專利名稱：基于gps的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及時(shí)鐘同步裝置，尤其涉及一種基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置。
背景技術(shù)：
時(shí)鐘同步是分布式系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，其目的是維護(hù)ー個(gè)全局一致的物理或邏輯時(shí)鐘，以使系統(tǒng)中的消息、事件及各節(jié)點(diǎn)與時(shí)間有關(guān)的行為有ー個(gè)全局一致的解釋，以確保節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收消息在時(shí)間邏輯上是完全正確的。目前，GPS設(shè)備廣泛應(yīng)用于分布式電子設(shè)備系統(tǒng)中，用于實(shí)現(xiàn)各分布式単元的時(shí)鐘同歩。對(duì)于各分布式単元在物理距離上相隔不遠(yuǎn)的情況下，多采用把各單元掛接在同一個(gè)總線(如485總線)上，來(lái)為各單元提供GPS時(shí)鐘信號(hào)。但是在這種情況下，如果此總線發(fā)生斷線及其他故障，各単元出現(xiàn)同步失效的概率將大大増加。如果把每ー個(gè)分布式単元分別與GPS設(shè)備連接，則將大大增加建設(shè)此分布式電子設(shè)備系統(tǒng)的成本。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，在輸出端同時(shí)產(chǎn)生多路標(biāo)準(zhǔn)GPS差分信號(hào)輸出對(duì)(時(shí)標(biāo)信號(hào)與脈沖信號(hào))，并實(shí)現(xiàn)了GPS時(shí)鐘信號(hào)和本地時(shí)鐘信號(hào)的無(wú)縫自主切換。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，通過(guò)在此時(shí)鐘同步裝置的輸出端產(chǎn)生多路時(shí)鐘信號(hào)以減少每一路上掛接的分布單元的數(shù)量，從而減少各個(gè)單元同步失效的概率；通過(guò)把GPS時(shí)鐘信號(hào)同步到本地時(shí)鐘，以實(shí)現(xiàn)GPS時(shí)鐘信號(hào)和本地時(shí)鐘信號(hào)的無(wú)縫自主切換。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，其特征在于，包括GPS信號(hào)接收天線、GPS模塊、CPU模塊、本地時(shí)鐘模塊、切換邏輯模塊、切換邏輯開(kāi)關(guān)、晶體振蕩器、第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊；所述GPS信號(hào)接收天線連接在所述GPS模塊的輸入端，所述GPS模塊的時(shí)標(biāo)輸出端與所述CPU模塊相連，所述GPS模塊的脈沖輸出端與所述切換邏輯模塊的輸入端和所述本地時(shí)鐘模塊相連，所述本地時(shí)鐘模塊通過(guò)雙向數(shù)據(jù)總線與所述CPU模塊相連，所述切換邏輯模塊的輸出端與所述切換邏輯開(kāi)關(guān)的控制端相連，所述本地時(shí)鐘模塊的時(shí)標(biāo)輸出端和所述CPU模塊的時(shí)標(biāo)輸出端通過(guò)所述切換邏輯開(kāi)關(guān)與所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，所述本地時(shí)鐘模塊的脈沖輸出端和所述GPS模塊的脈沖輸出端通過(guò)所述切換邏輯開(kāi)關(guān)與所述第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊相連，所述晶體振蕩器的輸出端接入所述本地時(shí)鐘模塊和所述切換邏輯模塊。進(jìn)ー步地，所述晶體振蕩器的振蕩頻率為60MHz。進(jìn)ー步地,所述本地時(shí)鐘模塊由FPGA芯片的內(nèi)部時(shí)鐘單元構(gòu)成。進(jìn)ー步地，所述切換邏輯模塊和所述切換邏輯開(kāi)關(guān)由所述FPGA芯片的可編程邏輯單元構(gòu)成。[0010]進(jìn)ー步地，所述本地時(shí)鐘模塊包含第一計(jì)數(shù)器，所述第一計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率是所述晶體振蕩器的振蕩頻率。進(jìn)ー步地，所述第一計(jì)數(shù)器是遞減計(jì)數(shù)器。進(jìn)ー步地，所述切換邏輯模塊包含第二計(jì)數(shù)器，所述第二計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率是所述晶體振蕩器的振蕩頻率。進(jìn)ー步地，所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端為八通道信號(hào)輸出端。進(jìn)ー步地，所述第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端為八通道信號(hào)輸出端。在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式中，GPS信號(hào)接收天線接收到的GPS時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入GPS模塊,被分為GPS時(shí)標(biāo)信號(hào)和GPS脈沖信號(hào),分別從GPS模塊的時(shí)標(biāo)輸出端和脈沖輸出端輸出。其中，GPS時(shí)標(biāo)信號(hào)進(jìn)入CPU模塊，通過(guò)軟件轉(zhuǎn)化為符合格式的時(shí)標(biāo)信號(hào)(包括 年、月、日、吋、分)。GPS脈沖信號(hào)進(jìn)入本地時(shí)鐘模塊，觸發(fā)本地時(shí)鐘模塊的第一計(jì)數(shù)器，使本地時(shí)鐘的脈沖信號(hào)與GPS的脈沖信號(hào)同步,并使本地時(shí)鐘的時(shí)標(biāo)信號(hào)與CPU模塊的時(shí)標(biāo)信號(hào)同歩。同時(shí)，此GPS的脈沖信號(hào)進(jìn)入切換邏輯模塊，清零切換邏輯模塊的第二計(jì)數(shù)器，切換邏輯模塊控制切換邏輯開(kāi)關(guān)使CPU模塊的時(shí)標(biāo)信號(hào)進(jìn)入第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，并使GPS的脈沖信號(hào)進(jìn)入第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。