专利名称：手持式高精度时统仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及时统仪，该时统仪用于多个测量记录装置的时间统一，使各测量记录装置在同一起始时间开始工作。
背景技术：
目前，使用多个测量记录装置对同一目标进行测量时，由于线路连接等因素，其记录开始时间不能统一或者时间精度不够，无法对目标进行综合分析。
使用多个测量记录装置对同一目标进行记录，并对结果进行分析，其关键是要求各个测量记录装置在同一时间基准开始记录，由于采样速度很高，要求时间统一的精度在微秒级，并且误差小于50微秒，现有的提供时间同步的设备由于自身电路复杂，硬件传输速率慢，时钟电路本身误差大等原因，无法达到这一时间精度。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种手持式高精度时统仪，可以对多个测量记录装置提供精确的时间基准，使各测量记录装置在同一时间基准开始对目标进行测量记录。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种手持式高精度时统仪，由单片机、电平转换电路、时钟电路、接口插座组成，单片机的第零数据输入输出端口与电平转换电路的第一发送器输入端口连接；单片机的第一数据输入输出端口与电平转换电路的第一接收器输出端口连接；单片机的第二数据输入输出端口与时钟电路的串行数据线连接；单片机的第三数据输入输出端口与时钟电路的串行时钟线连接；单片机的第四数据输入输出端口与时钟电路的中断信号输出端口连接；单片机的第五数据输入输出端口与电平转换电路的第二发送器的输入端口连接；电平转换电路的第一接收器的输入端口与接口插座的第一针脚连接；电平转换电路的第一发送器的输出端口与接口插座的第三针脚连接；电平转换电路的第二发送器的输出端口与接口插座的第五针脚连接；接口插座的第二、第四针脚接地电位。
所述单片机的型号为C8051F124，电平转换电路的型号为MAX3232E，时钟电路的型号为DS3231S。
本实用新型具有以下优点
一般的单片机执行一条指令的速度为12个时钟周期。本实用新型的单片机为C8051F系列，C8051F系列采用流水线结构，所有指令时序都以时钟周期计算，指令的速度为1个系统时钟周期，处理能力大大提高，峰值速度可达100兆指令/秒。在相同时钟下，指令运行速度比一般的单片机快10倍左右。所以在相同的时钟频率下运行速度极快，有利于提供精确的时间基准。
电平转换电路采用MAX3232E型号的芯片，MAX3232E内部集成了两个线路发送器、两个线路接收器和双电荷泵电路，其最大特点是能够进行可靠的高速率数据传输，传输速率高达1Mbps。可以减小信号在串行通信过程中，在线路上延迟造成的误差。
时钟电路采用DS3231S型号的芯片，芯片内部集成有温补晶振，温度范围-40～+85℃，精度为±3.5ppm，在环境温度变化时，仍然可以向单片机U1提供精确的时钟信号。
由于硬件具备上述优点，所以输出的时间基准信号的精度非常高，误差小于50微秒，可以胜任大多数测量工作。因电路结构简单，整个时统仪体积小、重量轻，可以做成手持式，便于户外使用。操作也非常简便，由按键向单片机输入操作指令，时钟电路为单片机提供高精度的时钟信号，单片机对操作指令进行处理后通过其I/O接口输出一个高精度的开始时间信号，发送给测量记录装置并由其进行保存，使测量记录装置在同一时间基准开始工作。
图1是本实用新型的电路框图；图2是图1中时钟电路的原理图。
图3是图1中单片机的原理图。
图4是图1中电平转换电路的原理图。
图5是图1中电源电路的原理图。
具体实施方式
请参照图1、图2、图3、图4、图5，本实用新型是一种手持式高精度时统仪，由单片机U1、电平转换电路U2、时钟电路U3、接口插座J1、电源电路U4组成。
单片机U1的第零数据输入输出端口P0.0与电平转换电路U2的第一发送器输入端口T1I连接，以向电平转换电路U2发送TTL电平信号。
单片机U1的第一数据输入输出端口P0.1与电平转换电路U2的第一接收器输出端口R1O连接，以接收电平转换电路U2发出的TTL电平信号。
单片机U1的第二数据输入输出端口P0.2与时钟电路U3的串行数据线SDA连接，单片机U1的第三数据输入输出端口P0.3与时钟电路U3的串行时钟线SCL连接。以读取时间信息。由串行时钟线SCL和串行数据线SDA构成I2C总线系统。该总线有严格的时序要求，总线工作时，由串行时钟线SCL传送时钟脉冲，由串行数据线SDA传送数据。
单片机U1的第四数据输入输出端口P0.4与时钟电路U3的中断信号输出端口/INT连接，以响应时钟电路U3发出的中断请求信号。
