带GPS授时的TMS320F2812数据采集系统

如今，数据采集系统很多，有基于数字信号处理器DSP设计的，也有基于现场可编程门阵列FPGA设计的，这些采集系统尽管采集处理数据能力不差，但大多都采用传统授时模式。

本文引用地址： 而异地同步测量是工程中经常用到的方法，如果用传统的授时模式，其时钟频率的产生是用晶体，而晶体会老化，易受外界环境变化及长期的精度漂移影响，造成授时精度下降，这样异地同步测量的数据其实在理论上已经不再同步、同时了。本系统采用GPS新型授时方法，结合DSP技术和USB通信技术设计的数据采集系统能较好地解决这个问题。

1 数据采集系统的总体硬件构成与工作原理

数据采集系统模拟量输人、同步采样控制、A／D转换以及微处理器和接口组成，如图1所示。

模拟量输入部分设有多个通道(如16路)，可用来对若干路电压和若干路电流同时测量。来自PT或CT副边的电压或电流，经隔离变换、模拟低通滤波后，被建立在GPS时间基准上的同步采样系统所采样，经依次A／D转换后按顺序放入固定RAM区。DSP根据递归DFT算法，每来一个新的采样点计算一次所有被测量的各相基波分量，然后利用GPS接收器串口提供的时间信息和数据窗第一个采样点的顺序编号，给计算结果置以便于识别的“时间标签”。计算得出的各相量连同其时间标签按照一定的数据格式，经过DSP总线和USB2.0数据线送往PC上位机进行处理和分析。

2 基于GPS授时的同步采样控制单元

同步采样是实现异地同步测量的关键技术，只有各测量点的采样是同步进行的，同一时刻计算出的相量具有统一的参考时问基准，其相位关系才可直接进行比较。本文讨论了无线电广播、LORANC、OMEGS、GOES、GLO-NASS、GPS这六种不同的授时方法。这些授时方法的误差比较如表1所列。

通过比较不难看出，传统的时钟同步方法由于受技术和经济等因素的影响，在精度和实用性上很难满足异地同步测量的要求；只有GPS精密授时方法的优越性能满足要求。为此，本文所介绍的是一种基于GPS时间信号的最新时钟同步方法。

2.1 GPS系统简介

GPS(Global Positioing System，全球定位系统)是美国研制的第二代卫星导航系统。GPS系统由空间部分、地面控制部分和用户设备组成。空间部分主要由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。在地球的任意处(有360°的视野)至少可以看到3颗卫星(根据笔者实际用的情况看)。地面控制部分包括监测站、主控站和注入站。用户设备就是GPS接收机，本系统所选择的接收机是GPS-OEM板(型号是GPS15L，在2.3小节会详细讨论)，它根据自己时钟和接收到的导航电文计算出接收机(天线)所在的位置和GPS时间。

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