如果在第二計(jì)數(shù)器的設(shè)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有GPS的脈沖信號(hào)進(jìn)入，則切換邏輯模塊控制切換邏輯開(kāi)關(guān)使本地時(shí)鐘模塊的時(shí)標(biāo)信號(hào)進(jìn)入第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，并使本地時(shí)鐘模塊的脈沖信號(hào)進(jìn)入第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。CPU模塊的時(shí)標(biāo)信號(hào)(或者本地時(shí)鐘模塊的時(shí)標(biāo)信號(hào))從第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的八個(gè)輸出通道被多路輸出。GPS的脈沖信號(hào)(或者本地時(shí)鐘模塊的脈沖信號(hào))從第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的八個(gè)輸出通道被多路輸出。這樣，在本裝置的輸出端同時(shí)產(chǎn)生了多路標(biāo)準(zhǔn)GPS差分信號(hào)輸出對(duì)(時(shí)標(biāo)信號(hào)與脈沖信號(hào))。可見(jiàn)，本實(shí)用新型的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置的輸出端同時(shí)產(chǎn)生多路時(shí)鐘信號(hào)，可以用諸如485總線的多路總線分別連接傳送，因此減少了每ー總線上掛接的分布單元的數(shù)量，這樣可以使得各個(gè)單元同步失效的概率大大減少，從而提高系統(tǒng)的可靠性。本實(shí)用新型的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置將GPS時(shí)鐘信號(hào)同步到本地時(shí)鐘，因此當(dāng)外部GPS時(shí)鐘信號(hào)短時(shí)丟失時(shí)，本地時(shí)鐘可以繼續(xù)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)，使得各個(gè)分布単元仍處于同步狀態(tài)，而當(dāng)外部GPS時(shí)鐘信號(hào)恢復(fù)后，則立刻恢復(fù)根據(jù)GPS時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘同步，從而實(shí)現(xiàn)了 GPS時(shí)鐘信號(hào)和本地時(shí)鐘信號(hào)的無(wú)縫自主切換。以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)ー步說(shuō)明，以充分地了解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。

圖I是本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置的示意圖。圖2是本實(shí)用新型的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置的GPS的脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘模塊的脈沖信號(hào)的同步以及切換輸出的時(shí)序示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例提供了一種基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，包括GPS信號(hào)接收天線I、GPS模塊2、CPU模塊3、本地時(shí)鐘模塊41、切換邏輯模塊42、切換邏輯開(kāi)關(guān)43和44、晶體振蕩器(未圖示)、第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊5和第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊6。其中，GPS信號(hào)接收天線I連接在GPS模塊2的輸入端，GPS模塊2的時(shí)標(biāo)輸出端與CPU模塊3相連，GPS模塊2的脈沖輸出端與切換邏輯模塊42的輸入端和本地時(shí)鐘模塊41相連，本地時(shí)鐘模塊41通過(guò)雙向數(shù)據(jù)總線與CPU模塊3相連，切換邏輯模塊42的輸出端與切換邏輯開(kāi)關(guān)43和44的控制端相連，本地時(shí)鐘模塊41的時(shí)標(biāo)輸出端和CPU模塊3的時(shí)標(biāo)輸出端分別通過(guò)切換邏輯開(kāi)關(guān)43的觸點(diǎn)Ia和Ib與第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊5的輸入端相連，第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊5的輸出端為八通道信號(hào)輸出端，輸出通道分別為GPS-HME1、GPS-HME2、. . .、GPS-TIME8ο本地時(shí)鐘模塊41的脈沖輸出端和GPS模塊2的脈沖輸出端通過(guò)切換邏輯開(kāi)關(guān)44的觸點(diǎn)2a和2b與第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊6相連，第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊6的輸出端為八通道信號(hào)輸出端，輸出通道分別為GPS-PULSE1、GPS-PULSE2、. . .、GPS_PULSE8。晶體振蕩器的輸出端接入本地時(shí)鐘模塊41和切換邏輯模塊42。在本實(shí)施例中，本地時(shí)鐘模塊41、切換邏輯模塊42及切換邏輯開(kāi)關(guān)43和44由 FPGA芯片4構(gòu)成。其中，F(xiàn)PGA芯片4的內(nèi)部時(shí)鐘單元構(gòu)成本地時(shí)鐘模塊41，F(xiàn)PGA芯片4的可編程邏輯單元構(gòu)成切換邏輯模塊42及切換邏輯開(kāi)關(guān)43和44。晶體振蕩器是FPGA芯片4的外部晶振,振蕩頻率為60MHz。