基于GPS的标准时钟系统的设计与实现

论文摘要

近几年来,随着科学技术的进步和时代的发展,人们对时间精度提出了越来越高的要求,特别是在国防、科研及电力、铁道、交通、航海等方面,所以,研制高精度的标准时钟系统已越来越重要。全球定位系统(GPS)标准时钟的应用也越来越广泛,人们正在探索利用它卓越的时间同步性能开发电力系统监测、保护和控制的各种新方法。本论文阐释了GPS全球定位系统及其授时原理,研究了GPS标准时钟系统的结构,并结合目前的市场需求及实际应用研究并设计一种GPS标准时钟系统。本论文所研究的GPS标准时钟系统主要包括GPS接收机模块,GPS天线以及核心控制系统。其中,GPS接收机采用了高性能的GPS OEM板,而核心控制系统是这个系统设计的核心部分,包括硬件系统和软件系统。它实现了通过串口对GPS时间信息的提取、在点阵液晶显示屏上显示时间信息及特定参数、通过串口将时间信息转换成约定的格式输出、利用可编程逻辑阵列并结合单片机产生1PPM和1PPH信号、测量市交流电的工频频率以及周波时钟等功能。经过实验证明,本文所设计的GPS标准时钟系统在秒脉冲、分钟脉冲以及小时脉冲的输出精度,将时间信息进行扩展输出,电磁兼容性,稳定性等方面都达到了设计任务要求的性能指标。该GPS标准时间扩展时钟系统广泛应用于电力系统,大、中、小型计算机网络系统,数据采集系统,环境监控系统,铁路系统,交能系统,广播电视系统,以及其他需要精准标准时钟的民用和军用领域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题关键技术以及研究现状
• 1.3 本文主要工作以及组织结构
• 2 系统总体方案设计
• 2.1 系统总体功能设计
• 2.2 系统总体框架设计
• 3 硬件系统设计
• 3.1 硬件资源分配及中心处理单元电路设计
• 3.2 GPS 模块电路设计
• 3.3 测频模块电路设计
• 3.4 显示与键盘模块电路设计
• 3.5 PPM、PPH 产生电路
• 3.6 光隔离电路设计
• 4 软件系统设计
• 4.1 软件开发工具 KeilC51 介绍
• 4.2 软件系统构架设计
• 4.3 液晶显示与键盘程序设计
• 4.4 测频程序设计
• 4.5 GPS 接收模块程序设计
• 4.6 串口输出程序设计
• 4.7 IRIG-B 信号输出程序设计
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献