專利名稱：電話時碼接收機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于同步時間接收裝置的結構改進，涉及電子電路和電話信號接收技術領域。
時間同步技術在科學研究、國民經(jīng)濟建設、國防建設中具有廣泛應用。如電信、廣播電視、測繪、電力、工業(yè)生產(chǎn)過程控制、交通運輸、航天發(fā)射、衛(wèi)星定位、導航等許多領域和行業(yè)都與時間同步技術的應用密不可分。目前接收標準時間信息主要是通過無線電長波、短波和微波來完成，使用專門的接收與測量比對設備，需由有專門知識和經(jīng)驗的技術人員進行操作。隨著電信事業(yè)和計算機技術的發(fā)展，美國、加拿大、日本最近先后研制出專用或通用的電話線路傳遞同步時間信息的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能滿足一定精密要求，且操作簡單、價格經(jīng)濟、運行成本低。但迄今未見有詳細的技術資料公開。
本實用新型的目的就是提供一種電話時碼接收機，使其能與電話時碼主控機構成電話授時系統(tǒng)，完成電話授時功能。
本實用新型的技術方案是按以下要求實現(xiàn)的，所設計的電話時碼接收機的組成有單片(計算)機、高穩(wěn)定度晶體振蕩器、頻率合成器、數(shù)碼顯示器、功能鍵和按鍵撥號盤電路、調(diào)制解調(diào)器(MODEM)及所需電源電路；其特征在于，高穩(wěn)定度晶體振蕩器與頻率合成器中的分頻器連接，分頻器所產(chǎn)生的100KHz和1PPS(Periods PerSecond，每秒的周期數(shù))信號與單片機的輸入端口連接，頻率合成器中的壓控振蕩器所產(chǎn)生的11.0592MHz信號與單片機時鐘端連接，并將各功能鍵和按鍵撥號盤電路與單片機輸入端口連接，同時把數(shù)碼顯示器與單片機輸出端口連接，將調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)口與單片機的數(shù)據(jù)輸入輸出口連接，調(diào)制解調(diào)器的通信器口能與電話線連接，并在單片機內(nèi)設置有應答/時碼接收程序。所述的功能鍵可以有調(diào)時(功能)鍵、傳輸路徑時延顯示(功能)鍵和復位(功能)鍵。所述的數(shù)碼顯示器可以采用LED數(shù)碼管，平時為數(shù)字時鐘鐘面，顯示時、分、秒，在電話撥號時可顯示所撥號碼。本實用新型接收機的操作通過功能鍵和按鍵撥號盤進行，如電話號碼撥號與重撥，鐘面時刻調(diào)整等各種功能。
本實用新型所設計的電話時碼接收機的核心為，單片機通過所設置的“應答/時碼接收”程序?qū)C內(nèi)設置的各部件之間的管理與合理調(diào)配使用。所述的單片機可以選擇AT89C2051型單片機，它能與MCS51系列單片機高度兼容，當然也可采用80C31單片機與74LS373地址鎖存器及2K×8位可擦除程序存儲器2716構成的最簡系統(tǒng)。所述的調(diào)制解調(diào)器是電話線路上遠程數(shù)據(jù)通信的工具，能將較小幅度的數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化為能在電話線路上遠距離通信的較大幅度的音頻信號；可以選用目前市場上各種數(shù)傳波特率的調(diào)制解調(diào)器，只需在接口電路上采取相應的軟件設計。
所述的頻率合成器可以選擇具有100KHz、1PPS和11.0592MHz輸出的各種結構，比較好的結構為接有高穩(wěn)定度晶體振蕩器的分頻器電路將輸入的標準頻率分頻后能輸出100KHz、1PPS和200KHz信號；其中200KHz輸出分二路，一路經(jīng)鑒相器電路和低通濾波器電路后進入壓控振蕩器，由壓控振蕩器產(chǎn)生的11.0592MHz信號輸出送至單片機，11.0592MHz信號另分一路進入雙模數(shù)分頻器電路；分頻器200KHz信號輸出的另一路進入相位累加器電路，該電路將累加的溢出信號送入雙模數(shù)分頻器，該分頻器根據(jù)溢出信號將11.0592MHz信號進行程序分頻后輸出200KHz信號送入鑒相器進行鑒相。
