B碼解碼接口卡電路的兩種設計方案的應用

一、 IRIG-B格式碼的格式與規(guī)范

圖1為B（DC）碼示意圖。它是每秒一幀的時間串碼，每個碼元寬度為10ms，一個時幀周期包括100個碼元，為脈寬編碼。碼元的“準時”參考點是其脈沖前沿，時幀的參考標志由一個位置識別標志和相鄰的參考碼元組成，其寬度為8ms；每10個碼元有一個位置識別標志：P1，P2，P3，…，P9，P0，它們均為8ms寬度；PR為幀參考點；二進制“1”和“0”的脈寬為5ms和2ms。

圖1 B（DC）碼示意圖

一個時間格式幀從幀參考標志開始。因此連續(xù)兩個8ms寬脈沖表明秒的開始，如果從第二個8ms開始對碼元進行編碼，分別為第0，1，2，…，99個碼元。在B碼時間格式中含有天、時、分、秒，時序為秒-分-時-天，所占信息位為秒7位、分7位、時6位、天10位，其位置在P0～P5之間。P6～P0包含其他控制信息。其中“秒”信息：第1，2，3，4，6，7，8碼元；“分”信息：第10，11，12，13，15，16，17碼元；“時”信息：第20，21，22，23，25，26，27碼元；第5，14，24碼元為索引標志，寬度為2ms。時、分、秒均用BCD碼表示，低位在前，高位在后；個位在前，十位在后。

二、 B碼解碼接口卡設計方案

B碼解碼接口卡功能框圖如圖2所示。

圖2 “B碼解碼接口卡”功能框圖

對B碼進行解碼就是將B碼中所包含的時、分、秒信息提取出來，轉換成主計算機能夠識別的形式，同時以秒的準時點為參考，生成毫秒信息，一同送入主計算機中。解碼的關鍵在于檢測B碼中各個碼元的高電平寬度，首先要檢測連續(xù)兩個8ms寬的碼元出現(xiàn)的位置，然后再檢測隨后的30個碼元脈沖寬度，以確定時、分、秒。這里不檢測天的值，天可以直接在主計算機上設置。

圖3 B碼解碼接口卡電路

檢測高電平寬度：將B碼送入單片機89C51的INT0端，在INT0引腳由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，啟動單片機的內(nèi)部定時器T0，開始計數(shù)；在INT0引腳由高變低時（即下降沿），觸發(fā)INT0中斷，讀取計數(shù)器的值，脈沖寬度等于計數(shù)值乘以計數(shù)周期。

形成毫秒值：將1kHz信號接到單片機的INT1端，每毫秒產(chǎn)生一次中斷。INT1中斷處理程序完成毫秒計數(shù)，當計到1000ms時完成秒加1。

三、 電路設計

1 電路設計方案1

方案1中，輸入輸出模塊由5片鎖存器構成，接口控制簡單，如圖3所示。

來自時統(tǒng)設備的IRIG-B（DC）碼，為RS422接口信號，經(jīng)轉換后變?yōu)門TL電平，送至單片機89C51的INT0端。單片機初始化設置中，定時器T0工作在模式1，采用內(nèi)部時鐘。當INT0引腳由低到高時，定時器T0開始計時；當INT0引腳由高變低時，觸發(fā)INT0中斷，執(zhí)行中斷服務程序，計算INT0引腳的高電平寬度。根據(jù)寬度對B碼各脈沖進行解碼，形成秒、分、時的BCD碼，存入單片機的內(nèi)部RAM中。同時，由頻率源產(chǎn)生的12MHz的信號經(jīng)分頻器后，輸出1kHz信號，送至單片機INT1引腳，使1ms產(chǎn)生一次INT1中斷，執(zhí)行INT1中斷處理程序，對毫秒進行計數(shù)。毫秒計數(shù)到1000時，進行秒加1，毫秒初值在B碼的準時點進行賦值。

