DCF (Dekodierung mit PIC-Mikrocontroller, Elektronik)


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1. Grundlegendes zu DCF

DCF-Reichweite (Quelle: www.dcf77.com/)

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.

Amplitudenmodulation des 77,5kHz-Trägers

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
Erstellt: 9. Dezember 2003
Letzte Änderung: 15. Oktober 2006