[发明专利]一种超低功耗时间统一模块同步授时方法

摘要

本发明提供了一种超低功耗时间统一模块同步授时方法，系统所有动作都以时统模块为时间基准。其主要包括北斗授时电路、恒温晶振守时电路、同步输出电路、返检测试电路等单元电路，时统单片机使用通用异步串行接口，连接北斗通讯授时模块，分解导航报文，生成门控信号(GATE)控制、挑选用于授时的秒脉冲信号。并使用恒温晶振为时统单片机提供高稳定10MHz时钟，经单片机内部PLL单元倍频为50MHz后，供给时统单片机芯片内部所有“外设”，如定时器Timer使用，时统单片机通过SPI总线连接“数字电位器”，使用数字电位器中间抽头可调电压值控制恒温晶振压控电压，以达到晶振频率微调的功能。

主权项

1.一种超低功耗时间统一模块同步授时算法同步授时算法，其特征在于，包括以下步骤：S1、定义：“SYN”为同步秒脉冲，由GPS/北斗秒脉冲提供，“FR”为“定时器2周期脉冲”即测距脉冲矩形包络信号，信标系统同步需要达到的目的是：FR信号前沿与特定的SYN时间上完全重合，时延小于5us定时器2的同步授时流程如下：当主控告知“下个秒脉冲同步”，时统单片机选择BD(CH1)或GPS(CH2)秒脉冲通道，秒脉冲至CH1或CH2，打开捕捉中断使能，打开测量超时计数1.6s；CH1或CH2捕捉中断服务程序(A点)，捕获同步脉冲在TIMER2定时器上的数值q，告知主程序，并关闭捕捉中断使能；若1.6s内没有完成捕获操作，关闭捕捉中断使能，并向主控告知：无同步脉冲抵达错误；主程序收到捕获值后，计算向前或向后修正值±m，打开CH2或CH1半周期比较中断使能，若使用BD(CH1)同步，那么CH2设置为半周期中断，若使用GPS(CH2)同步，那么CH1设置为半周期中断；在定时器半周期中断服务程序中(B点)，对TIMER2计数器(TCNT)完成±m修正，关闭半周期比较中断使能，设置标志位结构变量，告知上位机同步成功及±m；设周期为N＝T＝N′‑1；是周期除以计数间隔时间(20ns)；捕获值为q∈[0,N]；n＝(N‑q+1)％(N+1),n∈[0,N]q＝0，n＝0表征准确同步，不用调整；表征“定时器2周期前沿脉冲”(FR)信号落后“同步秒脉冲”(SYN)，TIMER2计数寄存器(TCNT)需“+”n处理，使下个FR信号来的早一些；表征FR信号早于SYN，TCNT需“‑”N‑n+1＝q处理，使下个FR信号来的晚一些，设m为调整量，则有：其中：设置C、D两个点是为了保证调整的幅度过大，导致生成脉冲错误。调整方程为：TCNT′＝TCNT+m使用边界误差值带入公式，验证同步算法有效性：1.捕捉值q＝0：n＝(N‑0+1)％(N+1)＝0m＝n＝0不调整；2.捕捉值q＝1：n＝(N‑1+1)％(N+1)＝Nm＝(‑)(N‑n+1)＝(‑)(N‑N+1)＝‑1调慢1个tb；3.捕捉值q＝2：n＝(N‑2+1)％(N+1)＝N‑1m＝(‑)(N‑n+1)＝(‑)(N‑(N‑1)+1)＝‑2调慢2个tb；4.捕捉值q＝N：n＝(N‑(N)+1)％(N+1)＝1m＝+n＝+1调快1个tb；5.捕捉值q＝N‑1：n＝(N‑(N‑1)+1)％(N+1)＝2m＝+n＝+2调快2个tb；时统单片机上电初始化完毕后，进入守时状态，该状态下若无收到同步指令，维持主定时器TIMER2稳定运行，按周期、脉宽、双脉冲等设置向主控及信号单片机输出第1/2脉冲信号。期间严禁对TIMER2中计数寄存器TCNT做修改设置，以防止系统时延非稳态偏移；当收到主控单片机下达的“同步”指令后，时统单片机打开秒脉冲输入保护，使北斗/GPS秒脉冲可送至主定时器TIMER2的第1/2通道，进入“时延测量等待”状态，若TIMER2在规定时间内捕获到选定的秒脉冲信号，进入“时延测量成功”状态，根据捕获的TCNT值计算同步需要的时调整值后，即可进入“同步调整等待”状态，等待调整时刻抵达后(设置为半周期时刻)，使用修改TCNT寄存器的方式调整时延误差值，完成“同步授时”所有工作，经“同步调整成功”状态向主控单元上报测量及调整结果，而后回到“守时状态”，状态机中2个需等到完成功能，均设置有超时保护状态，防止状态机锁死，超时后，向主控单元报错后回到“守时状态”。