基于MAXII570的高精度同步时钟信号在分布式录波器中的实现

一个时间格式帧从帧参考标志开始。因此连续两个8 ms宽脉冲表明秒的开始，如果从第二个8 ms开始对码元进行编码，则分别为第0，1，2，…，99个码元。在B码时间格式中含有天、时、分、秒，顺序为秒-分-时-天，所占信息位为秒7位、分7位、时6位、天10位，其位置在P0～P5之间。P6～P0包含其他控制信息。其中“秒”信息为第1~8个码元；“分”信息为第10~17个码元；“时”信息为第20~27个码元；第5、14、24码元为索引标志，宽度为2 ms。时、分、秒均用BCD码表示，低位在前，高位在后；个位在前，十位在后。
　IRIG-B的解码过程采用最简单的脉宽测量方法实现，经过编译比较，该方法所耗用的CPLD资源最少。IRIG-B码元信号的高低电平均为1 ms的整数倍，所以测量该信号的基本时钟采用1 kHz的时钟信号作为解码时钟。该时钟由系统输入的12.8 MHz时钟经过12 800次分频后产生。脉宽测量部分VHDL源代码描述如下：
measureBwide：process(inputHClk)
begin
　if rising_edge(inputHClk) then
if pwmMeasureEnable=′1′ then
--上升沿开始计数
regCountH=regCountH+1；
--计数器++
regOutputReadEnable=′0′；
--此时数据不可读
else null；
end if；
if (regBLast=′1′)and( regBCurrent=′0′) then
--降沿判断脉宽
case (regCountH) is
when 5000 to 14000 =>
regOutputData="0010"；
- regOutputPwm0Or1=′0′；
when 20000 to 30000=>
regOutputData="0101"；
regOutputPwm0Or1=′1′；
when 35000 to 48000=>
regOutputData="1000"；
regOutputPwm0Or1=′0′；
when others=>NULL；
regOutputPwm0Or1=′0′；
end case；
regCountH=0；
regOutputReadEnable=′1′；
--此时数据可读
else null；
end if；
　else NULL；
　end if；
end process measureBwide；
　IRIG-B解码的主要任务是找到码元起始报头，也就是2个连续的占空比为8 ms：2 ms的脉冲。找到报头后，根据码元的分布情况逐一解出相应的数据即可。找到起始报头后，输出秒脉冲，同时根据解码数据输出串行数据。本文利用12.8 MHz进行1 333次分频产生9 600 b/s的串行数据波特率，虽然不是整数，但是可满足串行数据的误码率要求。
　分脉冲由秒脉冲计数器产生，即计数器计满1 min时，输出一个脉冲。
3 同步逻辑信号的实现
　分布式同步逻辑的实现为本系统的重要部分，也是分布式录波系统同步录波的关键。系统中有一个专门用于接收各子单元故障的信号，作为系统录波的专用引脚，该信号为RS485驱动，因此抗干扰能力比较强。实际应用中，不论哪一个子单元判断出故障信号，均向本系统发出一个触发电平，当本系统收到该电平后立即发出启动信号，启动录波后一段时间再发出录波结束电平，结束本次录波工作。
由于CPLD的并行处理功能强大与反应速度快的特点，所以子单元发出故障信号的延时可以忽略不计(小于10 ns)。由于不同的用户需要的录波文件大小不一致，所以将录波结束的控制参数交由用户在线设置。由故障、录波启动、录波结束三组信号再配合IRIG-B时钟信号即可实现系统的同步录波功能(此处的源代码不再赘述)。
4 实验结果
　本系统的设计方案在Altera公司的MAXII570[2]上实现，编译环境为QuartusII 8.0，编程语言为VHDL[3]。
本系统在理论上最多能够连接32个子单元(RS485驱动能力的限制)，实际应用中，由于受到产品外形结构的限制，最大连接了8个子单元，任意一个子单元发出故障信号时，均能通过本系统产生录波的同步信号，各项指标均满足录波器的相关指标要求。即使多个子单元发出故障信号，本系统亦能准确判断出故障信号，从而输出同步信号。
　通过实际测试，本文设计方案只占用了63%的系统资源，留有相当大的剩余资源，非常方便实现后期的功能升级，而不用更换硬件。
本设计的难点在于如何正确地安排好芯片内部各个模块之间的时序，特别是当多个单元发出故障信号的情况下，如何能够准确地发出录波启动和录波结束信号，而不丢失录波文件。本系统可以用于暂态录波器，也可以用于稳态录波器。此外，经过调整相应的参数后，也可以用于其他的分布式实时系统。