基于单片机和FPGA的守时电路设计

发布时间：2017-05-26 00:09

  本文关键词：基于单片机和FPGA的守时电路设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着导航卫星技术的发展，高精度的时间基准在通信，电力系统等领域中有着尤为重要的地位，一旦时间基准存在偏差或误差，将对人们的生活和生产造成重大的影响。基于此本课题研究了利用单片机和FPGA来实现一个守时系统，使之在标准时钟有偏差的情况下，可以为通信，电力设备等提供一个高精度的时间基准，使设备可以在标准时钟下正常运行，起到一个备用电源的作用。所谓的守时概念就是指已校准的时钟在国家独立操作的能力下，保持其时间和标准时间的偏差尽量小。本文设计了一个以GPS/北斗信号作为时标的守时系统，利用单片机和FPGA的组合形式来设计守时电路可使系统运行速度快，同时编程简单易于实现，最重要的是精确度高。论文主要介绍了守时系统各个模块的设计及工作原理，并对系统中用到的硬件电路和软件程序进行了详细的分析，最后阐述了守时系统的发展现状及前景，本文就是基于此展开研究的。 本课题研究的是基于单片机和FPGA的守时电路设计，论文首先介绍了该设计主要应用的领域，并对当前的研究成果和研究中遇到的问题进行了说明和分析，然后阐述了守时系统的各个模块及其功能，，主要包括本地时钟源、D/A转换电路、调频调相脉冲计数电路、超前/滞后状态检测电路、相差检测电路、超前脉冲处理电路、滞后脉冲处理电路和分频电路等，这些模块都是用简单的集成电路方式搭建而成，具有操作简单，低成本的特点。最后进行系统各部分和整体的仿真分析，经过反复实验取得各模块及系统整体的波形图和实验数据。最终输出与标准秒信号同频同相的时间信号，以此来获得高精度的时间基准，并保证在GPS/北斗失锁后对该信号进行保持，来实现时间同步。该论文中所涉及到的电路和程序均经过仿真和验证，得到了较为准确的秒信号，并能够在短时间内快速进行时钟的校准，误差较小，精度可达到107，对守时系统的研究有一定的参考价值，具有良好的应用前景。
【关键词】：GPS 守时系统 FPGA 单片机 时间基准
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP368.12;TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 授时系统的分类12
• 1.3 课题遇到的问题12-13
• 1.4 论文内容和安排13-16
• 1.4.1 论文主要工作13-14
• 1.4.2 论文主要安排14-16
• 第二章 守时系统设计原理16-24
• 2.1 守时系统中的基本概念16-17
• 2.1.1 守时的概念16-17
• 2.1.2 时间同步系统17
• 2.2 GPS 接收机17-19
• 2.2.1 5m 天线介绍17-18
• 2.2.2 M-87 介绍18-19
• 2.3 MV180 晶振的介绍19
• 2.4 DAC7512 芯片的简介19-20
• 2.5 国内外研究现状20-22
• 2.6 课题设计思路22
• 2.7 守时系统的构成22-23
• 2.8 本章小结23-24
• 第三章 守时系统的调频处理24-35
• 3.1 单片机模块24-28
• 3.1.1 单片机选型24
• 3.1.2 单片机的外围电路及作用24-28
• 3.1.3 单片机主要实现的功能28
• 3.2 本地时钟的产生28-29
• 3.3 本地时钟频率调节29-34
• 3.3.1 单片机程序编写思路及流程图29-32
• 3.3.2 调频模块32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 守时系统的调相处理35-48
• 4.1 FPGA 介绍35-39
• 4.1.1 FPGA 简介及选型35-36
• 4.1.2 FPGA 基本结构36
• 4.1.3 FPGA 设计流程36-39
• 4.2 输出秒脉冲的调相处理39-47
• 4.2.1 分频模块39-41
• 4.2.2 相差检测模块41-42
• 4.2.3 相差计数模块42-43
• 4.2.4 检测超前/滞后模块43-45
• 4.2.5 超前脉冲处理模块45-46
• 4.2.6 滞后脉冲处理模块46-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 守时系统的软件说明48-53
• 5.1 Quartus II 软件及 verilog 语言48-49
• 5.1.1 Quartus II 软件的介绍48
• 5.1.2 verilog 语言48-49
• 5.2 Altium Designer6 介绍49-50
• 5.3 单片机编译环境50-51
• 5.3.1 Keil C 软件的介绍50
• 5.3.2 C 语言50-51
• 5.4 Modelsim 仿真软件及其使用51-52
• 5.4.1 Modelsim 软件的介绍51-52
• 5.4.2 Test Bench 文件52
• 5.5 本章小结52-53
• 第六章 实验结果与分析53-56
• 6.1 实验结果53-55
• 6.2 实验结论55-56
• 参考文献56-58
• 附录 A 本地时钟产生的原理图58-59
• 附录 B 本地时钟产生的 PCB 图59-60
• 附录 C 单片机程序60-72
• 附录 D FPGA 程序72-79
• 附录 E 实物展示79-80
• 在学研究成果80-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：395336