高精度GPS实时时钟SD2421API在实时数据采集中的应用

　　1 引言

实时数据采集系统中，实时时钟扮演着重要的地位。但是，实时时钟由于自身、环境等因素，长时间走时会带来累积误差，在无人值守的户外，因为不能对其进行校准而经常带来设备故障。

GPS不仅可以提供地理信息应用于导航、防盗等，还可提供精准的时间信息，可应用于授时，但是GPS可能会在信号不佳的情况下，不能稳定提供时间信息，SD242API结合GPS精准授时和实时时钟提供稳定的时间这一特性，通过引入GPS信息对实时时钟进行校准，来提供精确的时间，即使在没有GPS的情况，也能提供稳定的时间。

以下通过具体介绍来了解SD2421在实时数据采集系统中的应用。

　　2 概述

SD2421API是一种具有内置GPS校时电路、晶振、IIC串行接口的高精度实时时钟芯片,

SD2421API芯片在无GPS校时的情况下，可保证时钟精度为±5ppm(在25±1℃下)，即年误差小于2.5 分钟;SD2421API芯片在有GPS校时的情况下，可保证时钟精度为±50ms;且没有累计误差。

　　3 主要性能特点

● 超高精度：GPS校时精度<50ms,且没有累计误差。

● IIC接口通信方式加握手信号BUSY通信方式，最高速度400KHz。

● 年、月、日、星期、时、分、秒的BCD码输入、输出，并可以通过独立的地址访问个时间寄存器。

● 闰年自动调整功能(从2000年~2099年)。

● 可选择12/24小时。

● 可设定并自动重置的单路报警中断功能(时间范围最长设至100年)，年、月、日、星期、时、分、秒报警共有96种组合方式，并有单事件报警和周期性报警两种中断输出模式。

● 周期性频率中断输出:从32768Hz~1/16Hz……1秒共十五种方波脉冲。

● 自动重置的8位倒计时定时器,可选从4种时钟源(4096HZ、64HZ、1HZ、1/60HZ)。

● 内置时钟精度数字调整功能，可通过程序来调整走时的快慢。用户采用外置的温度传感器，设定适应温度变化的调整值，可实现在宽温范围内高精度的计时功能。

● 43Bytes通用SRAM寄存器可用于存储用户的一般数据。

4 硬件设计

SD2421API模块内部集成了电源管理，振荡电路，充电电路，实时时钟，GPS校时电路，因此外围电路极为简单，只需一个MCU和一根天线就可以实现相应功能。采用ATMEL公司的AT89S52单片机作为主控CPU，负责对SD2421进行控制，SD2421API采用的是IIC通信，和一条忙线BUSY、一条GPS启动线GPS_EN，由于SDA、SCL模块内部已经上拉，单片机可以直接与模块连接，外接天线采用有源天线，对于天线指标要求：

阻抗：50ohm

增益：20dB-28dB

驻波比：≤1.5

频率范围：(1575.42±1.023)MHz

电压：3V-5V

在PCB设计时，应尽量缩短天线到模块输入脚的走线长度，天线到模块的输入应采用50ohm阻抗的微带线。

应用电路如图1所示。

　　5 软件设计

对GPS时间进行校准都自动在模块内部完成，因此用户软件相对简单，在不启动校时时，只需使用数据线SDA和时钟线SCL和BUSY线进行读写操作，在每次对模块进行读写操作时，需要对BUSY线进行判断;当BUSY=1为高即为闲时，拉低BUSY置为忙，可以对模块进行读写操作;当BUSY=0即为忙时，等待BUSY=1。

当需要启动GPS进行时间校准时，在GPS_EN产生一个低脉冲，启动GPS，在启动GPS前，需先设置校时状态寄存器14H，校时状态寄存器说明如表1所示。

　　6 14H寄存器说明

14H的低2位用来指示GPS校时的状态，有3种状态：正在校时，校时成功，校时失败，如表2所示。

TZ0-TZ3位：时区数据位，TZ_FLG，东西时区标志位:TZ_FLG=0，东时区;TZ_FLG=1，西时区;如80H表示东八区，A8H表示西十区，合法时区为东十二区-西十二区，非法时区统一纠正为东八区，必须在启动GPS校时前设置好此寄存器位。在启动之前先设置好校时时区，如北京时间写入80H，同时清零S1，S2，方便在启动GPS校时后对模块校时状态进行查询，当查询到14H寄存器的低2为为3H时，则校时完成，同时内部GPS校时功能关闭。

如图2为软件流程图。

校时完成之后，时间误差<50ms。

　　7 结论

SD2421API在实时数据采集系统上面的应用，解决了普通实时时钟走时带来的累计误差，不仅如此，SD2421API可以应用在很多对时间要求高的场所如电力系统，移动基站等。，是一种实现高精度走时的低成本、稳定可靠的解决方案。

　　参考文献：

[1]SD2421API.datasheet.

[2]何立民.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社

[3]Kaplan E D，(邱致和,王万义,译).GPS原理与应用[M].北京：电子工业出版社

[4]沙占友，王彦朋，孟志永.单片机外围电路设计[M].北京：电子工业出版社

[5]马明建.数据采集与处理技术(第3版)[M].陕西：西安交