如何设计一套gps同步时钟系统？

GPS同步时钟系统的主要功能是接收GPS卫星的高精度同步时间信息，并以此为电力系统各种自动化装置的时钟对时，保证电力系统的时间同步。GPS同步时钟主要由GPS信号接收单元、中心处理单元CPU、同步脉冲发生电路、LED显示及输出信号扩展调理单元构成。其结构如图1所示。

              　   图1   GPS同步时钟系统组成

1.GPS信号接收单元

GPS接收器是一专用集成电路模块，它的主要任务是：负责接收来自同步时钟天线的信号，并对其进行变换和处理，计算出GPS信号从卫星到接收天线的传播延时，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时计算出测站的三维位置、三维速度和时间信息，输出与国际标准时间UTC保持高度同步的秒脉冲选通信号1PPS(1PPS为标准的TTL逻辑电平，它上升沿与UTC的秒脉冲上升沿保持高度同步，误差为1μs)，并通过RS-232/485等串行接口输出与1PPS脉冲前沿相对应的UTC标准时间、日期及接收器所处方位等信息。

2.中心处理单元

中心处理单元通常采用单片机。其作用是接收并处理来自GPS接收器的1PPS和RS-232信息。通常将1PPS脉冲接入单片机的中断INTO，当INTO有中断产生时（即1PPS上升沿到来时），单片机开始从串口读取RS-232信息，从中提出时间信息并进行一定的处理。

3.同步脉冲发生电路

同步脉冲发生电路利用经CPU处理的粗糙1PPM、1PPH和未经CPU处理的精确1PPS，便可以得到精确的1PPM、1PPH信号，扩展了同步时钟的校时脉冲输出，使系统的同步授时能够更加方便灵活。为了提高装置的可靠性，输出信号通常通过光电隔离后输出，输出的同步脉冲既可以是有源TTL电平形式，也可以是静态空接点形式。有源TTL电平输出，即每隔一定的时间间隔产生一个TTL电平脉冲，或正脉冲或负脉冲，脉冲的宽度可以根据不同需求自行设置。静态空接点脉冲输出，即将同步脉冲作为一个开关量输出，表达开关的“闭合”和“断开”状态。

4.信号扩展调理单元

信号扩展调理单元由信号扩展单元和电平调理单元组成。单片机通常只有一个RS-232接口，无法满足电力系统多种信号类型、多个输出接口的通信要求。信号扩展单元可从总线扩展出多个输出接口，经调理可得到用户需要的1PPM、1PPH、RS-232和IRIG-B等多种信号输出接口，更好的满足电力系统多样化的对时需求，并且可以做到一机多用，即一台同步时钟可以为多个电力系统自动化装置对时。

将GPS技术的同步时钟技术应用于电力系统中，不仅大大提高了电力系统的自动化程度，为我国大电网安全稳定运行提供保障，而且使电力系统管理上更具人性化、公正化、信息化。