[发明专利]基于TDMOW串行总线的分布录波器同步方法

权利要求书

1.一种基于TDMOW串行总线的分布录波装器同步方法，其特征在于：多个子录波器通过TDMOW串行总线连接起来构成分布录波装置，装置中所有子录波器均设置有同步时钟、总线数据接口电路与校时信号控制电路；同步时钟电路包含本地时钟和基准时钟，总线数据接口电路包含接口驱动电路、微帧数据分时控制切换电路、串行编码电路和串行解码电路，校时信号控制电路包含校时分脉冲自动切换电路和校时分脉冲延迟电路；

装置中所有子录波器均为从站，而编号最小的子录波器在作为从站的同时将自动成为主站，主站通过向总线发送帧基准编码信号来同步其它所有子站的时钟；主站还通过总线发送帧头编码信号及分校时脉冲编码信号，同时所有子站均通过总线发送编码数据，各个子站编码输出信号（Cout）与共享的编码输入信号（Cin）是“或”的关系：总线上的信息按帧编码，按帧传输；工作时，各个子录波器首先通过I/O口输出控制信号，并在20mS时钟前沿将信号锁存，然后对控制位进行编码，之后装置中所有子录波器在各自时钟的同步下将数据帧编码信号按时分切换的方式同时、依次发送到总线上，在TDMOW总线上经过“线或”运算来合成状态位编码；同时各个子录波器接收编码，经过解码，得到各种同步状态位，再由微处理器ARM读取，从而实现装置中多个子录波器控制数据的传输与共享。

2.如权利要求1所述的同步方法，其特征在于：所述本地时钟包含若干同源、同步、不同频率的脉冲信号输出，所述基准时钟包含帧基准信号；主站将帧基准编码信号发送到总线上，所有子站通过总线同步接收该信号，经过解码，同步延迟，获得帧同步脉冲信号；该信号将直接连接到子录波器本地时钟系统的外同步信号输入端，用以同步本地时钟，从而保证所有连接到总线上的子录波器的本地时钟与主站的本地时钟同步。

3.如权利要求2所述的同步方法，其特征在于：所述若干同源、同步、不同频率的脉冲信号来自同一个4M晶振源及相关级联分频电路，包括4MHz或250nS、1MHz或1uS、40KHz 或25uS、10KHz或100uS、5KHz或200uS、50Hz或20mS、10Hz或100mS、1Hz 或1S八种不同频率或周期的脉冲信号输出以及1路由基准时钟电路输出的20mS帧基准信号（LST）；在这些信号中，250nS、1uS、25uS、200uS 及20mS五路信号在经过脉宽整形电路与延迟电路处理后，将用作数据编码、解码以及微帧切换的同步控制信号，其中200uS 、25uS 、1uS及20mS基准时钟将用作编码电路同步信号，25uS 、1uS及250nS时钟将用作解码电路同步信号，20mS 、200uS及25uS时钟将用作微帧数据时分控制切换电路同步信号；而1MHz、10KHz、20mS、100mS以及1S 五路脉冲在经过另一组脉宽整形电路以及延迟电路处理后，被送到子录波器的采样电路以及数字信号处理器DSP与微处理器ARM的中断输入引脚，其中1MHz信号用作ADC转换时钟，10KHz信号主要用作数据锁存与采样同步信号，20mS脉冲用作数字信号处理器DSP到微处理器ARM的数据传输同步信号以及计算分段同步信号，100mS时钟用作计算同步与队列同步的参考信号，1S时钟用作时钟同步参考信号。

4.如权利要求1所述的同步方法，其特征在于：所述校时信号控制电路包含校时分脉冲自动切换电路和校时分脉冲延迟电路；校时分脉冲自动切换电路能同时接收来自外部GPS以及本机日历时钟芯片（M41ST95）的分校时脉冲信号，并自动选择其中一种作为系统校时分脉冲；系统的绝对授时来自GPS或日历时钟，也由装置自动选择其中一种作为系统绝对授时基准；校时及标记的实现过程如下：在主站发送到总线的每个微数据帧中都包含有校时分脉冲标记段，平常该段标记为0，当系统校时分脉冲到来时，一方面主站将立即进行数据标记和同步校时，同时校时分脉冲延迟电路自动将该脉冲信号延迟至下一个微数据帧时间，以使该微帧中校时分脉冲标记段被标记为1，从站通过总线接收数据帧信息，经过解码，获得校时分脉冲信号，然后进行数据标记和同步校时；主站在通过RS485网将系统绝对日历时间发送给所有从站的同时，还将自己记录的绝对标记时间以及标记点和偏差值发送给所有从站，作为数据时间标记的基准。

