高精度多功能时间校验仪的研究与设计

论文摘要

目前,国内各电力公司对多费率电能表、多功能电能表的时间计量的校验方式和方法各不相同,有用频率计测频率输出的,有用秒表比对的,有用电台对时的,所用的计量器具的等级、测量精度无法界定。国内对多费率电能表、多功能电能表的时间计量校验正处于起步阶段。多功能电能表时间校验仪是检定分时计度(多费率)电能表而设计开发的仪器。它与电能表系统联机可检定多功能电能表的日计时误差,同时还具有GPS自动校时、相位测定,频率测量和可调电压输出功能。此时间校验仪是利用高精度的GPS授时模块产生的标准信号来驯服本地的压控恒温晶振,保证提供给复杂可编程器件(CPLD)EPM1270高精度、高稳定度的时钟信号。为确保测量精度达到1ppb,在测量的方法上采用等精度测量消除±1的测量误差,利用时间间隔测量提高测量精度。同时为了提高显示屏的清晰度和亮度特选用荧光点阵显示屏,可以进行图文显示。选用单片机作为系统的主控芯片以实现与外界良好接口。高精度的时间测量模块首先通过VHDL语言编程在Quartus II 7.1软件上实验仿真成功后下载到CPLD芯片中,并与系统板进行配合调试,达到预期设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 时间与频率基准概述
• 1.3 GPS 时间概述
• 1.4 传统时间校验仪的不足
• 1.5 课题的任务和意义
• 1.6 最终目标和成果形式
• 第二章 系统的总体规化和设计
• 2.1 系统需求分析
• 2.1.1 系统功能分析
• 2.1.2 系统非功能需求分析
• 2.2 系统功能设计
• 2.3 系统软硬件规划和系统开发流程
• 2.4 小结
• 第三章 硬件设计与开发
• 3.1 硬件开发平台介绍
• 3.1.1 单片机开发平台
• 3.1.2 CPLD 开发平台
• 3.2 系统框架
• 3.2.1 MCU+GPS+CPLD
• 3.2.2 电路原理框图
• 3.3 硬件设计细节
• 3.3.1 单片机与CPLD 芯片选择
• 3.3.2 系统时钟（CLOCK）模块设计
• 3.3.3 高精度周期测量模块设计
• 3.3.4 模式选择模块设计
• 3.3.5 CPLD 控制模块设计
• 3.3.6 键盘电路设计
• 3.3.7 数据总线控制设计
• 3.3.8 信号分频电路设计
• 3.3.9 串口模块设计
• 3.3.10 JTAG 接口设计
• 3.3.11 数据存储电路设计
• 3.4 电路PCB 板设计
• 3.5 小结
• 第四章 软件设计与开发
• 4.1 系统软件需要分析
• 4.2 软件系统开发过程
• 4.3 系统软件流程
• 4.4 软件设计
• 4.4.1 MCU 初始化程序
• 4.4.2 串口初始化
• 4.4.3 显示GPS 时间
• 4.4.4 键盘中断处理程序
• 4.4.5 周期测量程序
• 4.4.6 日误差测量与计算
• 4.4.7 频率测量程序
• 4.4.8 相位测量程序
• 4.4.9 电压测量程序
• 4.4.10 VFD 显示程序
• 4.4.11 分频系数设置与写入程序
• 4.5 小结
• 第五章 实验数据测量
• 5.1 对GPS 模块授时时钟的测量
• 5.2 对恒温晶振的频率测量
• 5.3 送检结果
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间获取的成果