四74LS290的Q0端连接到自身的CP1端进行五分频，由最后一个74LS290的Q3端输出1000Hz的信号输入到2组74LS393中，由第一个74LS393的A1端输入，每个74LS393的1QD端连接至自身的A2端，第一个74LS393的2QD端连接到第二个74LS393的A1端，所计数的16组输出信号锁存到2组74LS244中供CPU读取。
本发明的有益效果在于：本发明实现了对接收的时统B码进行精确解码和精确授时，实时解出时、分、秒；实现了多种同步信号的输出，可为其他设备提供同步信号使用；输出由1PPS清0的1ms计数值及50Hz中断信号；并接收外测HRP、FS中断信号输出给CPU中断控制器。
附图说明
图1为B码信号与1PPS信号的逻辑关系图。
图2为74LS123功能表。
图3为由B码信号延时4ms得到74LS164移位脉冲CLK1的时序关系图。
图4为74LS164的引脚图。
图5为74LS164时序图。
图6为从B码中解出时、分、秒的原理示意图。
图7为74LS374的引脚图。
图8为74LS290的引脚图。
图9为74LS393的引脚图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
实施例1
本发明的目的是提供一种可以进行实时IRIG-B码解码和精确授时方法的方法，采用了EPLD编程解码技术，为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明包括以下几个步骤：
第一步，标准B码信号每秒有100个码元，共包含10组信息，每组占10个码元。它包含有三种脉冲信号，如图1所示，2ms宽度的脉冲表示逻辑0，5ms的脉冲表示逻辑1，8ms脉冲表示每个码元的结束，也表示每个B码秒信号的起始，因此连续2个8ms的第二个8ms码元是秒信号的开始。在图1中，第一组连续10个码元是秒信号，起始码元为一个8ms的脉冲，接着是秒位(占4个码元)与十秒位(占3个码元)，秒和十秒位间隔一个无效码元，它用2ms脉冲补上，最后一个码元是8ms宽的脉冲；第二组连续10个码元就是分信号，其中分位占4个码元、十分位占3个码元，分和十分位间隔一个无效位，最后一个码元是8ms宽的脉冲，其他为无效码元；第三组连续10个码元起始是小时信号，其中时位占4个码元，十时位占2个码元，时和十时位间隔一个无效码元，最后一个码元是8ms宽的脉冲，其他为无效码元用2ms脉冲补上；后面依次是年、月、日、……。
1PPS信号为标准的1Hz的方波信号，下降沿与秒信号开始处(第一个8ms宽脉冲的上升沿对齐)，脉冲宽度的500ms，具体逻辑关系如图1所示。
第二步，将接收的B码信号输入到74LS123中，74LS123是常用的可重触发单稳态触发器，其功能表如图2所示，B码信号通过74LS123产生的信号会延迟4ms，并且B码信号每来一次上升沿，经过74LS123就会输出一个周期为10ms，宽度为4ms的矩形波，如图3所示。
第三步，将B码信号经过74LS123延时4ms产生的信号与1PPS信号相“与”每秒得到50个位移脉冲信号，作为7个级联74LS164的移位脉冲。74LS164是一个串入并出的8位移位寄存器，其引脚图和时序图如图4、图5所示。
第四步，将B码信号由第一个74LS164的数据端(俩个数据端连接到一起)进入，前一个74LS164的Q7输出端与后一个74LS164的输入端相连接；通过移位脉冲信号的触发，B码信号中大于5ms的码元作为1移入74LS164，小于5ms的码元作为0入74LS164，这与标准B码信号的传递的时间信息一致，从B码中分解出时分秒的原理示意图如图6所示。
第五步，将第三个74LS164的Q7和第四个74LS164的Q0连接到第一个74LS374的输入端D2、D3作为十时位；第四个74LS164的Q2、Q3、Q4、Q5连接到第一个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为时位；第五个74LS164的Q0、Q1、Q2连接到第二个74LS374的输入端D1、D2、D3作为十分位；第五个74LS164的Q4、Q5、Q6、Q7连接到第二个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为分位；
第六个74LS164的Q1、Q2、Q3连接到第三个74LS374的输入端D1、D2、D3作为十秒位；第六个74LS164的Q5、Q6、Q7和第七个74LS164的Q0连接到第三个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为秒位；74LS374是具有三态输出的八D边沿触发器，可以置数全并行存取，缓存控制输入，时钟输入可以有效改善抗扰度的滞后作用；其引脚图如图7所示。
