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同步LED電子時鐘之NTP機制詳解
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發布：2015-12-25
在同步LED電子時鐘之NTP機制詳解一文里，我們將通過NTP機制的技術來分析如何實現LED時鐘時間的同步，如何提高LED時鐘走時精度，以及如何通過采用工業設計美學原理設計，盡顯示LED時鐘外觀與功能之美，穩定、可靠。
NTP同步時鐘所采用的NTP協議原理如下：
1、NTP(Network Time Protocol）網絡時間協議基于UDP（網絡端口號123），用于網絡時間同步的協議，使網絡中的計算機時鐘同步到UTC，再配合各個時區的偏移調整就能實現精準同步對時功能。提供NTP對時的服務器有很多，比如微軟的NTP對時服務器、大學的NTP服務器、國家時間中心的NTP服務器等，利用NTP服務器提供的對時功能，可以使我們的設備時鐘系統能夠正確運行。特別是在學校、醫院、車站、電力等場合，時間的準確尤為重要。
2、NTP采用UDP網絡通訊，其底層報文格式如下：
NTP協議報文格式如上圖所示，它的字段含義參考如下：
LI 閏秒標識器，占用2個bit
VN 版本號，占用3個bits，表示NTP的版本號，現在為3
Mode 模式，占用3個bits，表示模式
stratum（層），占用8個bits
Poll 測試間隔，占用8個bits，表示連續信息之間的最大間隔
Precision 精度，占用8個bits，，表示本地時鐘精度
Root Delay根時延，占用8個bits，表示在主參考源之間往返的總共時延
Root Dispersion根離散，占用8個bits，表示在主參考源有關的名義錯誤
Reference Identifier參考時鐘標識符，占用8個bits，用來標識特殊的參考源
參考時間戳，64bits時間戳，本地時鐘被修改的最新時間。
原始時間戳，客戶端發送的時間，64bits。
接受時間戳，服務端接受到的時間，64bits。
傳送時間戳，服務端送出應答的時間，64bits。
認證符（可選項）
同步LED時鐘所采用NTP協議報文來獲取時間，NTP同步時鐘如何獲取到準確的時間，并保證時間走時精度高達5PPM：
1、拋開復雜的協議報文，我們來理解一下NTP客戶端與服務器的交互過程，進而理解參考時間戳、原始時間戳、接受時間戳、傳送時間戳的關系。如下圖：（其中客戶端即為本文中的同步LED電子時鐘）
2、客戶端和服務端都有一個時間軸，分別代表著各自系統的時間，當客戶端想要同步服務端的時間時，客戶端會構造一個NTP協議包發送到NTP服務端，客戶端會記下此時發送的時間t0，經過一段網絡延時傳輸后，服務器在t1時刻收到數據包，經過一段時間處理后在t2時刻向客戶端返回數據包，再經過一段網絡延時傳輸后客戶端在t3時刻收到NTP服務器數據包。特別聲明，t0和t3是客戶端時間系統的時間、t1和t2是NTP服務端時間系統的時間，它們是有區別的。對于時間要求不那么精準設備，直接使用NTP服務器返回t2時間也沒有太大影響。但是作為一個標準的通信協議，它是精益求精且容不得過多誤差的，于是必須計算上網絡的傳輸延時?？蛻舳伺c服務端的時間系統的偏移定義為θ、網絡的往返延遲定義為δ，基于此，可以對t2進行精確的修正，已達到相關精度要求，它們的計算公式如下：
式中：
t0是請求數據包傳輸的客戶端時間戳
t1是請求數據包回復的服務器時間戳
t2是響應數據包傳輸的服務器時間戳
t3是響應數據包回復的客戶端時間戳
對此，我們只需將NTP服務端返回的時間t2加上網絡延時δ的一半就可以了（t2+δ/2）。這樣就能得到同步LED電子時鐘的準確時間，保證LED電子時鐘精確走時，實現精度5PPM。
同步LED時鐘采用先進的鈑金工藝處理，盡顯LED電子時鐘的外觀與功能之美，穩定可靠：
1、網絡同步LED電子時鐘的鈑金邊框采用黑色噴涂工藝，尺寸大小要按客戶要求定制，圓角處可以鈍角彎曲輸出，彎曲LED時鐘零件的直邊長度一般不小于板厚的兩倍。當實際需要小于兩倍時，則可以先將LED時鐘直角邊適當加長，等到彎曲完成后再將其切短。具體樣列如下圖：
2、同步LED時鐘面板電路特點：
時鐘面板采用單紅3英寸數碼管設計，同時配置黑色鋁合金邊框。LED具用壽命長、省電、發光艷麗、一致性好等優點，黑色鋁合金重量輕、堅固、安裝簡單方便。
時鐘電路采用恒流驅動IC設計，能保證LED顯示的壽命與一致性。原理：由于LED基本上屬于電流敏感元件，其正向壓降的分散性很大， 并且還與溫度有關，為了保證數位管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。另外，當溫度變化時驅動芯片還要能夠自動調節輸出電流的大小以實現色差平衡溫度補償。
穩定性考慮：即使是短時間的電流超載也可能對發光管造成永久性的損壞，采用恒流驅動電路后可防止由于電流故障所引起的數位管的大面積損壞。
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