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FPGA实现IRIGBDC码编码和解码的设计

发布时间:2020-06-30 19:19:24 阅读: 来源:绷缝机厂家

IRIG (Inter Range Instrumentation Group)起源于军队靶场的时间同步,靶场中的时间系统为卫星或航天器发射、常规武器试验、测控系统提供标准时间。IBIG-B时间码(简称B码)就是由IRIG所属的TCG(Telecommunication Group)制订的一种串行时间码,被广泛应用于时间信息传输系统中。在实际的应用中,根据距离B码发生器的远近及不同时间精度的要求,B码在实际传输中采用了两种码型AC码(交流码)和DC码(直流码)。当传输距离比较远时采用AC码,当传输距离近时则采用DC码。在本文中只涉及DC码。 FPGA为时码技术、时统设备的研制与开发注入了新的生机,为整个系统内的从设备分配相干的工作时钟,从而确保从设备具有同源相干的时钟基准。系统时钟送出时间信号,FPGA对接收到的时间信号进行编制,并且生成与GPS输出信号1 pps精确同步的B码信号。而解码系统是FPGA对B码格式信号进行解调,产生出所需的绝对时间和各种控制信号,提供给测量设备。对时统设备进行高度集成,实现时统设备大规模、高速度、低成本、低开发费用、设计周期短、电路简单、易于调试和可靠性高的目标,是时统设备发展的必然趋势。1 IRIG-B码格式与原理 IRIG-B码的时帧周期是1 s,包含100个码元,每个码元周期为10ms,即B码的码元速率为100 pps。B码有3种码元,位置识别标志P,二进制“1”和“0”,脉宽分别为8ms、5ms和2 ms。位置识别标志P0的前沿在帧参考点前一个索引计数间隔处,以后每10个码元有一个位置识别标志,分别为P1、P2、……、p9、P0,PR为帧参考点。脉冲信号如图1所示。

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一个时间格式帧从帧参考标志开始,由相邻两个帧参考标志之间的码元组成,每个时帧的准时为该时帧参考标志的前沿。如果连续出现两个8 ms的位置识别标志,则该时帧的开始是位于第2个8ms的位置识别标志前沿。 IRIG-B码中第1个字段(PR~P1)传送的是秒信息,第2个字段(P1~P2)传送的是分信息,第3个字段(P2~P3)传送的是时信息,第4、5个字段(P3~P5)传送的是天数信息,即从1月1日开始计算的年积日,所以在第5个字段结束后时间信号已经解析并保存在寄存器中。另外,在第8个字和第10个字中分别有3位表示上站和分站的特标控制码元。不仅包含丰富的时间信息,也包含必要的控制信息和监测信息,方便后端用户进行使用。 FPGA对B码的编码和解码时根据其格式和原理使用计数器和状态机来实现,其中会涉及到多个时钟信号,这些时钟信号都是由FPGA外部晶振40 MHz的时钟分频而来。编码时钟为5 MHz;解码的时钟有10 kHz、10 MHz,同时会输出时间信号,即天、时、分、秒信号。2 IRIG-B码编码 时间模块由CPU进行处理,提取系统的时间信号,即秒信号sec_bcd[7..0],分信号min_bcd[7..0],时信号hour_bcd[6..0],天信号day_bcd[10..0],为FPGA的输入信号,这些输入信号都是并行信号,并且是BCD码。GPS模块为编码系统提供1 pps信号上升沿,即秒同步信号,也作为FPGA的输入信号。IRIG-B码编码的寄存器传输级(RTL)视图如图2所示。

图2中,FPGA对IRIG-B码的编码主要由两个模块构成,一个为时钟分频模块,另一个为数据处理模块。系统的晶振时钟为40 MHz,通过分频,采用5 MHz的时钟,所以此处的误差最大为200ns。当GPS产生1个pps_in信号后,时间信号同时进入FPGA。为了产生的IRIG-B码和GPS产生的pps_in信号精确同步,所以IRIG-B码的准时位置应对准GPS模块发出的1 pps信号上升沿。B码编码的状态机流程图如图3所示。

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