所述的晶體振蕩器的選擇直接影響著接收機的性能指標，因為接收機每次接收標準時碼校準本機數(shù)字時鐘后，本機時鐘的準確性要靠晶振器來保持，且頻率合成器輸出信號的精度也由晶振器決定，所以晶振器的選擇應視用戶對同步時間的精度要求來確定。由于晶振器的價格與其性能成正比，性能優(yōu)良的晶振可比接收機本身的價格高十多倍，就一般用戶而言，選擇頻率穩(wěn)定度為10-6/秒量級的石英晶振器就可以滿足其精度要求。由于商品晶振器的標準頻率通常為整數(shù)，故可以選擇1MHz、2MHz、5MHz或10MHz的晶振器。所述晶振器的設置可以在機內(nèi)，也可以在機外，還可以在機內(nèi)外都設置；機內(nèi)設置是將晶振器固定設置在接收機內(nèi)與分頻器連接，所產(chǎn)生的標準頻率稱為內(nèi)標頻，機外設置是在機殼上設置有晶振器連接端口，機外設置晶振器所產(chǎn)生的標準頻率稱為外標頻。比較好的設置方案為在接收機內(nèi)固定設置有石英晶振器與分頻器電路連接，并在機殼上設置有外標頻連接端口，同時在內(nèi)標頻和外標頻與分頻器連接線路上設置有內(nèi)標頻/外標頻切換開關；外標頻連接端口的設置是為了給用戶有更高精度要求時提供方便使用。
在單片機應用中，為了保證通訊中收發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率的準確性，只能靠調(diào)整單片機時鐘的頻率來保證數(shù)據(jù)所需標準波特率，結果必然使單片機時鐘頻率不為整數(shù)。而本實用新型接收機的標準時間數(shù)字鐘是由單片機模擬實現(xiàn)，為保證數(shù)字鐘有足夠的準確性，其時基信號頻率選為整數(shù)(100KHz)，且商品晶振器的頻率一般也為整數(shù)，所以本實用新型在頻率合成器中采用有小數(shù)分頻鎖相的頻率合成方法，這些在本領域的專業(yè)技術人員都能完成。
本實用新型所設計的電話時碼接收機與國家授時中心的電話授時主控機構成電話授時系統(tǒng)，采用雙工通信方式。只要在任何有電話網(wǎng)線的地方連接本接收機，用接收機撥打主控機的電話號碼，或由主控機撥打接收機的電話號碼，電話接通后主控機向接收機發(fā)送信號；接收機收到后向主控機回送應答信號，主控機收到應答信號后，測算出電話線路上的信號傳輸時延，向接收機發(fā)出修正線路傳輸時延后的標準時間信息碼；接收機收到標準時間碼后，校核本機的時鐘，使本機時鐘走時與標準時間保持同步；主控機與接收機之間校時結束后，掛機使線路恢復到正常。
由上述可以看出，本實用新型所設計的電話時碼接收機完成了國內(nèi)長久未能解決的難題，實現(xiàn)了電話授時自動校準操作過程，可廣泛應用于科研、經(jīng)濟建設和國防建設中，其操作簡單、價格經(jīng)濟、運行成本低，本實用新型具有電路結構簡單、性能可靠、制作成本低的優(yōu)點。
附

圖1為本實用新型所設計電話時碼接收機結構原理框圖，圖中虛線框內(nèi)為頻率合成器；附圖2為本實用新型電話時碼接收機中頻率合成器的電路原理圖；附圖3為本實用新型電話時碼接收機中單片機的電路連接示意圖；附圖4為本實用新型接收機中設置的“應答/時碼接收”程序的主程序流程圖。
以下結合附圖舉例說明本實用新型的具體實施和工作原理。
按附圖1結構制作電話時碼接收機，附圖2為其中頻率合成器電路結構的一種實例，附圖3為其中單片機連接結構的一種實例，并將按附圖4主程序流程編制的“應答/時碼接收”程序固化于單片機內(nèi)，當然還需要配制整個電路所需的電源電路，即可完成制作。
