2.2 GPS授时原理

        目前的定时型GPS接收机，在其内部时钟与GPS时间同步后，将给出与UCT时间同步的1 pps(秒脉冲)信号及其对应的时间代码，如图2所示。

        2.3 同步采样控制单元硬件

        在设计该模块时，选择Garmin 公司研制开发的GPS15L OEM板和单片机AT89C51分别作为GPS接收机和控制器。该模块体现了整个系统要用到的GPS授时技术，工作原理如下：系统上电复位后，单片机通过串口TXD实现对GPS15L板初始化，设置GPS接收机传送的数据格式。初始化完毕后，GPS15L板会给出相应信息，单片机识别到这些信息后，开始接收GPS15L板传送来的时间数据，并对它进行处理，将其转换成北京时间输出。如图3所示，单片机AT89C51的串行口RXD、TXD分别和 GPS15L板的TXD1、RXD1连接起通信作用。由于TXD既要在上电时给GPS15L板发出初始化命令，又要在初始化完毕后传送北京时间，因此为了不使两阶段的工作相互影响，用P1.0口线和若干逻辑门来控制通信的先后顺序。GPS15L板初始化后，还会输出秒脉冲信号。1pps信号有一路作为单片机的外部中断源，以实现时间信息的同步处理，另外也用来监测信号是否正常。还有一路信号可由单片机P1.1口进行控制，根据监测的结果决定是否需要将其传送给下一级控制器。

        另外，本电路选用的高稳晶振是OCXO型号的稳补晶体振荡器，其工作频率为1 MHz，频差不大于10-7。它输出的振荡信号经过整形、电平转换变为适合TTL电路的电平，经计数器分频后得到满足采样率要求的时钟信号(采样率可调)。该时钟信号每隔1 s被1 pps信号的上升沿同步1次，使之运行在GPS时间基准上。由于1 MHz晶振的稳定度很高，1 s内漂移不超过1μs，因此得到的同步采样脉冲精度很高。

        3 ADC与DSP的接口部分

        DSP芯片采用美国德州仪器(Texas Instruments)公司研制的数字信号处理器TMS320F2812。它是一个32位定点运算、集成度高、性价比高的DSP芯片。

        数据采集系统选用ADS8361作为片外ADC模块，虽然TMS320F2812有16通道的12位ADC，但是为了进一步提高系统的A／D转换精度，增加了片外外设ADS8361。ADS8361是2+2通道，16位的A／D转换器；它同ADS7861(12位)完全兼容，可以与F2812数字信号处理器直接接口使用。它是由四通道差分输入分成两组分别连接到独立的转换器上的，可以完成双信号的同时采集，最高转换速率可以达到500 kHz。它工作在50 kHz频率时具有极强的抗干扰能力，特别适合数据采集的高采样率要求的场合。此外，ADS8361还提供高速双串行接口，可以有效地减少软件开销，并且功耗非常低，只有150 mW。