IRIG_B码时统终端设计解析

第6卷第5期

北华大学学报(自然科学版 Vol. 6No. 5文章编号:1009-4822(2005 05-0463-03

IRIG -B 码时统终端设计

马建华1, 王欣奎2

(1. 吉林铁路运输职工大学, 吉林吉林 132002; 2. 吉林市农机监理所, 吉林吉林 132011

摘要:针对测控系统中的时统终端, 论述了1种IR IG -B 格式时间码交流码(A C 的数字解调技术, 提出了用新方

法来增强IRI G -B 码解调的适应能力.

关键词:IR IG -B 时间码; 数字解调; GPS 授时; 双端口RAM

中图分类号:T P399 文献标识码:A

时统终端是测控设备的时间基准, 它的作用是接收时统站发来的IRIG -B 码信号; 解调出IRIG -B 码的时间信息, 完成与时统站送来的IRIG -B 码信息的同步; 回送1路调制的IRIG -B 码, 供时统站延时检查和解调检查用; 向测控设备发送所需要的各种频率信号、时间信息和各种采样脉冲信号, 以确保测控设备的定时与靶场的时间基准保持一致.

通常的时统终端采用硬件解调, 基本采用分离元件和小规模集成电路, 结构复杂, 集成度低, 性能不稳定, 可靠性差, 通用性和可维护性差.

本系统采用数字解调技术, 直接采用单片机的A/D 口将IRIG -B 交流码(AC 转化成数字量, 实现数字化处理, 进行数字化解调. 能够自动增益控制(AGC 电路带来的线性范围窄、容易失真畸变、响应速度慢、解调时间长的缺点, 消除自动增益控制电路带来的结构复杂、可靠性差的影响, 并能自动识别相位, 提高了对IRIG -B 码接口终端的适应能力和获得正确时间信息的能力.

采用大规模可编程逻辑器件实现修时、分频、产生解调的IRIG -B 码和各种同步信号,

取代了通常20多片计数器、门电路及锁存器等集成电路, 克服了小规模集成电路组成电路复杂、体积大、可靠性差及通用性差的缺点, 使接口终端集成度更高、更简单可靠, 并且可根据用户的需求现场编程, 通用性强.

1 IRIG -B 码时统终端原理

IRIG -B 交流码(AC 经标准接口后, 分为2路, 1

路输入给单片机的A/D 口; 1路经过零检测电路形成

时间基准脉冲, 供单片机中断采样. 数字解调的过程

是:单片机根据时间基准信号, 通过A/D 口采集

IRIG -B 交流码的峰值, 计算2个采样值之间的差(或

解调出峰值的最大值和最小值, 计算出中间值, 根据中

间值解调出高幅数量 , 解调出高幅数量, 单片机根据

高幅个数解调出IRIG -B 交流码的基准秒头, 产生解

调秒, 根据秒头位置顺序解调出时间信息. 同时把修时

的时间输入给门阵列(修时、分频、产生直流码及交流图1 IR IG -B 码时统终端原理Fig. 1 The principl e of IRIG -B code ti m e unifi ed term i nal and system

码调制地址控制线电路 , 通过解调秒进行清零装载, 完成修时, 产生各种频率的同步信号, 经驱动放大电路输出; 产生直流码及交流码调制地址控制线, 控制调制电路调制IRIG -B 交流码.

收稿日期:2005-07-12

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464 北华大学学报(自然科学版 第6卷2 系统硬件的总体设计

根据IRIG -B 码时统终端的原理, 设计了能实现系统功能的系统硬件, 见图

2.

图2 IR IG -B 时统终端系统硬件

Fig. 2 H ardware sys tem of IR IG -B code time unified and terminal system

2. 1 输入接口单元电路的设计

输入接口单元电路的功能是接收时统总站发送的IRIG -B 码.

1 直流码有2种接口, 1种是T TL 接口, 1种是VII 接口. T TL 接口或VII 接口经过大

规模可编程逻辑器件LAT TICE1032选择后产生直流码的时间基准脉冲信号DCINT.

2 交流码通过变压器隔离输入, 1路经LM339过零比较产生1KC 脉冲信号, 1路经LM324组成的绝对值放大器, 形成0~5V 的正弦信号, 并把输入的B 码信号分档进行放大, 根据幅值的高低, 选择80C196KB 的不同的A/D 口进行采集, 拓宽对B 码输入更宽范围的适应.

2. 2 解码单元电路的设计

解码电路采用80C196KB 单片机, 其晶振频率最高可达到12MHz, 平均处理1条指令的时间小于1s, 80C196KB 内A/D 转换器具有转换位数(8位和10位 可选择, 采样和转换时间可选择的特点, 并有8通道的A/D 转换接口.