第六步，将1PPS信号输入到代表时分秒的3组74LS374的时钟输入端中，改善抗扰度的滞后作用；再将第一组代表“时”的74LS374的输出信号O0至O7与第三组代表“秒”的74LS374的输出信号O0至O7一一对应连接到一起，与第二组代表“分”的74LS374一同输入到2组74LS245中供CPU读取；74LS245是八路同相三态双向总线收发器，可以双向传输数据，为防止总线负载过高，这里接入74LS245作为总线驱动器。
第七步，将5MHz晶体振荡器输出的5MHz信号输入到4组74LS290进行分频，其引脚图如图8所示。其中第一个74LS290的CP1端连接到5MHz的信号进行五分频，再将每个74LS290的Q3端连接至下一个74LS290的CP0端进行二分频，第二、第三和第四74LS290的Q0端连接到自身的CP1端进行五分频，就可以在最后一个74LS290的Q3输出端输出1000Hz的信号。
第八步，将1000Hz的信号输入到2组74LS393中进行计数，其引脚图如图9所示。由第一个74LS393的A1端输入，每个74LS393的1QD端连接至自身的A2端，第一个74LS393的2QD端连接到第二个74LS393的A1端，再将2组74LS393所计数的16组信号锁存到2组74LS244中供CPU读取，即可获得当时毫秒数的计数。
第九步，将5MHz晶体振荡器输出的5MHz信号输入到2组74LS164的时钟端口中，其中一组采用1PPS信号作为其输入，在其Q1端口输出信号再与1PPS信号相“与”得到1s信号；另一组采用B码信号作为其输入，其Q3端口输出的信号输入到另一个74LS290的CP0端，之前得到的1s信号作为其复位端的输入信号，就可以在输出端Q0得到40Hz的信号；增加了同步信号的输出，可为其他设备提供同步信号使用。
实施例2
本发明属于数字电子技术领域，具体涉及一种导航系统的解码和精确授时方法。可以进行实时的B码解码，分解出时分秒，并进行精确授时。采用了EPLD编程解码技术，将接收到的每个B码信号经过74LS123产生的信号与1PPS信号之间进行“与”运算，每秒将得到50个位移脉冲作为7个级联74LS164的时钟信号，B码信号输入到第一个74LS164的数据端；将对应时分秒74LS164的Q端用1PPS打入3组74LS374作为时分秒。3组74LS374再输入到2组74LS245中供CPU读取，即可完成对B码的解码。使5MHz信号分别输入到4组74LS290进行分频以及2组74LS164的时钟端口中，分频后得到的1000Hz信号输入到2组74LS393中进行计数，得实时的毫秒数；2组74LS164分别使用1PPS信号和B码信号作为其输入，输出信号分别通过与1PPS信号相“与”和74LS290，可以得到1s信号和40Hz信号，实现了精确授时和多种同步信号的输出。采用上述技术方案的本发明，不仅可以精准的解码和授时，而且元器件通用简单，比较方便。
第一步，将RS-422接口接收到的每个B码信号经过74LS123延时4ms产生信号，其中，B码信号每来一次上升沿，经过74LS123就会输出一个周期为10ms，宽度为4ms的矩形波。
第二步，将1PPS方波信号的下降沿与B码经过74LS123延时4ms产生信号的秒信号开始处(第一个8ms宽脉冲的上升沿对齐)对齐，B码信号经过74LS123延时4ms产生的信号与1PPS信号之间进行“与”运算，每秒将得到50个位移脉冲。
第三步，将每秒得到的50个位移脉冲作为7个级联74LS164的时钟信号，B码信号输入到第一个74LS164的数据端；前一个74LS164的Q7输出端与后一个74LS164的输入端相连接。
第四步，将第三个74LS164的Q7和第四个74LS164的Q0连接到第一个74LS374的输入端D2、D3作为十时位；第四个74LS164的Q2、Q3、Q4、Q5连接到第一个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为时位。
第五步，将第五个74LS164的Q0、Q1、Q2连接到第二个74LS374的输入端D1、D2、D3作为十分位；第五个74LS164的Q4、Q5、Q6、Q7连接到第二个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为分位。
第六步，将第六个74LS164的Q1、Q2、Q3连接到第三个74LS374的输入端D1、D2、D3作为十秒位；第六个74LS164的Q5、Q6、Q7和第七个74LS164的Q0连接到第三个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为秒位。
第七步，将1PPS信号输入到代表时分秒的3组74LS374的时钟输入端中，再将第一组代表“时”的74LS374的输出信号O0至O7和第三组代表“秒”的74LS374的输出信号O0至O7一一对应连接到一起，与第二组代表“分”的74LS374一同输入到2组74LS245中供CPU读取，即可完成对B码的解码,分解出时分秒，供系统读取。