其中頻率合成器的電路參見附圖2，圖中外標頻為外置標頻連接端口，內(nèi)標頻為內(nèi)設石英晶振器，二線路能分別輸入5MHz的標準頻率，到達內(nèi)標頻/外標頻切換開關K1，5MHz信號進入集成電路U9(74LS122)單穩(wěn)多諧振蕩器進行信號整形，整形后的標頻信號由Q端輸出，進入由U10和U11(74LS90)組成的分頻器，經(jīng)分頻后分別輸出1MHz、200KHz和100KHz的頻率信號；其中1MHz信號一路進入U11繼續(xù)分頻，另一路進入U15和U16用于選通；200KHz信號一路進入U11繼續(xù)分頻，另一路進入U15選通；100KHz信號一路經(jīng)U15選通后送至單片機，另一路送入由U12、U13和U14(74LS390雙十進制分頻器)構成的六級級聯(lián)分頻器，經(jīng)六級10分頻后輸出1PPS信號，1PPS信號經(jīng)U16選通后送至單片機做模擬時鐘的秒進位信號。由U15和U16(74LS74雙D觸發(fā)器)構成脈沖選通器，其中U15使用D1和D2，U16使用D1，三個D觸發(fā)器時鐘輸入端CK均輸入1MHz信號，D輸入端分別輸入200KHz、100KHz、1PPS信號，目的是對輸入信號用1MHz信號選通，消除級聯(lián)分頻附加的時延和觸發(fā)噪聲。經(jīng)選通后由U15輸出的200KHz信號分二路，一路送入U17(MC4044)鑒相器的R端，另一路送入相位累加器的U23和U24。鑒相器(U17)對輸入的二路200KHz信號(一路來自U15，另一路來自雙模數(shù)分頻器)進行鑒相，鑒相后的誤差電壓送至T1(CA3140運算放大器)，由T1與其周圍電阻電容元件構成的低通濾波器進行濾波后，送入U18(74LS628電壓控制振蕩器)的FC端，由U18輸出11.0592MHz信號經(jīng)U3D(非門)送至單片機，做為單片機數(shù)據(jù)傳輸所需頻率。U17--U27及T1構成小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器，輸入頻率200KHz，輸出頻率11.0592MHz，程序分頻為F.N＝11.0592MHz/200KHz＝55.296是一小數(shù)，式中N為程序分頻比整數(shù)部分，F(xiàn)為程序分頻比小數(shù)部分。U18輸出的11.0592MHz信號另一路送入U19用于選通，U19雙JK觸發(fā)器74LS112的作用是為了消除N.F分頻所產(chǎn)生的觸發(fā)噪聲，用11.0592MHz信號對程序分頻后的200KHz信號進行選通，經(jīng)選通后輸出的200KHz信號送至鑒相器U17。U18輸出的11.0592MHz信號的再一路送入U21的CP端，由U20、U21、和U22共同構成÷55/56雙模程序分頻器，其中U20為四輸入與或非門74LS54，U21和U22為十進制同步加/減計數(shù)器74LS190。U23--U27組成相位累加器，其中U25、U26、U27為MC14560十進制全加器，U23、U24為六D觸發(fā)器，用于相位累加，相位累加器以輸入的200KHz為周期進行小數(shù)和余數(shù)的相加，累加的溢出脈沖信號經(jīng)過U3C和N1(或非門)送至雙模數(shù)程序分頻器。雙模分頻器在對輸入的11.0592MHz信號進行程序分頻時，累加器有溢出信號時程序分頻比為÷56，無溢出信號時程序分頻比為÷55，經(jīng)程序分頻后的200KHz信號由U19選通后送至鑒相器U17的V端。
本實用新型制作實例中單片機與各部件連接結構參見附圖3，單片機采用AT89C2051，由頻率合成器送來的11.0592MHz信號接入時鐘端(XTAL1)，100KHz信號接入P3.4端，1PPS信號接入P3.3端；P3.7用于秒輸出接口，P1.6連接調(diào)時鍵(S1)，P1.7聯(lián)結時延數(shù)值顯示鍵(S2)，RST連接復位鍵(S3)；P1.0--P1.5用于連接撥號鍵盤與顯示電路，P3.0--P3.2經(jīng)U6連接調(diào)制解調(diào)器，P3.5連接有數(shù)字間隔符顯示電路。