我驚訝地發現正在使用的GPS接收器有一個保留用於輸出1 PPS（每秒脈衝）信號的引腳。這有什麼意義呢？微控制器不能輕易產生自己的1 PPS信號嗎？
1 PPS輸出的抖動遠低於MCU的抖動。在一些要求更高的應用中，您可以使用該脈衝來非常精確地計時。使用某些科學級的GPS，此1 PPS輸出可能精確到優於1 nS。
Long term the 1 Hz signal is probably the most accurate time, and so also frequency, reference that you will ever encounter.
You are effectively obtaining something like a cesium clock time reference for the cost of a GPS module. A bargain. You can buy commercial "disciplined oscillator" units and designs for DIY ones are available. A DO is not frequency locked per se but is gently kicked into lock by error signals between a 1 H signal generated by local and GPS clocks.
Disciplined oscillators
Standard time anywhere They say -
Ovenized Quartz Crystal OscillatorsWhen a single (OCXO) or double (DOCXO) temperature-controlling oven is wrapped around the crystal and its oscillating circuitry, the frequency stability may be improved two to four orders of magnitude relative to that of the TCXO. Such oscillators are used in laboratory and communications grade applications and often have the means to adjust their output frequency via electronic frequency control. In this way they may be "disciplined" to match the frequency of a GPS or Loran-C reference receiver.
GPS-disciplined DOCXOs are the Stratum I Primary Reference Sources (PRS) for many of the world's wired telecommunications systems. They are also widely deployed as GPS time and frequency references for the basestations operating under the IS-95 standard for the Code Division Multiple Access (CDMA) cellular mobile phone systems originated by Qualcomm. The sheer volume of these basestation applications has profoundly affected the OCXO market by driving prices down and consolidating vendors.
Working out how well you've done
Commercial module - 0.1 parts per billion per day.
@DavidKessner's answer is in line with what I'm about to say, but I wanted to elaborate, and this is a bit more than a comment.
This output could be used to, say, wake the MCU (from a deep sleep mode) once per second (to within a couple nano-seconds) in an application where you cared about the MCU doing something on a particular second, within great accuracy.
An MCU could also use this signal to calculate it's own timing accuracy and compensate for it in software. So the MCU could "measure" the pulse duration, and assume that it is a "perfect" 1s interval. In doing so it could effectively determine the time stretching or squeezing it is experiencing, say due to temperature effects on its crystal or whatever, and apply that timing factor to any measurements it is taking.
