一種低功耗、高精度守時裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低功耗、高精度守時裝置，包括主控單元、與主控單元連接的顯示單元和CAN控制器，所述CAN控制器與CAN收發(fā)器連接，晶振電路向主控單元提供工作頻率；電源及切換電路向主控單元、CAN控制器、CAN收發(fā)器和晶振電路提供工作電源；主控單元通過URAT口接受GPS數(shù)據(jù)最后由CAN收發(fā)器通過CAN總線與外部通信；本實用新型具有系統(tǒng)電路精簡，能可靠地實現(xiàn)授時、軟件守時功能，系統(tǒng)低功耗，外部授時狀態(tài)下，輸出時間誤差優(yōu)于100ns；裝置自身守時情況下，守時精度為1小時秒漂優(yōu)于1.5ms，能滿足大多數(shù)用戶對授時精度的要求。
【專利說明】一種低功耗、高精度守時裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及時鐘控制領(lǐng)域，特別是涉及一種低功耗、高精度守時裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]精確、統(tǒng)一的時間系統(tǒng)不僅是現(xiàn)代科學(xué)研究中一個重要的組成部分，而且在實時通信系統(tǒng)、電力資源調(diào)配、鐵路車輛調(diào)度等日常工作中也得到了廣泛的應(yīng)用，時間的應(yīng)用已從基礎(chǔ)研究領(lǐng)域發(fā)展到了許多工程【技術(shù)領(lǐng)域】，而且對時間信息的精確度要求也越來越高。
[0003]CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，CAN總線以其可靠性高、通信速率快、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，成為消費(fèi)電子、工控領(lǐng)域中最佳的選擇。
[0004]本設(shè)計可以廣泛應(yīng)用于需要精確、統(tǒng)一時間的各類通信系統(tǒng)中，涵蓋通信、消費(fèi)類電子及工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域。
[0005]目前，通常的授時終端，基本采用分離元件和小規(guī)模集成電路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度低、精度不高、可靠性差、通用性和可維護(hù)性也較差。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型通過對GPS時間信息提取方法進(jìn)行了相關(guān)研究，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計出相應(yīng)的電路模塊，保證系統(tǒng)輸出時間誤差優(yōu)于100ns，能夠滿足絕大多數(shù)系統(tǒng)對時間精度的要求。
[0007]本實用新型以MCU為硬件單元的主控制器，通過接收外部GPS定位、導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息，以GPS接收機(jī)Ipps輸出為授時標(biāo)準(zhǔn)，以具有溫度補(bǔ)償功能的高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器作為短期守時的組合式時間同步裝置實現(xiàn)方案。利用MCU來提取相應(yīng)時間數(shù)據(jù)、完成授時、軟件守時工作，并把實時時間、位置數(shù)據(jù)通過CAN總線來對外傳輸。其中，CAN總線是利用MCU和獨(dú)立CAN控制器MCP2515來實現(xiàn)的。
[0008]本實用新型采用如下技術(shù)方案:一種低功耗、高精度守時裝置，包括主控單元、與主控單元連接的顯示單元和CAN控制器，所述CAN控制器與CAN收發(fā)器連接，晶振電路向主控單元提供工作頻率；電源及切換電路向主控單元、CAN控制器、CAN收發(fā)器和晶振電路提供工作電源；主控單元通過URAT 口接受GPS數(shù)據(jù)最后由CAN收發(fā)器通過CAN總線與外部通信。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述顯示單元通過并口與主控單元連接，所述CAN控制器通過SPI 口與主控單元連接。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述電源及切換電路輸出的電源電壓為3.3V。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述晶振電路輸出頻率為3.2MHZ。
[0012]本實用新型中，主控制器采用TI公司生產(chǎn)的單片機(jī)MSP430F168，它能夠在1.8?