单片机U1的第五数据输入输出端口P2.5与电平转换电路U2的第二发送器的输入端口T2I连接，其作用是输出时间基准信号到电平转换电路U2中，经过U2转换后，由U2的第二发送器输出端口T2O输出RS-232电平信号，电平转换电路U2的第二发送器的输出端口T2O与接口插座J1的第五针脚5连接，该RS-232电平信号经过接口插座J1送到测量记录装置中。
电平转换电路U2的第一接收器的输入端口R1I与接口插座J1的第一针脚1连接，以接收测量记录装置发送的RS-232电平信号，电平转换电路U2的第一发送器的输出端口T1O与接口插座J1的第三针脚3连接，以向测量记录装置发出RS-232电平信号，接口插座J1的第二、第四针脚2、4接地电位。单片机U1的型号为C8051F124，时钟电路U3的型号为DS3231S，电平转换电路U2的型号为MAX3232E。
本实用新型的工作原理是首先由操作人员按动按键N1发出启动记录信号，如图3所示，单片机U1接收到启动记录信号后，再检查时钟电路U3发送过来的中断信号。读取时间信息并将其送至测量记录装置内的单片机中，然后等待下一次时钟中断信号，发送开始记录信号。
时钟电路内部带有温补晶振，温度范围-40～+85℃，精度为±3.5ppm，向单片机U1提供频率为1Hz的中断信号。带温补晶振的时钟电路精度很高，而单片机U1是在接收到时钟电路U3的中断信号后马上发出开始记录信号，将时统信号电平拉低，各测量记录装置接到时统信号的下降沿后，产生中断，并开始记录。
请参照图5，电源电路由MAX756型号的集成电路芯片U4构成，U4提供稳定的电压3.3V给单片机U1、电平转换电路U2、时钟电路U3。
各测量记录装置记录时间误差主要由两部分组成一、时统仪输出信号的间隔误差每次温补晶振发出的中断信号是1Hz，由于温补晶振的精度是±3.5ppm，因此这部分的误差为±3.5微秒。
二、时统信号延迟误差由温补晶振发出中断信号至单片机U1中，再由单片机U1中发出时间信号引发各测量记录装置的单片机中断并记录，这段间隔时间不能保证每次都完全一样。单片机U1的工作频率为20MHz时，根据晶振的精度计算，其误差小于1微秒。
权利要求1.一种手持式高精度时统仪，由单片机(U1)、电平转换电路(U2)、时钟电路(U3)、接口插座(J1)组成，其特征在于单片机(U1)的第零数据输入输出端口(P0.0)与电平转换电路(U2)的第一发送器输入端口(T1I)连接；单片机(U1)的第一数据输入输出端口(P0.1)与电平转换电路(U2)的第一接收器输出端口(R1O)连接；单片机(U1)的第二数据输入输出端口(P0.2)与时钟电路(U3)的串行数据线(SDA)连接；单片机(U1)的第三数据输入输出端口(P0.3)与时钟电路(U3)的串行时钟线(SCL)连接；单片机(U1)的第四数据输入输出端口(P0.4)与时钟电路(U3)的中断信号输出端口(/INT)连接；单片机(U1)的第五数据输入输出端口(P2.5)与电平转换电路(U2)的第二发送器的输入端口(T2I)连接；电平转换电路(U2)的第一接收器的输入端口(R1I)与接口插座(J1)的第一针脚(1)连接；电平转换电路(U2)的第一发送器的输出端口(T1O)与接口插座(J1)的第三针脚(3)连接；电平转换电路(U2)的第二发送器的输出端口(T2O)与接口插座(J1)的第五针脚(5)连接；接口插座(J1)的第二、第四针脚(2、4)接地电位。
2.根据权利要求1所述的手持式高精度时统仪，其特征在于所述单片机(U1)的型号为C8051F124，电平转换电路(U2)的型号为MAX3232E，时钟电路(U3)的型号为DS3231S。
专利摘要一种手持式高精度时统仪，由单片机、电平转换电路、时钟电路、接口插座组成，单片机的第零、第一数据输入输出端口分别与电平转换电路的第一发送器、第一接收器的输入端口连接，单片机的第二、第三数据输入输出端口分别与时钟电路的串行数据线、串行时钟线连接，单片机的第四数据输入输出端口与时钟电路的中断信号输出端口连接，单片机的第五数据输入输出端口与电平转换电路的第二发送器的输入端口连接，电平转换电路的第一接收器的输入端口、第一发送器、第二发送器的输出端口分别与接口插座的第一、第三、第五针脚连接，接口插座的第二、第四针脚接地电位。本实用新型可对多个测量记录装置提供精确时间基准，使其在同一起始时间进行测量记录。
文档编号G06F1/04GK2901252SQ200620012219
公开日2007年5月16日 申请日期2006年4月20日 优先权日2006年4月20日
发明者孙明, 赵连山 申请人:北京海天科技有限公司