一种基于PID的主从设备间的时钟同步方法技术

本发明专利技术公开一种基于PID的主从设备间的同步方法，包括如下步骤：采用1588v2协议计算出第m次确定从时钟与主时钟之间的基准时钟偏差E(m)；从设备初始化后，根据下一次的基准时钟偏差和第1次的基准时钟偏差的差值计算出从设备与主设备的当前时刻下的当前次的时钟偏差；按相应公式计算出当前时刻下第k次用于调节PWM占空比的调节控制量u(k)，根据调节控制量u(k)调整第k次所对应的当前时刻下的PWM信号的占空比，从而调节从设备的从时钟的频率，使得从时钟的频率与主时钟的频率保持同步。本发明专利技术能够很好地在主从设备间进行时钟同步，同步精度误差小。度误差小。度误差小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PID的主从设备间的时钟同步方法


[0001]本专利技术涉及时钟同步
，具体涉及一种基于PID的主从设备间的时钟同步方法。

技术介绍

[0002]对于音频系统来说，通常会存在多台设备，每天设备上均安装有用于产生时钟的晶振，但因为生产晶振工艺或所处工作环境等问题，晶振频率或多或少都存在频率误差，通常或多或少存在
±
20ppm的频率误差。特别是对于长时间的音频传输中，因存在时钟不同步而导致设备之间出现延时，进而会导致整个音频系统同步性能越来越差，从而导致设备间无法同步播放音频，随着同步误差不断积累，甚至会出现杂音、爆音或其他音频异常播放问题，为此需要较好的时钟同步方法。
[0003]现有音频系统中的时钟同步处理，通常是在主设备(例如作为声音源端的话筒)向从设备(例如作为播放音源的设备功放音响)提供时钟，该时钟用晶振产生，该时钟作为播放音频用的音频时钟。但这样的时钟依然完全取决于晶振，仍然存在不同设备之间的音频时钟不同步的问题，为此需要能够提供更好的时钟同步处理方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的提供一种基于PID的主从设备间的同步方法，其能够解决
技术介绍
描述到的现有技术存在的问题。
[0005]实现本专利技术的目的的技术方案为：一种基于PID的主从设备间的同步方法，包括有且仅有一台主设备和若干台从设备，主设备安装有主时钟，每台从设备安装有从时钟，包括如下步骤：
[0006]步骤1：按公式
①
计算出从设备与主设备之间采用1588v2协议确定从时钟与主时钟之间的时钟偏差E(m)，E(m)表示采用1588v2协议计算出第m次确定从时钟与主时钟之间的基准时钟偏差：
[0007]E(m)＝[(t2
‑
t1)+(t3
‑
t4)]/2
‑‑‑‑‑‑①
[0008]式中，t1表示从设备向主设备发送同步请求的发送时刻，t2表示主设备接收到同步请求的接收时刻，t3表示向从设备发送的同步请求回应报文的发送时刻，同步请求回应报文携带有t2和t3，t4表示从设备接收到同步请求回应报文的接收时刻；
[0009]步骤2：从设备初始化后，按公式
②
计算出从设备与主设备的当前时刻下的第k次时钟偏差e(k)：
[0010]e(k)＝E(k+1)
‑
E(1)
‑‑‑‑‑‑②
[0011]式中，E(1)和E(k+1)也即是公式
①
中m分别取1和k+1时的基准时钟偏差的取值；
[0012]步骤3：按公式
③
计算出当前时刻下第k次用于调节PWM占空比的调节控制量u(k)：
[0013][0014]式中，K1、K2和K3为权重系数，为常数，
[0015]根据调节控制量u(k)调整第k次所对应的当前时刻下的PWM信号的占空比，从而调节从设备的从时钟的频率，使得从时钟的频率与主时钟的频率保持同步，从而实现主从设备间的时钟同步，
[0016]其中，调节控制量u(k)输入从设备的压控晶振，以调节压控晶振输出的频率，压紧晶振输出的频率作为从时钟的频率。
[0017]进一步地，
[0018]进一步地，时刻t1和t4是从时钟根据从设备内压控晶振输出的频率计数得到的计数值，时刻t2和t3是主时钟根据主设备内压控晶振输出的频率计数得到的计数值。
[0019]进一步地，所述时刻t1和t4是从时钟根据从设备内压控晶振输出的频率计数得到的计数值，时刻t2和t3是主时钟根据主设备内压控晶振输出的频率计数得到的计数值，其具体实现包括：