3.6V電壓條件下運(yùn)行，該單片機(jī)輸入端口的漏電流最大為50nA，遠(yuǎn)低于其他系列單片機(jī)的I?10 μ A。本實用新型中所涉及的MSP430F168功能模塊的利用:2個串行通信接口(USART0/1)、2個16位的定時器(TimerA/B)、I/O 口的一般I/O功能和Pl和P2 口的I/O中斷功能。
[0013]本實用新型中，電源輸入及電源切換電路的內(nèi)、外電源切換硬件電路的具體實現(xiàn)采用兩個D1、D2為低壓降的二極管，IK阻值的R1，其作用是當(dāng)輸入電源中的一方斷電時，確保另外一方不對斷電方提供漏電壓。輸入電壓經(jīng)過DC/DC芯片TPS76033變換后，產(chǎn)生3.3V電壓(com_3.3v)，對MCU和晶體電路進(jìn)行供電。其它電路部分分別由外部輸入的3.3V和5V供電。
[0014]本實用新型中，CAN控制器選用MCP2515，該芯片完全支持CAN V2.0B技術(shù)規(guī)范，能收、發(fā)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀以及擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀，最高通信速率為IMb/s ;采用低功耗的COMS設(shè)計技術(shù)；靈活的中斷管理功能，方便數(shù)據(jù)的組織和信息的管理；使得MCU對于CAN總線的操作變得更方便、高效。
[0015]本實用新型中，顯示單元采用的液晶模塊，該液晶模塊供電電壓的典型值為5V，可顯示范圍為112X16點(diǎn)陣。采用該顯示模塊，能對外部授時階段獲取的GPS時間、位置信息和外部通信命令等信息進(jìn)行顯示。
[0016]本實用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017]I)系統(tǒng)低功耗設(shè)計(在電池工作守時狀態(tài)時，系統(tǒng)功耗為IOmW)；
[0018]2)系統(tǒng)電路精簡，能可靠地實現(xiàn)授時、軟件守時功能；
[0019]3)外部授時狀態(tài)下，輸出時間誤差優(yōu)于IOOns ;裝置自身守時情況下，守時精度為I小時秒漂優(yōu)于1.5ms，能滿足大多數(shù)用戶對授時精度的要求；
[0020]4)軟件編程簡單，便于后期維護(hù)和程序移植。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]本實用新型將通過實施例并參照附圖的方式說明，其中:
[0022]圖1是本實用新型的系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，本實用新型所述的裝置包括主控單元、CAN控制器、CAN收發(fā)器、晶振電路、電源及切換電路和顯示單元，每個模塊之間通過各種接口連接，整個裝置的工作是在本實用新型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件控制的。
[0024]本裝置中主控單元MCU通過內(nèi)在的GPS單元和URAT接口接受外部的GPS數(shù)據(jù)，主控單元MCU對接受到的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并數(shù)據(jù)同步，然后通過SPI 口將數(shù)據(jù)傳輸給CAN控制器，最后由CAN收發(fā)器將數(shù)據(jù)通過CAN總線與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0025]在本裝置中，顯示單元通過與主控單元MCU連接可以實時監(jiān)控裝置內(nèi)部的數(shù)據(jù)工作狀態(tài)。
[0026]本實用新型中，低功耗功能，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:選用自身功耗比較小的主控單元和CAN總線控制器；通過對對外接口芯片以及顯示模塊等進(jìn)行電源管理，即:守時階段由板上電池僅對MCU、晶體電路和CAN收發(fā)器進(jìn)行供電，MCP2515進(jìn)入待機(jī)模式、顯示單元不工作。非守時階段，即裝置正常工作時，所有功能模塊均由外部電源供電，電池不工作；軟件編制中，對該裝置電源管理方面進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化設(shè)計:守時階段，控制MCP2515進(jìn)入休眠模式(旁路電流僅I μ Α)，只有晶振電路和MCU工作，來完成裝置的高精度守時任務(wù)，當(dāng)有外部CAN通信命令要求裝置對外授時時，數(shù)據(jù)經(jīng)過CAN收發(fā)器接收后，會把MCP2515從休眠模式喚醒，進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)。
[0027]本實用新型中，高精度授時、守時方面主要體現(xiàn)在以下幾個方面:裝置使用MCU自帶的UART接口接收GPS的NMEA協(xié)議信息，解析出UTC時間，采用外部中斷引腳接收GPS秒脈沖信號(IPPS)來實時修正內(nèi)部時間。裝置內(nèi)的系統(tǒng)時間由GPS模塊和MCU內(nèi)部320ys的定時器計數(shù)單元共同提供，授時情況下實時利用GPS秒脈沖校準(zhǔn)內(nèi)部時間。本裝置采用頻率穩(wěn)定度為±0.3ppm的溫度補(bǔ)償晶振，為MCU提供高穩(wěn)定度的工作頻率基準(zhǔn)。
[0028]本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。
[0029]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低功耗、高精度守時裝置，其特征為包括主控單元、與主控單元連接的顯示單元和CAN控制器，所述CAN控制器與CAN收發(fā)器連接，晶振電路與主控單元連接；電源及切換電路分別主控單元、CAN控制器、CAN收發(fā)器和晶振電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗、高精度守時裝置，其特征為所述顯示單元通過并口與主控單元連接，所述CAN控制器通過SPI 口與主控單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗、高精度守時裝置，其特征為所述電源及切換電路輸出的電源電壓為3.3V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗、高精度守時裝置，其特征為所述晶振電路輸出頻率為3.2MHZ。
【文檔編號】G04R20/04GK203673286SQ201320732988
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】王維維, 張洪波, 昌暢 申請人:四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司