第八步，将5MHz晶体振荡器输出的5MHz信号输入到4组74LS290进行分频，输出1000Hz的信号输入到2组74LS393中进行计数，由第一个74LS393的A1端输入，每个74LS393的1QD端连接至自身的A2端，第一个74LS393的2QD端连接到第二个74LS393的A1端，再将2组74LS393所计数的16组信号锁存到2组74LS244中供CPU读取，读出当时的毫秒数。
第九步，将5MHz晶体振荡器输出的5MHz信号输入到2组74LS164的时钟端口中，分别使用1PPS信号和B码信号作为其输入，前者Q1端口输出的信号再与1PPS信号相“与”获得1s信号；后者Q3端口输出的信号输入到另一个74LS290的CP0端，再将1s信号作为其复位端的输入信号，就可以在其输出端Q0得到40Hz的信号，实现了多种同步信号的输出，可为其他设备提供同步信号使用。
实施例3
一种导航系统的解码和精确授时方法，对RS-422接口接收的B码信号解码和精确授时使用了EPLD编程解码技术，将接收到的每个B码信号经过74LS123延时4ms产生的信号与1PPS信号之间进行“与”运算；产生的脉冲作为7个级联74LS164的时钟信号，B码信号输入到第一个74LS164的数据端；将第三个74LS164至第七个74LS164的部分引脚连接到三组74LS374的输入端分别作为时分秒；再将代表“时”的74LS374和代表“秒”的74LS374的输出信号对应连相连，与代表“分”的74LS374一同输入到2组74LS245中供CPU读取；使5MHz信号分别输入到4组74LS290进行分频得到的1000Hz信号输入到2组74LS393中进行计数，得实时的毫秒数；5MHz信号分别输入到2组74LS164的时钟端口中，2组74LS164分别使用1PPS信号和B码信号作为其输入，输出信号分别通过与1PPS信号相“与”和74LS290，可以得到1s信号和40Hz信号，完成了毫秒数的技术和多种同步信号的输出。
所述的将接收到的每个B码信号经过74LS123延时4ms产生的信号与1PPS信号之间进行“与”运算，B码信号通过74LS123产生的信号会延迟4ms，并且B码信号每来一次上升沿，经过74LS123就会输出一个周期为10ms，宽度为4ms的矩形波，产生信号与1PPS信号相“与”每秒得到50个位移脉冲信号。
产生的脉冲作为7个级联74LS164的时钟信号，B码信号输入到第一个74LS164的数据端，每秒得到50个位移脉冲信号作为7个级联74LS164的时钟信号，前一个74LS164的Q7输出端与后一个74LS164的输入端相连接；将每个74LS164的俩个数据端连接到一起，再将B码信号输入到第一个74LS164的数据端。
所述的将第三个74LS164至第七个74LS164的部分引脚连接到三组74LS374的输入端分别作为时分秒，将第三个74LS164的Q7和第四个74LS164的Q0连接到第一个74LS374的输入端D2、D3作为十时位；第四个74LS164的Q2、Q3、Q4、Q5连接到第一个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为时位；第五个74LS164的Q0、Q1、Q2连接到第二个74LS374的输入端D1、D2、D3作为十分位；第五个74LS164的Q4、Q5、Q6、Q7连接到第二个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为分位；第六个74LS164的Q1、Q2、Q3连接到第三个74LS374的输入端D1、D2、D3作为十秒位；第六个74LS164的Q5、Q6、Q7和第七个74LS164的Q0连接到第三个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为秒位。
所述的再将代表“时”的74LS374和代表“秒”的74LS374的输出信号对应连相连，与代表“分”的74LS374一同输入到2组74LS245中供CPU读取，于将1PPS信号输入到代表时分秒的3组74LS374的时钟输入端中，再将第一组代表“时”的74LS374的输出信号O0至O7与第三组代表“秒”的74LS374的输出信号O0至O7一一对应连接到一起，与第二组代表“分”的74LS374一同输入到2组74LS245中供CPU读取。
所述的使5MHz信号分别输入到4组74LS290进行分频得到的1000Hz信号输入到2组74LS393中进行计数，得实时的毫秒数，第一个74LS290的CP1端连接到5MHz的信号进行五分频，再将每个74LS290的Q3端连接至下一个74LS290的CP0端进行二分频，第二、第三和第四74LS290的Q0端连接到自身的CP1端进行五分频，由最后一个74LS290的Q3端输出1000Hz的信号输入到2组74LS393中，由第一个74LS393的A1端输入，每个74LS393的1QD端连接至自身的A2端，第一个74LS393的2QD端连接到第二个74LS393的A1端，所计数的16组输出信号锁存到2组74LS244中供CPU读取。