[0020]主时钟输出P％占空比的PWM信号，P为正整数，PWM信号经滤波器转换为电压信号，电压信号输入给压控晶振以控制压控晶振的输出频率MCLK，该输出频率MCLK进行计数得到的计数值作为主时钟和从时钟的时间戳，该时间戳对应t2和t3，
[0021]从时钟输出P％占空比的PWM信号，PWM信号经滤波器转换为电压信号，电压信号输入给压控晶振以控制压控晶振的输出频率MCLK，该输出频率MCLK进行计数得到的计数值作为从时钟的时间戳，该时间戳对应t1和t4。
[0022]进一步地，P＝50。
[0023]本专利技术的有益效果为：本专利技术采用1588v2协议交互准确计算主从时钟偏差，且采用PID控制算法根据偏差计算控制量校准压控晶振频率实现高精度同步，能够很好地在主从设备间进行时钟同步，同步精度误差小于10us(微妙)，基于该同步时钟而应用到音频系统中，采用音频分析仪分析音频系统下的音频同步播放的失真率稳定在0.005％左右，能够满足高要求下的同步播放。
附图说明
[0024]图1为本专利技术较佳实施例的流程示意图。
具体实施方式
[0025]为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
[0026]如图1所示，一种基于PID的主从设备间的同步方法，包括有且仅有一台主设备，若
干台从设备，主设备安装有主时钟，每台从设备安装有从时钟，包括如下步骤：
[0027]步骤1：从设备与主设备之间采用1588v2协议确定从时钟与主时钟之间的时钟偏差E(m)，E(m)表示采用1588v2协议第m次确定从时钟与主时钟之间的基准时钟偏差，基准时钟偏差E(m)按公式
①
计算得到：
[0028]E(m)＝[(t2
‑
t1)+(t3
‑
t4)]/2
‑‑‑‑‑‑①
[0029]式中，t1表示从设备向主设备发送同步请求的发送时刻，t2表示主设备接收到同步请求的接收时刻，t3表示向从设备发送的同步请求回应报文的发送时刻，同步请求回应报文携带有t2和t3，t4表示从设备接收到同步请求回应报文的接收时刻。
[0030]其中，时刻t1至t4各自的时间值是按步骤S1得到的计数值，其中，时刻t1和t4是从时钟根据从设备内压控晶振输出的频率计数得到的计数值，时刻t2和t3是主时钟根据主设备内压控晶振输出的频率计数得到的计数值：
[0031]步骤S1：主时钟输出P％占空比的PWM信号，P为正整数，例如，50％占空比的PWM信号，PWM信号经滤波器转换为电压信号，电压信号输入给压控晶振以控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PID的主从设备间的同步方法，包括有且仅有一台主设备和若干台从设备，主设备安装有主时钟，每台从设备安装有从时钟，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：按公式
①
计算出从设备与主设备之间采用1588v2协议确定从时钟与主时钟之间的时钟偏差E(m)，E(m)表示采用1588v2协议计算出第m次确定从时钟与主时钟之间的基准时钟偏差：E(m)＝[(t2
‑
t1)+(t3
‑
t4)]/2
‑‑‑‑‑‑①
式中，t1表示从设备向主设备发送同步请求的发送时刻，t2表示主设备接收到同步请求的接收时刻，t3表示向从设备发送的同步请求回应报文的发送时刻，同步请求回应报文携带有t2和t3，t4表示从设备接收到同步请求回应报文的接收时刻；步骤2：从设备初始化后，按公式
②
计算出从设备与主设备的当前时刻下的第k次时钟偏差e(k)：e(k)＝E(k+1)
‑
E(1)
‑‑‑‑‑‑②
式中，E(1)和E(k+1)也即是公式
①
中m分别取1和k+1时的基准时钟偏差的取值；步骤3：按公式
③
计算出当前时刻下第k次用于调节PWM占空比的调节控制量u(k)：式中，K1、K2和K3为权重系数，为常数，根据调节控制量u(k)调整第k次所对应的当前时...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁伟富，张常华，朱正辉，赵定金，
申请(专利权)人：广州市保伦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：