高精度GPS實時時鐘SD2421API在實時數據采集中的應用

摘要：針對實時數據采集系統中使用普通的實時時鐘會因自身、環境等因素長時間走時帶來的累積誤差而影響數據采集的實時性，使用高精度GPS實時時鐘SD2421API是一個成本、穩定可靠的解決方案，SD2421API模塊內部集成了電源管理，振蕩電路，充電電路，實時時鐘，GPS校時電路，校時內部自動完成，校時完成誤差<50ms。本文網絡版地址：http：//www. eepw.com.cn/article/235492.htm

關鍵詞：高精度；GPS校時；實時時鐘

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.3.016

1 引言

實時數據采集系統中，實時時鐘扮演著重要的地位。但是，實時時鐘由于自身、環境等因素，長時間走時會帶來累積誤差，在無人值守的戶外，因為不能對其進行校準而經常帶來設備故障。

GPS不僅可以提供地理信息應用于導航、防盜等，還可提供精準的時間信息，可應用于授時，但是GPS可能會在信號不佳的情況下，不能穩定提供時間信息，SD242API結合GPS精準授時和實時時鐘提供穩定的時間這一特性，通過引入GPS信息對實時時鐘進行校準，來提供精確的時間，即使在沒有GPS的情況，也能提供穩定的時間。

以下通過具體介紹來了解SD2421在實時數據采集系統中的應用。

2 概述

SD2421API是一種具有內置GPS校時電路、晶振、IIC串行接口的高精度實時時鐘芯片，

SD2421API芯片在無GPS校時的情況下，可保證時鐘精度為±5ppm（在25±1℃下），即年誤差小于2.5 分鐘；SD2421API芯片在有GPS校時的情況下，可保證時鐘精度為±50ms；且沒有累計誤差。

3 主要性能特點

● 超高精度：GPS校時精度<50ms，且沒有累計誤差。

● 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、分、秒的BCD碼輸入、輸出，并可以通過獨立的地址訪問個時間寄存器。

● 閏年自動調整功能（從2000年～2099年）。

● 可選擇12/24小時。

● 可設定并自動重置的單路報警中斷功能（時間范圍最長設至100年），年、月、日、星期、時、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。

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，實時時鐘，GPS校時電路，因此外圍電路極為簡單，只需一個MCU和一根天線就可以實現相應功能。采用ATMEL公司的AT89S52單片機作為主控CPU，負責對SD2421進行控制，SD2421API采用的是IIC通信，和一條忙線BUSY、一條GPS啟動線GPS_EN，由于SDA、SCL模塊內部已經上拉，單片機可以直接與模塊連接，外接天線采用有源天線，對于天線指標要求：

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，應盡量縮短天線到模塊輸入腳的走線長度，天線到模塊的輸入應采用50ohm阻抗的微帶線。

應用電路如圖1所示。

5 軟件設計

對GPS時間進行校準都自動在模塊內部完成，因此用戶軟件相對簡單，在不啟動校時時，只需使用數據線SDA和時鐘線SCL和BUSY線進行讀寫操作，在每次對模塊進行讀寫操作時，需要對BUSY線進行判斷；當BUSY=1為高即為閑時，拉低BUSY置為忙，可以對模塊進行讀寫操作；當BUSY=0即為忙時，等待BUSY=1。

當需要啟動GPS進行時間校準時，在GPS_EN產生一個低脈沖，啟動GPS，在啟動GPS前，需先設置校時狀態寄存器14H，校時狀態寄存器說明如表1所示。

6 14H寄存器說明

14H的低2位用來指示GPS校時的狀態，有3種狀態：正在校時，校時成功，校時失敗，如表2所示。

TZ0-TZ3位：時區數據位，TZ_ FLG，東西時區標志位：TZ_FLG=0，東時區；TZ_FLG=1，西時區；如80H表示東八區，A8H表示西十區，合法時區為東十二區-西十二區，非法時區統一糾正為東八區，必須在啟動GPS校時前設置好此寄存器位。在啟動之前先設置好校時時區，如北京時間寫入80H，同時清零S1，S2，方便在啟動GPS校時后對模塊校時狀態進行查詢，當查詢到14H寄存器的低2為為3H時，則校時完成，同時內部GPS校時功能關閉。

如圖2為軟件流程圖。

校時完成之后，時間誤差<50ms。

7 結論

SD2421API在實時數據采集系統上面的應用，解決了普通實時時鐘走時帶來的累計誤差，不僅如此，SD2421API可以應用在很多對時間要求高的場所如電力系統，移動基站等。，是一種實現高精度走時的低成本、穩定可靠的解決方案。

參考文獻：

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