實際上已經設計了堅固的OCXO，用於惡劣的火箭環境並在GPS之前跟踪浮動氣象站。實際上只有在第一個GPS（GOES 1）發射後，它才能帶回人們美好的回憶。
穩定性的重要性取決於中斷，以及在中斷或LOS（信號丟失）以及捕獲時間期間可以容忍的錯誤數量。當用PLL分頻器將f乘以N時，您還將乘以相位誤差。因此，必須盡量減少漂移和相位噪聲。
在我的OCXO中，我為OCXO選擇了10MHz，為火箭的FM副載波遙測選擇了100KHz，為混合器地面站選擇了10KHz來跟踪火箭的位置。車輛行駛的範圍只是相位差，它使用遙測副載波和地面站的頻率和相位在選定的f處的差異，其中Δλ= c / f且Δposition=Δλ+週期數。頻率誤差代表雷達速度中的速度。因此，使用1 PPS（1Hz）時鐘，您可以支持較大的範圍和時間間隔，而無需跳過週期或依靠精確的相位差。請注意，相位誤差的一個週期跳變可能是N個週期，這意味著不確定的累積誤差。假設LOS誤差很重要。
如果要從Stratum 1中選擇光源並對其進行排序，那麼冗餘度是可靠性的關鍵。 2，& 3個時鐘，以防斷電。電信同步高速網絡和許可的無線電一樣都依賴於精確的時鐘。網絡使用智能錯誤日誌記錄來對Stratum時鐘源的參考進行排名。
當然，在您的DO的設計中需要付出極大的努力。有關標準的書籍定義了這些規則。
我認為您需要閱讀所擁有的設備（因為某些設備有所不同），但是我想它應該用作時間同步。也就是說，您收到一條消息，提示下一個脈衝將在timeInUTC出現。 GPRMC或GPZDA格式的下一個PPS脈衝的時間。在UTC秒開始的一微秒內，它將PPS輸出拉高約500 ms。”
雖然GPS接收器可以（通過NMEA等）向上游發送完整的時間戳，但將時間戳傳遞到主機所花費的時間會使時間戳變得不准確。 1PPS信號與GPS接收器等效，即“在提示音下，時間將是十二點三十三分和35秒……[嗶]”。這裡的假設是主機的時鐘可以保持1秒鐘的精確度，並且每秒通過1PPS進行校正。
我很喜歡“ PV Subramanian”的回答。這正是1 PPS的典型目的。提供精確的1秒邊緣，以增強通過一些不太準確的方式（通常是異步串行線路）接收的完整的“一天中的時間”信息塊。
說到振盪器，似乎在“時間標準”和GPS的交易中，10 MHz是一個非常受歡迎的選擇。而且，GPS接收器中的本地振盪器大致可分為兩類：導致10MHz輸出與PPS（相位同步）之間精確的1：10000000比率的振盪器，以及導致PPS輸出呈現逐步調整（跳過/插入）的振盪器10 MHz時基的刻度）。 “同步”晶體振盪器更加精確，並且出於某些目的是必需的。他們還需要“烤箱控制”（OCXO），這會消耗一些額外的功率。對於電池供電的設備不利，對於固定計時功能而言則非常有用。 “跳躍”振盪器足以滿足基本定位需求，而且價格便宜，因此，這就是最便宜的GPS接收器模塊中的功能。由於它們通常缺乏烤箱控制功能，因此通常屬於TCXO類別。
對於某些外部晶體振盪器的PLL控制，1 PPS的邊沿可能相隔很遠，因此在PLL伺服環路中需要相當長的積分時間。優質的10 MHz信號源將使您更快地獲得良好的鎖定。但要抓住的是-“優質”。往上看。除此之外，1PPS肯定足以滿足PC硬件上運行的某些OS或NTPd的系統時基要求。
正如其他人所說的那樣，GPS接收機的1PPS輸出是從本地晶體振盪器獲得的，在接收機內部滴答作響。通常，它以前是10 MHz的晶體。這個本地晶體振盪器實際上是一個VCO，允許對其實際時鐘速率進行小的調整。該VCO輸入用於閉環控制（負反饋類型），其中來自少數衛星（組合）的GPS信號用作參考。 GPS接收器中的功能塊，對具有變化的信號電平和多普勒頻移的共享載波上的偽隨機比特流的“加擾的意大利麵條”進行解碼，該塊稱為“相關器”。它使用大量運算處理，根據接收到的無線電信號找到位置和時間“問題”的最佳“解決方案”，並將其與本地時基進行比較-並持續評估無線電接收與接收信號之間的小誤差/偏差。本地晶振，將其反饋到晶振的VCO輸入端，從而實現閉環控制。從時序角度來看，GPS接收器的相關器只是一個非常複雜的PLL比較器：-）其他人提到Symmetricom和TimeTools ... Meinberg Funkuhren提供了一個不錯的振盪器表，其中包含所有可考慮的精度參數： https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm 請注意，引用的精度可能仍是保守/悲觀的估計。
所有現有答案都討論了精確定時應用；我只想指出，1 pps的信號對導航也很重要-尤其是當接收器移動時。
接收器需要花費一些時間來計算每個導航解決方案，並花費額外的時間來將該解決方案格式化為一條或多條消息，並通過某種類型的通信鏈路（通常是串行地）進行傳輸。這意味著，當系統的其餘部分可以利用這些信息時，它已經“過時”了大約數百毫秒。
大多數低精度的業餘愛好者應用程序都忽略了這個細節，但是在可能以30至100米/秒的速度運行的精密應用程序中，會引入許多米的誤差，從而使其成為總誤差的主要來源。
1 pps輸出的目的是準確指示when在導航消息中指示的位置有效，這使應用程序軟件可以補償通信延遲。這在混合GPS慣性系統中尤其重要，在該系統中，MEMS傳感器用於以高采樣率（數百赫茲）提供內插導航解決方案。
我們使用GPS接收器生成的1PPS輸出為第1層NTP網絡時間服務器提供非常準確的時間。 1PPS是在每秒開始時生成的，並且在許多接收器的情況下，其精度在UTC時間的幾納秒內。一些GPS接收器不能很好地提供時間，因為相關的串行時間輸出可能會“漂移”其預期脈衝輸出的每一側。這樣可以有效地週期性地產生一秒鐘的偏移量。
1PPS輸出還可以用於控制基於OCXO或TCXO的振盪器，以在GPS信號丟失的情況下提供保持功能。以下鏈接提供了有關在時間參考中使用GPS的更多信息：
http://www.timetools.co.uk/2013/07/23/timetools-gps-ntp-服務器/
1 PPM信號用於同步目的。假設您有兩個設備相距很遠，並且您想在兩個設備中產生完全相同時間啟動的時鐘脈衝，您該怎麼辦？這是使用1 PPM信號的地方。GPS模塊在全球範圍內以1ns的精度提供脈衝。