具光电接口的IRIG-B码的时间同步系统与时滞校正

摘要

时间同步系统是随着现代科学的进步发展起来的，时间同步在越来越多的工程项目和科学领域中发挥了重要作用，时间同步系统的时间精度也在不断地提高。
　　本文针对系统中的主、从设备仪器设计了时间同步的具体实现方法：基于PC104总线技术，提出了使用上位机CPU（CentralProcessingUnit）主板与现场可编程门阵列FPGA（FieldProgrammableGateArray）进行总线数据传输，实现主设备FPGA对时间信号进行IRIG-B（InterRangeInstrumentationGroup-B）码编码以及从设备FPGA对IRIG-B直流（DC）码进行解码的设计方案和体系结构，从而达到主、从设备的时间同步，使主、从设备在自我检测和维护的工作过程中对发生的各种事件和异常进行记录和追踪；根据主设备CPU传输的指令，主设备中FPGA产生实验所需波形输出，便于对系统中的其他设备进行测试与调控。
　　系统的主、从设备仪器的输入、输出接口大多数是光纤接口，设计了光电转换电路，该电路将输入的光信号转换为电信号，再将电信号转换为光信号经光纤传输，构成了光纤通信系统，研究光纤通信系统中信号传输的波形畸变和延迟；同时，分析IRIG-B码的滞后特性，当系统主、从设备发生事件和异常时，主、从设备中的FPGA将对应的时间信号记录下来，各自的CPU读回已记录的时间信号后进行时间校正。
　　结果表明，实现了主、从设备的时间同步，在经过时间校正后，时间精度控制在100纳秒以内，使主、从设备的时间同步精度得到进一步的提高。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 时间同步技术的国内外发展现状

1.3 课题意义

1.4 本文的主要研究工作

第二章 光纤通信系统及其对信号波形的影响

2.1 光纤通信系统的构成

2.2 光纤的传输特性

2.3 光电转换电路

2.4 光纤通信系统对信号波形的影响

2.5 本章小结

第三章 时间同步系统的实现方案

3.1 时间同步系统的总体框架

3.2 CAN总线式光纤调制解调器

3.3 电源电路

3.4 CPU主板与核心逻辑控制电路

3.5 实时日历时钟电路

3.6 IRIG-B码编码的原理

3.7 IRIG-B（DC）码解码的原理

3.8本章小结

第四章 时间同步系统的软件设计

4.1 程序设计方案

4.2 CPU主板与FPGA的传输协议

4.3 FPGA对日历时钟的I2C设计

4.4 主设备FPGA对IRIG-B（DC）码的编码

4.5 主设备FPGA对IRIG-B（AC）码的编码

4.6 从设备FPGA对IRIG-B（DC）码的解码

4.7 主设备中其它波形输出的软件设计

4.8 本章小结

第五章 IRIG-B码的滞后分析和时滞校正

5.1 IRIG-B码的滞后分析

5.2时滞校正

5.3 本章小结

第六章 工作总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果