HKW Elektronik GmbH Mikrocontroller Modul MCM-Coder / DCF
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<strong>HKW</strong> <strong>Elektronik</strong> <strong>GmbH</strong><br />
<strong>Mikrocontroller</strong> <strong>Modul</strong> <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> / <strong>DCF</strong><br />
Das <strong>Mikrocontroller</strong> <strong>Modul</strong> <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> dient zur Bereitstellung einer geprüften und genauen Zeitinformation, die zur<br />
Auslösung von zeitgesteuerten Schaltvorgängen genutzt werden kann. Die Zeitinformation wird als simuliertes <strong>DCF</strong><br />
Protokoll ausgegeben. Für beliebige Rechneranwendungen steht auch eine serielle Schnittstelle zur Verfügung. Zur<br />
Beurteilung der Empfangsqualität können 4 LED’s angeschlossen werden..<br />
Abmessungen<br />
Anschlußbelegung:<br />
Die Anschlußpunkte Y1 bis Y8 befinden sich auf der Rückseite<br />
des Anschlußkammes.<br />
X1 - VDD Y1 - Betriebsart<br />
X2 - RS232/IN Y2 - Eing. „Check“<br />
X3 - <strong>DCF</strong>/IN Y3 - Takt<br />
X4 - <strong>DCF</strong>/OUT Y4 - LED2<br />
X5 - RS232/OUT Y5 - LED4<br />
X6 - PON Y6 - LED3<br />
X7 - GND Y7 - LED1<br />
X8 - Schaltausg. Y8 - RST<br />
Technische Daten (für VDD=3,0V)<br />
Symbol minimal typisch maximal Einheit<br />
Stromaufnahme (integriert)<br />
I DD 15 20 50 µA<br />
- bei Funkempfang<br />
0,5 0,7 1,0 mA<br />
Betriebsspannung V DD 2,4 3,0 3,6 V<br />
Eingangsspannung high V IH 0,8V DD V DD V<br />
Eingangsspannung low V IL V SS 0,2V DD V<br />
Eingangsstrom high I IH 20 300 nA<br />
Ausgangsstrom high (V OH =2,4V) I OH 0,8 1,3 mA<br />
Ausgangsstrom low (V OL =0,6V) I OL 1,5 2,4 mA<br />
Eingangsstrom low * IIL -0,8 -1,6 -3 µA<br />
Eingangsstrom low ** I IL -6 -13 -20 µA<br />
Eingangsstrom low (für X2) I IL -12 -24 -40 µA<br />
Arbeitstemperatur TA -20 80 °C<br />
Lagertemperatur T L -40 125 °C<br />
* für Anschlußpunkte: X4, X5, X6, X8, Y3 . . . Y7<br />
** für Anschlußpunkte: X3, Y1, Y2<br />
CODER-DD.DOC 20.04.01 09:29
Bestellbezeichnung : <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> - Art.-Nr.: FBD06001<br />
CODER-DD.DOC 2<br />
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Applikationshinweise zum <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong><br />
Allgemeines<br />
Der <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> ist entsprechend der gewünschten Anwendung zu beschalten. Zur Funktion nicht benötigte<br />
Schaltungsteile können weggelassen werden. In jedem Fall muß jedoch eine Quelle für den <strong>DCF</strong>77-Zeitcode<br />
vorg esehen werden. Dies ist sicher im Normalfall ein <strong>DCF</strong>77-Zeitzeichenempfänger mit der zugehörenden Antenne.<br />
Die Eingänge sind mit Schutzdioden nach GND und Betriebsspannung versehen. Die Spannungen an den Eingängen<br />
müssen stets zwischen diesen beiden Pegelwerten liegen.<br />
Alle Ausgänge sind intern strombegrenzt, ein versehentlicher Kurzschluß zu GND oder Betriebsspannung hat keine<br />
nachteiligen Wirkungen.<br />
Zeitzeichenempfänger<br />
Zum Anschluß eines Zeitzeichenempfängers sind X3 (<strong>DCF</strong>/IN) und X6 (PON) vorgesehen. Der Anschluß PON dient<br />
dazu, den Empfänger aus dem Stand-By-Zustand zu aktivieren. Während eines Empfangsversuchs ist X6 (PON) low,<br />
d.h. daß dann der Pegel an X3 (<strong>DCF</strong>/IN) ausgewertet wird, um eine Zeitinformation zu erhalten. Zwischen den<br />
Empfangsversuchen ist X6 (PON) high, in dieser Zeit wird der Pegel an X3 (<strong>DCF</strong>/IN) ignoriert.<br />
Die Pegellage an X3 (<strong>DCF</strong>/IN) ist in Bezug zum <strong>DCF</strong>77-Signal so definiert, daß während der Austastungen des <strong>DCF</strong>77-<br />
Signals Low-Pegel und sonst High-Pegel erwartet wird.<br />
An X3 (<strong>DCF</strong>/IN) ist ein interner Pull-Up-Widerstand (etwa 300 kOhm) zur positiven Betriebsspannung des <strong>MCM</strong> -<br />
<strong>Coder</strong> vorhanden.<br />
Serielle Schnittstelle<br />
X2 (RS232/IN) ist der Dateneingang, X5 (RS232/OUT) der Datenausgang. Zur Unterstützung kann Y3 (Takt) als<br />
Datentakt zu X5 (RS232/OUT) verwendet werden.<br />
Um die Pegelwandlung zwischen einer seriellen Standardschnittstelle und dem <strong>MCM</strong> -<strong>Coder</strong> so einfach wie mö glich zu<br />