GPS信號(hào)接收天線I接收到的GPS時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入GPS模塊2后，被分為GPS時(shí)標(biāo)(TIME)信號(hào)和GPS脈沖(PULSE)信號(hào)兩部分，分別從GPS模塊2的時(shí)標(biāo)輸出端和脈沖輸出端輸出，其中，GPS時(shí)標(biāo)信號(hào)包含時(shí)間的年、月、日、時(shí)、分的信息，GPS脈沖信號(hào)是秒脈沖(PPS)。GPS時(shí)標(biāo)信號(hào)進(jìn)入CPU模塊3后，通過(guò)CPU模塊3內(nèi)的軟件轉(zhuǎn)化為符合時(shí)標(biāo)格式(參見(jiàn)表I)的時(shí)標(biāo)信號(hào)。如表I所示，時(shí)標(biāo)格式為“$GPZDA, hhmmss. ss, day, month, year,ltzh, ltzn*cs〈CRXLF>”。例如，“ $GPZDA，082710. 00，16，09，2002，00，00*64” 是ー個(gè)符合時(shí)標(biāo)格式的時(shí)標(biāo)信號(hào)，表示的時(shí)間是UTC時(shí)間的2002年、9月、16日、08時(shí)、27分、10秒、00毫秒。表I.時(shí)標(biāo)格式及示例
權(quán)利要求1.一種基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，其特征在于，包括GPS信號(hào)接收天線、GPS模塊、CPU模塊、本地時(shí)鐘模塊、切換邏輯模塊、切換邏輯開(kāi)關(guān)、晶體振蕩器、第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊；所述GPS信號(hào)接收天線連接在所述GPS模塊的輸入端，所述GPS模塊的時(shí)標(biāo)輸出端與所述CPU模塊相連，所述GPS模塊的脈沖輸出端與所述切換邏輯模塊的輸入端和所述本地時(shí)鐘模塊相連，所述本地時(shí)鐘模塊通過(guò)雙向數(shù)據(jù)總線與所述CPU模塊相連，所述切換邏輯模塊的輸出端與所述切換邏輯開(kāi)關(guān)的控制端相連，所述本地時(shí)鐘模塊的時(shí)標(biāo)輸出端和所述CPU模塊的時(shí)標(biāo)輸出端通過(guò)所述切換邏輯開(kāi)關(guān)與所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，所述本地時(shí)鐘模塊的脈沖輸出端和所述GPS模塊的脈沖輸出端通過(guò)所述切換邏輯開(kāi)關(guān)與所述第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊相連，所述晶體振蕩器的輸出端接入所述本地時(shí)鐘模塊和所述切換邏輯模塊。
2.如權(quán)利要求I所述的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，其中所述晶體振蕩器的振蕩頻率為60MHz。
3.如權(quán)利要求I或2所述的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，其中所述本地時(shí)鐘模塊由FPGA芯片的內(nèi)部時(shí)鐘單元構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求I或2所述的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，其中所述切換邏輯模塊和所述切換邏輯開(kāi)關(guān)由所述FPGA芯片的可編程邏輯單元構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求3所述的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，其中所述本地時(shí)鐘模塊包含第一計(jì)數(shù)器，所述第一計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率是所述晶體振蕩器的振蕩頻率。
6.如權(quán)利要求5所述的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，其中所述第一計(jì)數(shù)器是遞減計(jì)數(shù)器。
7.如權(quán)利要求4所述的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，其中所述切換邏輯模塊包含第二計(jì)數(shù)器，所述第二計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率是所述晶體振蕩器的振蕩頻率。
8.如權(quán)利要求I或2所述的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，其中所述第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端為八通道信號(hào)輸出端。
9.如權(quán)利要求I或2所述的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，其中所述第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端為八通道信號(hào)輸出端。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置，包括GPS信號(hào)接收天線、GPS模塊、CPU模塊、本地時(shí)鐘模塊、切換邏輯模塊、切換邏輯開(kāi)關(guān)、晶體振蕩器、第一信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和第二信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊。本實(shí)用新型的基于GPS的自適應(yīng)多路輸出時(shí)鐘同步裝置能同時(shí)產(chǎn)生多路標(biāo)準(zhǔn)GPS差分信號(hào)輸出對(duì)(時(shí)標(biāo)信號(hào)與脈沖信號(hào))，并實(shí)現(xiàn)GPS時(shí)鐘信號(hào)和本地時(shí)鐘信號(hào)的無(wú)縫自主切換。
文檔編號(hào)H04L7/00GK202424735SQ201220001470
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者李培植, 馬呈祥 申請(qǐng)人:上海新華控制技術(shù)(集團(tuán))有限公司