5.如权利要求1所述的同步方法，其特征在于：所述同步方法中，采样同步的具体方式是：采样同步脉冲来自子录波器本地时钟的10KHz分频电路，该脉冲经过脉宽及延迟处理后，加载到子录波器模数转换与数字锁存电路的同步触发端上，而模数转换就绪信号则连接到DSP的中断引脚上；上电后，子录波器搜寻来自总线的帧基准信号，当接收到第一个帧基准信号时，本地时钟分频系统被清零，然后开始同步分频计数，同时DSP立即开放INT0中断，开始进入正常工作程序并准备接收ADC发来的转换就绪信号，此后主站帧基准信号将定时同步所有子站的本地时钟，而所有子站则将在本地10KHz采样时钟的同步下，定时同步触发子录波器的模数转换及数字锁存电路，然后由DSP读取采样数据，从而保证装置中各个子录波器的所有模拟与数字通道采样的严格同步；

所述同步方法中，传输同步的具体方式是：传输同步脉冲来自子录波器本地时钟的20mS分频电路，该脉冲经过脉宽及延迟处理后，加载到子录波器DSP的中断引脚上，上电后，子录波器搜寻来自总线的帧基准信号，当接收到第一个帧基准信号时，本地时钟分频系统被清零，然后开始同步分频计数，同时DSP将开放中断，开始接收20mS数据同步传输信号；此后主站帧基准信号将定时同步所有子站的本地时钟，各个子录波器在10KHz采样脉冲的触发下定时同步采样；每经过20mS，完成200次采样后， DSP将收到同步传输信号送来的请求传数中断，DSP响应中断，将此前20mS各通道的采集数据与计算数据传送给ARM，从而保证各个独立的子录波器各自的数据流在数据传输上的分段同步；

所述同步方法中，计算同步的具体方式是：在各个子录波器上设置了1组I/O口用于计算同步，包括输出计算控制位（EGPIO7），接收计算状态位（COL5）；在每个20mS时钟的前沿，装置中所有子录波器各自计算控制位的状态将被锁存，然后经编码后同时发送到总线上，在TDMOW总线上经过“线或”运算，合成后的状态位编码再输回到各个子录波器，经过解码，最后被锁存到各个子录波器的计算状态位锁存器中，再由ARM读取；工作时，每当子录波器发起计算，应将计算控制位置1，而每当子录波器结束计算，则应将计算控制位置0；子录波器在进入计算之前先检测计算状态位，如果计算状态位为0，表示没有其它子录波器处于计算中，本子录波器可以发起新的一轮计算，而如果计算状态位为1，即总线合成电平（Cin）输出为高，则表示目前系统中尚有子录波器处于计算中，不能发起新的一轮计算，需要等待；当所有子录波器都完成了本轮计算，其中最后一个完成的子录波器将其计算控制位置0后，总线合成电平（Cin）输出变低，在紧随其后的下一个数据帧中，各个子录波器将检测到计算状态位被置0，才可开始新的一轮计算，从而保证了装置中所有子录波器在数据计算上的分段同步；

所述同步方法中，队列同步的具体方式是：在各个子录波器上设置了1组I/O口用于队列体同步控制，输出队列同步控制位（EGPIO6），接收队列同步状态位（EGPIO9）；工作时，所有从站都将队列同步控制位固定置0，而主站平时也将队列同步控制位置0，但在每个100mS时钟的前沿，主站将检查自身的数据队列，如果这时数据队列无堆积，主站则将其队列同步控制位置1，以通知装置中其它所有子录波器，现在可以进入同步；而在数据队列有堆积或非100mS时钟前沿开始的数据帧时间内，主站将保持同步控制位为0，以通知装置中其它所有子录波器，现在不能进入同步；而所有从站通过总线接收该信号，并解码、锁存，由ARM读取，从而获得系统队列同步状态信息；

所述同步方法中，同步录波的具体方式是；在子录波器上设计了3组共6个I/O口用于录波、录值与定值同步控制：输出录波控制位（EGPIO3）、录值控制位（EGPIO4）与定值控制位（ROW7）；接收录波状态位（COL7）、录值状态位（COL6）与定值状态位（COL4）；录波、录值与定值这3种不同的状态位可以用来区别不同的录波阶段或录波请求，其中录波位置1表示要求记录实时波形数据；录值位置1表示要求记录数据的有效值；定值位用以区分不同的起动类型；工作时，每当有子录波器需要发起录波或录值，应分别将其自身的录波控制位或录值控制位置1，以通知装置中其它所有子录波器，立即响应同步录波或录值；而每当发起录波或录值的子录波器按要求需要结束录波或录值过程时，则应将其自身的录波控制位或录值控制位置0，以通知装置中其它所有子录波器，结束同步录波或录值过程；同步录波控制位、录值控制位与定值控制位的状态将在每个20mS数据帧的前沿被锁存，然后分别经过编码，加载到TDMOW串行总线上；各个子录波器所加载的编码信号经过“线或”运算合成后，所得到的录波状态、录值状态和定值状态的合成编码由各个子录波器接收、解码，并分别锁存到各自的录波、录值与定值状态位锁存器中，由ARM读取；然后子录波器将检查录波或录值状态位的状态，以确定是否需要响应同步录波或录值，以及是否需要结束录波或录值过程，从而实现装置中所有分布、并行工作的子录波器的同步录波。