所述的5MHz信号分别输入到2组74LS164的时钟端口中，2组74LS164分别使用1PPS信号和B码信号作为其输入，输出信号分别通过与1PPS信号相“与”和74LS290，可以得到1s信号和40Hz信号，其中一组74LS164采用1PPS信号作为其输入，在其Q1端口输出信号再与1PPS信号相“与”得到1s信号；另一组74LS164采用B码信号作为输入，Q3端口输出信号输入到另一个74LS290的CP0端，采用之前得到的1s信号作为其复位端的输入信号，在其输出端Q0就可以得到40Hz的信号。
Claims (6)
1.一种导航系统的解码和精确授时方法，其特征在于，具体的实现步骤为：
步骤1.使用EPLD编程解码技术将RS-422接口接收的B码信号解码和精确授时，每个B码信号经过74LS123延时4ms产生的信号与1PPS信号之间进行“与”运算，每秒得到50个位移脉冲；
步骤2.将每秒50个位移脉冲作为7个级联74LS164的时钟信号，第一个74LS164的数据端接收B码信号；
步骤3.将第三个74LS164至第七个74LS164的部分引脚分别连接到第一个74LS374至第三个74LS164的输入端，作为时位、分位、秒位；
步骤4.将代表“时”的74LS374和代表“秒”的74LS374的输出端口相连，并与代表“分”的74LS374输出端口连接到2组74LS245中，输出到CPU；
步骤5.将5MHz晶体振荡器输出的5MHz信号分别输入到4组74LS290进行分频，将得到的1000Hz信号输入到2组74LS393中进行计数，输出实时的毫秒数；
步骤6.将5MHz信号分别输入到2组74LS164的时钟端口中，一组74LS164的输入信号为1PPS信号，其Q1端口的输出信号和1PPS信号相“与”输出1s信号；另一组74LS164的输入信号为B码信号，其Q3端口的输出信号输入到另一个74LS290的CP0端，采用之前得到的1s信号作为其复位端的输入信号，在其Q0端口输出40Hz的信号。
2.根据权利要求1所述的一种导航系统的解码和精确授时方法，其特征在于：步骤1所述的每个B码信号经过74LS123延时4ms产生的信号为，B码信号每来一次上升沿，经过74LS123后，输出周期为10ms、宽度为4ms的矩形波信号。
3.根据权利要求1所述的一种导航系统的解码和精确授时方法，其特征在于：步骤2所述的7个级联74LS164，前一个74LS164的Q7输出端与后一个74LS164的输入端相连接；将每个74LS164的两个数据端连接到一起，B码信号输入到第一个74LS164的数据端。
4.根据权利要求1所述的一种导航系统的解码和精确授时方法，其特征在于：步骤3所述的时位、分位、秒位的端口连接关系为，将第三个74LS164的Q7和第四个74LS164的Q0连接到第一个74LS374的输入端D2、D3作为十时位；第四个74LS164的Q2、Q3、Q4、Q5连接到第一个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为时位；第五个74LS164的Q0、Q1、Q2连接到第二个74LS374的输入端D1、D2、D3作为十分位；第五个74LS164的Q4、Q5、Q6、Q7连接到第二个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为分位；第六个74LS164的Q1、Q2、Q3连接到第三个74LS374的输入端D1、D2、D3作为十秒位；第六个74LS164的Q5、Q6、Q7和第七个74LS164的Q0连接到第三个74LS374的输入端D4、D5、D6、D7作为秒位。
5.根据权利要求1所述的一种导航系统的解码和精确授时方法，其特征在于：步骤4的具体内容为将1PPS信号输入到代表时分秒的3组74LS374的时钟端口，再将第一组代表“时”的74LS374的输出信号O0至O7与第三组代表“秒”的74LS374的输出信号O0至O7对应连接，并与第二组代表“分”的74LS374的信号输入到2组74LS245中供CPU读取。
6.根据权利要求1所述的一种导航系统的解码和精确授时方法，其特征在于：步骤5所述的具体内容为，第一个74LS290的CP1端接收5MHz的信号，并进行五分频，再将每个74LS290的Q3端连接至下一个74LS290的CP0端进行二分频，第二、第三和第四74LS290的Q0端连接到自身的CP1端进行五分频，由最后一个74LS290的Q3端输出1000Hz的信号输入到2组74LS393中，由第一个74LS393的A1端输入，每个74LS393的1QD端连接至自身的A2端，第一个74LS393的2QD端连接到第二个74LS393的A1端，所计数的16组输出信号锁存到2组74LS244中供CPU读取。
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