2. 3 修时、分频、产生解调的B 码单元电路的设计

本系统采用2片LATT ICE1032大规模可编程逻辑器件, 分别完成分频、延时修正、产生解调的B 码和产生各种同步信号. 采用大规模可编程逻辑器件大大简化了系统的硬件结构, 提高了系统的可靠性.

2. 4 通讯接口单元电路的设计

通讯接口单元电路的功能是实现80C196KB 和PC 机的双向通讯, 协调主机工作. 在本系统中采用了美国IDT 公司的IDT71301K 字节双端口RAM 芯片. 双端口RAM 存储器既是PC/AT 机的内存, 又是单片机的内存. IDT 7130有2组数据总线, 2组地址总线和2

组控制总线. 在主机和单片机之间建立了大容量的信息缓冲区, 使得2个微处理器可共享资源, 实现了数据的高速传输.

2. 5 硬件连接电路的设计

采用IDT7130的通信接口电路的左端口与PC 总线连接, 右端口与80C196KB 系统连接. PC 系统和80C196KB 系统连接分别对1K 字节的存储空间进行定义, 即IDT7130的同一存储单元对于PC 系统和80C196KB 系统各有1个地址, 这样2系统均能对其进行存取操作. 为了节省通信时间, 我们将系统设置为中断工作方式.

2. 6 B 码调制单元电路的设计

单片机80196KB 根据解调出的时间信息和基准秒信号, 控制大规模可编程逻辑器件LATT ICE1032, 产生直流码和EPROM 的低12位地址信号, 直流码控制EPROM 的最高位地址信号. DAC0832是微处理.

第5期马建华, 等:IRIG -B 码时统终端设计 465

2. 7 PC 机对通讯接口寻址单元电路的设计

PC 机用于发送命令, 接收B 码时间信息及工作状态并进行处理. PC 机对接口的寻址方式有I/O 寻址和存储器寻址2种方式, 前者使用IOW 和IOR 控制线, 后者使用SMEMW 和SM EM R 控制线. 在本系统中, IDT 7130的左口连接PC 总线, 使用存储器寻址方式.

3 系统软件设计

系统软件分为2部分:PC 机C 语言编程和80C196KB 汇编语言编程

.

3. 1 80C196主程序

主程序主要用来对80C196KB 进行系统初始化工

作, 包括相关功能单元的工作模式选择, 堆栈、中断屏

蔽等寄存器设置, 设置程序运行的起始状态. 主程序流

程见图3所示.

3. 2 解码程序

解调IRIG -B 码的软件由80C196KB 执行, 解调

IRIG -B 码的软件由PL/M -96高级语言编写, 是系统

的核心任务之一, 通过调用中断子程序来实现.

3. 3 EXIN T 中断程序

EXINT 中断用于接收来自外部的1C/S 信号, 采

用总路线通讯方式, 每s 将解调后的B 码时间信息通

过双端口RAMIDT 7130, 发送给PC 机, 供PC 机显示

和控制用.

3. 4 PC 机程序

PC 机的软件采用WIN98图形界面操作系统作为

运行平台, 利用INPRISE 公司的面向对象构件式快速

开发工具Borland DELPH I 3. 0作为开发平台. 由于对图3 主程序流程Fig. 3 Main programm flow

双端口RAM 的读写操作涉及在Window s 平台下对存储器进行操作, Borland DELPH I 3. 0恰恰提供了应用程序代码内部可以直接嵌入汇编代码的强大功能, 这就为编程提供了极大的方便, 同时也证明了Borland DELPH I 3. 0开发工具的强大.

用数字解调技术, 不仅设计电路简单, 而且此技术的实现, 提高了IRIG -B 码解调的可靠性及IRIG -B 码解调的适应能力, 保证了解调精度. 本研究的数字解调技术, 对于其他各个应用领域都有参考价值. 参考文献:

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[2]聂浩. IRIG -B(AC 码解调技术浅析[J].飞行器测控技术, 1997, (1 :1~5.

[3]陈涛, 曹永刚, 张卫国. IRIG -B 码数字解调技术[J]. 光学精密工程, 1999, 7(2 :73~76.

[4]汪建. M CS -96系列单片机原理及应用技术[M ]. 武汉:华中理工大学出版社, 1999.

Design of IRIG -B Code Time Terminal System

MA Jian -hua , WANG Xin -kui 12

(1. Jilin College f or Railway Transportation Staff , Jilin 132002, China;

2. Machine and Tr actor S up ervision in J ilin City , Jilin 132011, China

Abstract:This paper discusses client of time system on test and control system, and discusses about dig ital demodulation technology on IRIG time code and alternating code, and some methods are discussed to improve the ability of IRIG -B demodulator.

Key words:IRIG time code; Digital demodulate; GPS time synchronization; Dual port RAM =