DCF (Dekodierung mit PIC-Mikrocontroller, Elektronik)
DCF (Dekodierung mit PIC-Mikrocontroller, Elektronik)
Analog/digitale Wanduhr 1
Analog/digitale Wanduhr 2
dcf_dekodierung_doku.pdf (255 KB)
Der Zeitzeichensender DCF77 befindet sich in Mainflingen, ca. 25 km südöstlich von Frankfurt am Main. Dieser Langwellensender hat, bedingt durch die niedrige Trägerfrequenz von 77,5 kHz eine Reichweite von ca. 1500 km bis 2000 km.
Der Dauerträger des DCF-Senders senkt im Sekundentakt für 100ms oder 200ms die Amplitude der Trägerfrequenz auf 25 % ab, was einer einfachen Amplitudenmodulation entspricht. Die Länge dieser so genannten Sekundenmarken überträgt in codierter Form das Zeittelegramm. Eine Absenkdauer des Trägers um 100ms (Toleranz: ±20ms) entspricht dabei einem logischen Low-Pegel, während ein logischer High-Pegel mit einer Absenkdauer von 200ms (Toleranz ±40ms) codiert ist. In jeder 59. Sekunde wird die Absenkung nicht vorgenommen, so dass damit eine eindeutige Zuordnung des Minutenanfangs möglich ist. Die neue Sekunde beginnt, mit Ausnahme der 59. Sekunde, jeweils mit dem Absenken des 77,5-kHz-Trägers.
In dem jeweils einminütigem Zeittelegramm ist die Zeit (Stunde und Minute) der nächstfolgenden Minute sowie das komplette Datum und der jeweilige Wochentag codiert. Die folgende Tabelle zeigt die Bedeutung der 59 Bits, die pro Minute versandt werden.
Bit Bedeutung Wertig- Bit Bedeutung Wertig-
keit keit
-----------------------------------------------------------------------------------------
0 Minutenbeginn Low 30 Stunden Einer 2
1 Reserve 31 Stunden Einer 4
2 Reserve 32 Stunden Einer 8
3 Reserve 33 Stunden Zehner 10
4 Reserve 34 Stunden Zehner 20
5 Reserve 35 Prüfbit 2
6 Reserve 36 Kalendertag Einer 1
7 Reserve 37 Kalendertag Einer 2
8 Reserve 38 Kalendertag Einer 4
9 Reserve 39 Kalendertag Einer 8
10 Reserve 40 Kalendertag Zehner 10
11 Reserve 41 Kalendertag Zehner 20
12 Reserve 42 Wochentag 1
13 Reserve 43 Wochentag 2
14 Reserve 44 Wochentag 4
15 Reserveantenne 45 Monat Einer 1
16 Zeitumstellung Ankündigung 46 Monat Einer 2
17 Zeitzonenbit 1 47 Monat Einer 4
18 Zeitzonenbit 2 48 Monat Einer 8
19 Schaltsekunde Ankündigung 49 Monat Zehner 10
20 Telegrammbeginn High 50 Jahr Einer 1
21 Minuten Einer 1 51 Jahr Einer 2
22 Minuten Einer 2 52 Jahr Einer 4
23 Minuten Einer 4 53 Jahr Einer 8
24 Minuten Einer 8 54 Jahr Zehner 10
25 Minuten Zehner 10 55 Jahr Zehner 20
26 Minuten Zehner 20 56 Jahr Zehner 40
27 Minuten Zehner 40 57 Jahr Zehner 80
28 Prüfbit 1 58 Prüfbit 3
29 Stunden Einer 1 59 keine Austastung
Die Synchronisation des Sekundenzählers erfolgt mit Ausbleiben der Absenkung der 59. Sekunde. Die nächste Absenkung ist immer Low. Die Bits 1 bis 14 sind nicht belegt. Bit 15 zeigt durch einen High-Pegel an, dass zurzeit die Reserveantenne des DCF77- Senders aktiv ist. Im Normalfall ist dieses Bit auf "Low" gesetzt. Bit 16 wird eine Stunde bevor die Zeitumstellung von Sommer- auf Winterzeit bzw. umgekehrt erfolgt auf "high" gesetzt und mit der Zeitumstellung wieder zurückgesetzt. Die Zeitangaben beziehen sich auf die UTC-Zeit (Universal Time Coordinated). Bezogen auf die UTC-Zeit eilt die mitteleuropäische Zeit (MEZ) um eine Stunde vor, während die mitteleuropäische Sommerzeit (MESZ) um 2 Stunden voreilt. Diese Differenz wird in den Zeitzonenbits 17 und 18 ausgedrückt. Während der MEZ ist Bit 17 High und Bit 18 Low, während bei der Sommerzeit (MESZ) der Abstand zur UTC 2 Stunden beträgt und somit Bit 17 Low und Bit 18 High ist. Bit 19 kündigt eine bevorstehende Schaltsekunde an. Das eigentliche Zeit- und Datumstelegramm ist in den Bits 20 bis 58 codiert. Für die Einerstellen der Zeit und Datumsinformationen sind jeweils 4 Bit, während für die Zehnerstellen nur 2 oder 3 Bit erforderlich sind. Die Zahlendarstellung der Zeit- und Datumsinformation erfolgt im Binärformat (BCD-Code). Für die Jahreszahl werden nur die Einer- und Zehnerstelle übertragen. Die Bits 42 bis 44 geben in binärer Schreibweise den Wochentag an (der Wert 1 steht für den Montag, der Wert 7 für den Sonntag). Das Prüfbit 1 ergänzt die Bits 21 bis 27 auf gerade Parität, d.h. es werden die High-Bits 21 bis einschließlich 28 addiert, deren Ergebnis muss dann eine gerade Zahl ergeben. Das Prüfbit 2 ergänzt die Parität von Bit 29 bis 34, während Prüfbit 3 für die Parität der Bits 36 bis 57 zuständig ist. Diese Prüfbits sind ein erstes Überprüfungskriterium für ein DCF-Empfangsprogramm, welches damit zunächst auf einfache Weise die Konformität der empfangenen Daten überprüfen kann. Für eine fehlerfreie DCF-Decodierung sind allerdings noch weitere Maßnahmen notwendig. (Zum Beispiel ein Vergleich der soeben dekodierten Uhrzeit und des Datums mit der Uhrzeit und dem Datum welches mit der vorhergehenden Minute übertragen wurde und zusätzlich noch eine mitlaufende Softwareuhr).
In unregelmäßigen Zeitabständen muss eine Schaltsekunde eingefügt werden. Dies ist dadurch bedingt, dass sich die Erde nicht genau in 24 Stunden um sich selbst dreht. Auf die koordinierte Weltzeitskala UTC bezogen, wird diese Korrektur zum Ende der letzten Stunde des 31. Dezember oder 30. Juni vorgenommen. In Mitteleuropa muss die Schaltsekunde daher am 1. Januar um 1.00 Uhr MEZ oder am 1.Juli um 2.00 MESZ eingeschoben werden. Zu den genannten Zeiten werden daher 61 Sekunden gesendet.
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Autor: Buchgeher Stefan