其中鍵盤采用標準電話按鍵撥號盤方式排列，采取描掃工作方式，P1.0--P1.2控制鍵盤行，P1.3經(jīng)U1(74LS164移位寄存器)擴展鍵盤列，P1.4輸出移位脈沖。其中顯示器由L1--L6六只LT546RF七段數(shù)碼管、P1--P6六只晶體管9015以及U1和U2組成；采用動態(tài)掃描方式顯示，六位七段形碼共用U2擴展并接，由P1.5提供字形碼移位脈沖；位碼掃描與鍵盤共用U1，經(jīng)六只三極管驅(qū)動，字形顯示編碼由P1.3逐位輸入U2。其中U6(ICL232)為TTL電平與RS--232電平轉(zhuǎn)換器。
按上述要求，發(fā)明人制作出一臺電話時碼接收機樣機，經(jīng)測試同步精度為0.31±0.8ms，準確度為-10～+25ms/天。
權利要求1.一種電話時碼接收機，其組成有單片機、高穩(wěn)定度晶體振蕩器、頻率合成器、數(shù)碼顯示器、功能鍵和按鍵撥號盤電路、調(diào)制解調(diào)器及電源電路；其特征在于，高穩(wěn)定度晶體振蕩器與頻率合成器中的分頻器連接，分頻器所產(chǎn)生的100KHz和1PPS信號與單片機的輸入端口連接，頻率合成器中壓控振蕩器所產(chǎn)生的11.0592MHz信號與單片機時鐘端連接，并將各功能鍵和按鍵撥號盤電路與單片機輸入端口連接，同時將數(shù)碼顯示器與單片機輸出端口連接，將調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)口與單片機的數(shù)據(jù)輸入輸出口連接，調(diào)制解調(diào)器的通信口可與電話線連接，并在單片機內(nèi)設置有應答/時碼接收程序。
2.根據(jù)權利要求1所述的接收機，其特征在于，所述頻率合成器的結構為分頻器電路將輸入的標準頻率分頻后輸出100KHz、1PPS和200KHz信號；其中200KHz信號輸出分二路，一路經(jīng)鑒相器和低通濾波器電路后進入壓控振蕩器，由壓控振蕩器產(chǎn)生的11.0592MHz信號輸出送至單片機，11.0592MHz信號另分一路進入雙模數(shù)分頻器電路；200KHz信號的另一路進入相位累加器電路，該電路將累加的溢出信號送入雙模數(shù)分頻器電路，該分頻器電路根據(jù)溢出信號將11.0592MHz信號進行程序分頻后輸出200KHz信號送入鑒相器進行鑒相。
3.根據(jù)權利要求2所述的接收機，其特征在于，在接收機內(nèi)固定設置有內(nèi)標頻晶振器與分頻器電路連接，并在機殼上設置有外標頻連接端口，同時在內(nèi)標頻和外標頻與分頻器連接線路上設置有切換開關。
4.根據(jù)權利要求3所述的接收機，其特征在于，所述的功能鍵為調(diào)時鍵、時延顯示鍵和復位鍵。
5.根據(jù)權利要求1～4中任一項所述的接收機，其特征在于，由鑒相器、低通濾波器、壓控振蕩器、雙模數(shù)分頻器和相位累加器構成小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器，其輸入頻率為200KHz，輸出頻率為11.0592MHz，雙模數(shù)分頻器中程序分頻比為÷55/56。
專利摘要一種電話時碼接收機,其特點是把頻率合成器所產(chǎn)生的100KHz、1PPS和11.0592MHz信號送入單片機,在單片機上連接有顯示器、功能鍵和按鍵撥號盤電路及調(diào)制解調(diào)器,并設置有應答/時碼接收程序,其能與電話時碼主控機構成電話授時系統(tǒng),完成電話授時功能;可廣泛用于科研、經(jīng)濟、國防建設各行業(yè)的時間比對,操作簡單、價格經(jīng)濟、運行成本低,具有結構簡單、制作成本低、性能可靠的優(yōu)點。
文檔編號H04M11/00GK2385478SQ9923494
公開日2000年6月28日 申請日期1999年9月10日 優(yōu)先權日1999年9月10日
發(fā)明者和康元, 柯熙政, 劉長虹 申請人:中國科學院陜西天文臺