DCF77- Empfänger mit dem STK500 - schule.at

DCF77-Empfänger
mit
dem STK500
© Franz Doblinger 2009
DCF77- Empfänger mit dem STK500 08.05.2009 F.Doblinger

INHALT SEITE 2
INHALT
1 Einleitung ........................................................................................................................................ 3
2 Zeitinformation................................................................................................................................3
3 DCF-77 Empfänger ......................................................................................................................... 4
4 Übungsaufgaben.............................................................................................................................. 5
4.1 Anschluss an das STK500....................................................................................................... 5
4.2 Funktionstest ........................................................................................................................... 6
4.3 Bestimmung der Impulslänge.................................................................................................. 6
4.4 Erkennung des SYNC- Impulses............................................................................................. 6
4.5 Ermitteln der Zeit- und Datumsinformation............................................................................ 6
4.6 Realisierung einer Uhr............................................................................................................. 6
4.7 Alarmfunktion ......................................................................................................................... 6
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1 EINLEITUNG SEITE 3
1 Einleitung
Der Zeitsignalsender DCF77 ist ein Langwellensender in Mainflingen, der die meisten
funkgesteuerten Uhren im westlichen Europa mit der genauen Uhrzeit versorgt. Der Sender steht in
Mainflingen bei Frankfurt am Main in Deutschland und arbeitet auf der Frequenz 77,5 kHz mit einer
Leistung von 50 kW. Die Bezeichnung DCF77 ist das Rufzeichen der Internationalen Frequenzliste
des IFRB(International Frequency Registration Board). Es leitet sich ab von D für Deutschland, C für
Langwellensender, F wegen der Nähe zu Frankfurt, sowie der Zahl 77 für die Trägerfrequenz 77,5
kHz.
2 Zeitinformation
Die Zeitinformationen werden als digitales Signal zusätzlich zur Normalfrequenz (der Trägerfrequenz
des Senders, also 77,5 kHz) übertragen. Das geschieht durch negative Modulation des Signals
(Absenken der Trägeramplitude auf 25 %) im Sekundentakt.
Der Beginn der Absenkung liegt jeweils auf dem Beginn der Sekunden 0 bis 58 innerhalb einer
Minute. In der 59. Sekunde erfolgt keine Absenkung, wodurch die nachfolgende Sekundenmarke den
Beginn einer Minute kennzeichnet und der Empfänger synchronisiert werden kann. Die Länge der
Amplitudenabsenkungen am Beginn der Sekunden steht jeweils für den Wert eines binären Zeichens:
100 ms Absenkung stehen für den Wert „0“, 200 ms für „1“. Damit stehen innerhalb einer Minute 59
Bit für Informationen zur Verfügung.
Die Bits, deren Zählung bei 0 beginnt, werden wie folgt verwendet:
Sekunde Bedeutung
0. Minutenbeginn --> immer '0'
1.-14. keine Bedeutung, normal '0' NEU Wetterdaten(verschlüsselt)
15. Reserveantenne aktiv
16. Umstellung zwischen Sommer- bzw. Winterzeit
17. Sommerzeit
18. Winterzeit
19. Schaltsekunde
20. Zeitbeginn
21.-27. Minute 1, 2, 4, 8, 10, 20, 40
28. Prüfbit Minute
29.-34. Stunde 1, 2, 4, 8, 10, 20
35. Prüfbit Stunde
36.-41. Tag 1, 2, 4, 8, 10, 20
42.-44. Wochentag 1, 2, 4
45.-49. Monat 1, 2, 4, 8, 10
50.-57. Jahr 1, 2, 4, 8, 10, 20, 40, 80
58. Prüfbit Datum (36. - 57.)
59. wird nicht gesendet (siehe oben)
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3 DCF-77 EMPFÄNGER SEITE 4
3 DCF-77 Empfänger
Der verwendete DCF-77 Empfänger ist einer aus dem untersten Preissegment, erhältlich z.B.
bei Pollin. Das DCF- Modul hat einen sehr schwachen Push- Pull Ausgang. Der liefert nur +/-
5µA und ist damit sogar zu schwach, einen Pull-Up vom AVR sauber auf GND zu ziehen
(typ. 50 kΩ). Dieses Modul muss direkt an einen CMOS Eingang ohne Pull- Ups und sonstige
Beschaltung angeschlossen werden. Weiterhin ist zu beachten, dass das Modul relativ
empfindlich auf Störfelder von PCs, Laptopnetzteilen oder anderen Quellen starker
Pulsströme, z.B. LED- Matrizen und anderes reagiert. Ein Abstand von 1m und mehr ist hier
nötig, um ein sauberes Signal zu bekommen.