單片機的P0口經(jīng)鎖存器Ⅰ輸出地址線A0、A1，以控制兩個并行接口芯片8255的輸出端。單片機解碼和計數(shù)輸出的毫秒（2字節(jié)）、秒（1字節(jié)）、分（1字節(jié)）、時（1字節(jié)）BCD碼，在單片機的寫指令控制下，分五次送到兩片8255的不同端口。各端口經(jīng)鎖存器Ⅱ“鎖存器Ⅵ，將數(shù)據(jù)鎖存。單片機送出一組時間碼后，向主計算機發(fā)送中斷。主計算機響應中斷后，依次讀取各鎖存器的值，即為當前的時統(tǒng)時間。

圖4 FIFO實現(xiàn)輸入輸出控制原理圖

鎖存器Ⅱ”Ⅵ的數(shù)據(jù)輸出端直接掛在EISA（ISA）總線上，其片選信號CS1“CS5通過地址譯碼產(chǎn)生。

主計算機讀時應能保證數(shù)據(jù)不處于變化中，因此，須將單片機的寫信號WR經(jīng)延時反向后，送到各鎖存器的LE端，使數(shù)據(jù)被鎖存。主計算機內(nèi)設一存儲單元，存放前一秒的數(shù)據(jù)。當前讀取的數(shù)據(jù)如果比前一秒多1，則認為時間正確。

為避免板內(nèi)程序死循環(huán)，在該板上設計了看門狗復位電路。在單片機板內(nèi)程序中，每隔一定時間對P1.6口進行置1。計時器的最高位輸出端接至單片機的Reset端。在正常情況下，P1.6口總能執(zhí)行置1操作，不會對單片機復位；但若程序中有死循環(huán)，則P1.6口不被置1。當計時器計到最高位輸出端為1時，就會對單片機復位?？撮T狗復位電路采用14位二進制計數(shù)器4060，并具備上電復位和手動復位的功能，其振蕩周期由外接電阻、電容的大小決定。

2 電路設計方案2

方案2如圖4所示。解碼原理同方案1。該電路采用FIFO（IDT7201）加狀態(tài)寄存器和緩沖器，實現(xiàn)單片機與主計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸，無需8255和鎖存器，器件較少，但相應地會增加軟件控制的工作量。單片機解碼后，在每幀數(shù)據(jù)前加上標志碼，輸出時、分、秒、毫秒信息，在寫信號的控制下，經(jīng)緩沖器送入FIFO中。主計算機查詢狀態(tài)寄存器，了解FIFO的狀態(tài)（空、滿、半滿）后，讀取FIFO中的數(shù)據(jù)。這里用FIFO的8位數(shù)據(jù)線。

IDT7201為先進先出雙口存儲器。內(nèi)部RAM：512×9，設有空標志（EF）、滿標志（FF）和半滿標志（HF），以避免數(shù)據(jù)溢出和空讀。讀、寫數(shù)據(jù)通過內(nèi)部循環(huán)指針，無須地址信息存取數(shù)據(jù)。

IDT7201復位時，空標志（EF）置0；滿標志（FF）和半滿標志（HF）置1；讀、寫指針設到初始位置。當寫信號（）由高變低時，若滿標志（FF）為1，則開始寫循環(huán)，將數(shù)據(jù)寫入RAM中，不受任何讀操作的影響；當RAM半滿時，HF置0；當寫指針比讀指針小1時，表明緩沖區(qū)已滿，F(xiàn)F置0，禁止寫操作。當讀信號（）由低到高時，如果EF為1，則開始讀循環(huán)，數(shù)據(jù)以FIFO的方式讀出；當所有數(shù)據(jù)均讀出，讀指針等于寫指針，緩沖區(qū)已空，EF置0，禁止讀操作。在緩沖區(qū)空或滿時，、信號的外部變化，不影響FIFO。

四、 板內(nèi)程序設計流程

在單片機內(nèi)部RAM中，用可位尋址的21H、22H、23H、24H單元分別存放“秒”、“分”、“時”BCD碼和幀標志等，如表1所列。

表1 時間碼存放表

INT0、INTI中斷處理程序如圖5和圖6所示。

圖5 INT0中斷處理程序流程圖

圖6 INT1中斷處理程序流程圖

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