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4 ÜBUNGSAUFGABEN SEITE 5
4 Übungsaufgaben
4.1 Anschluss an das STK500
• Anschluss des DCF-77 Empfängers an PORT D:
STK500 Port D: DCF-77 Empfänger
VTG VDD
GND GND
PD2 DATA
PD0 PON
• Anschluss des LCD- Displays an PORT B
• Verbindung von PORT C mit den LEDs am STK500.
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4 ÜBUNGSAUFGABEN SEITE 6
4.2 Funktionstest
Erstellen Sie ein mit dem AVR Studio ein Projekt mit dem Namen DCF77. Als erstes soll die
Funktion des Empfängers überprüft werden: Dazu ist es zweckmäßig, den Ausgang des Empfängers
direkt mit den LEDs des STK500 darzustellen. Um den Empfänger zu starten, ist es notwendig, einen
Impuls am PON- Pin zu generieren: Nach dem Programmstart und den Initialisierungen 200ms
warten, PON dann auf 1 schalten, wieder 200ms warten, dann wieder auf 0 ziehen.
Die Ferritantenne ist senkrecht in Richtung Frankfurt auszurichten, weiters sollte sie nicht direkt neben
dem STK500 zu liegen kommen, da sonst Störungen eingefangen werden. Nach wenigen Sekunden
sollten die LEDs im Sekundentakt zu blinken beginnen.
4.3 Bestimmung der Impulslänge
Um die Zeitinformation aus dem Signal zu bekommen muss nun zwischen langen und kurzen
Impulsen unterschieden werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den INT0 Eingang zu nutzen und bei
jeder Flanke einen Interrupt auszulösen. Es muss nun detektiert werden, ob es sich um eine steigende
oder eine fallende Flanke gehandelt hat und abhängig davon eine entsprechende Aktion getroffen
werden. Man kann zum Beispiel bei einer steigenden Flanke einen Timer starten und bei einer
fallenden Flanke den Zählerstand des Timers auslesen. Dieser muss nun mit den Toleranzgrenzen für
einen 100ms bzw. einen 200ms Impuls verglichen werden und daraus kann ermittelt werden ob es sich
um eine logische 1 oder 0 handelt. Zeigen Sie die Impulslänge als Zahlenwert am LCD-Display an.
4.4 Erkennung des SYNC- Impulses
Der SYNC- Impuls kann z.B. dadurch erkannt werden, indem man bei einer fallenden Flanke den
Zählerstand ausliest und bei einer steigenden wieder – ist die Differenz größer als eine Sekunde, dann
ist es ein SYNC.
4.5 Ermitteln der Zeit- und Datumsinformation
Die Zeitinformation soll nun bitweise zu einem HH:MM:SS Format zusammengestellt und am Display
dargestellt werden. Ebenso das Datum in der Form DD:MM:JJJJ in der 2. Zeile des LCD- Displays. Es
ist dabei immer die Prüfsumme über die jeweiligen Bits zu bilden und im Falle eines negativen
Ergebnisses ist die Information zu ignorieren.
4.6 Realisierung einer Uhr
Unabhängig vom Funkuhrsignal soll eine Uhr realisiert werden, die durch einen Timer im
Sekundentakt hoch zählt und sich bei einem gültigen Empfangsergebnis mit der Funkuhrzeit
synchronisiert.
4.7 Alarmfunktion
Erweitern Sie das Programm um die Möglichkeit, eine Weckfunktion einzustellen. Dazu soll ein
Lautsprecher an Port D angeschlossen werden und bei Erreichen der Weckzeit soll ein Wecksignal
ertönen. Hierzu ist eine bedienerfreundliche Realisierung für die Einstellung und Aktivierung des
Weckers erforderlich.
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