gestalten, wird der Pegel eingangsseitig (RS232/IN) invertiert zur Standardschnittstelle erwartet. Intern ist an X2<br />
(RS232/IN) ein Pull-Up-Widerstand (etwa 300 kOhm) zur Betriebsspannung geschaltet. So ist mit nur zwei<br />
Bauelementen (ein Widerstand und ein Transistor) die Pegelanpassung möglich.<br />
Ausgangsseitig ist der Pegel innerhalb der Anpassungsschaltung zwischen X5 (RS232/OUT) und der seriellen<br />
Standardschnittstelle nicht zu invertieren.<br />
Schaltausgang<br />
Der Schaltausgang X8 wird abhängig von den beiden in der <strong>MCM</strong> -<strong>Coder</strong> hineingeladenen Schaltzeiten gesteuert. X8<br />
ist ein Open-Drain-Ausgang, d.h. X8 kann nur nach low treiben. Nach Power-On-Reset ist X8 hochohmig. Die<br />
Einschaltzeit bewirkt das Schalten nach low, die Ausschaltzeit die Rückkehr zum hochohmigen Zustand. Beide<br />
Schaltzeiten sind nach einem Reset inaktiv. Zur Einstellung und Aktivierung siehe 3.4.5. bis 3.4.9.<br />
Auchtung! Der Pegel an X8 darf niemals unter dem Niveau von GND oder über dem Niveau der Betriebsspannung<br />
liegen.<br />
<strong>DCF</strong>77-Signal<br />
An X4 (<strong>DCF</strong>/OUT) kann der <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> einen selbst generierten (d.h. aus der internen Zeit abgeleiteten) <strong>DCF</strong>77-<br />
Zeitcode abgeben. Der <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> verhält sich damit bezüglich einem an X4 (<strong>DCF</strong>/OUT) angeschlossenem<br />
Prozessor wie ein dauernd eingeschalteter <strong>DCF</strong>77-Empfänger mit extrem kleiner Stromaufnahme und größter<br />
Zuverlässigkeit (keine Empfangsstörungen). Um diese <strong>Coder</strong>funktion als Betriebsart zu programmieren, muß Y1<br />
(Betriebsart) mit Y3 verbunden werden. Fehlt diese Verbindung, wird der <strong>DCF</strong>77-Zeitcode nur während der<br />
Empfangsversuche abgegeben, und in der Pause zwischen den Empfangsversuchen ist der Pegel an X4 (<strong>DCF</strong>/OUT)<br />
nicht definiert. Die Funktion von Y3 (Takt) wird von der Verbindung zu Y1 (Betriebsart) nicht beeinflusst.<br />
Die Pegellage von X4 (<strong>DCF</strong>/OUT) entspricht der an X3 (<strong>DCF</strong>/IN) erwarteten Pegellage (s.o.).<br />
Der <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> verarbeitet die Bits 16 ... 58 des <strong>DCF</strong>77-Zeittelegramms. Das abgegebene Zeittelegramm entspricht<br />
bis auf folgende Ausnahmen dem <strong>DCF</strong>77-Zeittelegramm:<br />
a) Die Bits 0 ... 14 des <strong>DCF</strong>77-Zeittelegramms werden vom <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> nicht ausgewertet und sind an X4 (<strong>DCF</strong>/OUT)<br />
normalerweise grundsätzlich mit 0 kodiert. Sie werden jedoch dann mit 1 kodiert, wenn der <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> nach einem<br />
Reset oder Power On Reset keinen Empfang hat und den ersten Empfangsversuch ohne Erfolg abgebrochen hat. Nach<br />
jeweils einer Stunde wird der Empfangsversuch wiederholt. Erst, wenn ein Empfangsversuch erfolgreich war und eine<br />
gültige Zeit vorliegt, werden die Bits 0 ... 14 wieder mit 0 kodiert.<br />
CODER-DD.DOC 3<br />
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) Das Bit 20 leitet im <strong>DCF</strong>77-Zeittelegramm die Übertragung der Zeit- und Datumsinformationen ein und ist dort<br />
immer mit 1 kodiert. Der <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> kodiert dieses Bit nach einem Reset zunächst mit 0 und erst dann, wenn ein<br />
Funkempfang erfolgreich war, kennzeichnet dieses Bit das Vorliegen einer gültigen Zeitinformation und wird ab<br />
diesem Zeitpunkt mit 1 kodiert.<br />
c) Das Bit 15 im <strong>DCF</strong>77-Zeittelegramm kennzeichnet den Einsatz der Reserveantenne. Der <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> wertet dieses<br />
Bit nicht aus und gibt stattdessen den Funkempfangsstatus wieder. An X4 (<strong>DCF</strong>/OUT) ist dieses Bit dann mit 1<br />
kodiert, wenn seit 3 Uhr nachts kein Kontrollempfang erfolgreich war.<br />
d)Der Minutenbeginn wird beim <strong>DCF</strong>77-Zeittelegramm durch den fehlenden Impuls in der 59. Sekunde<br />
gekennzeichnet. Wenn seit 3 Uhr nachts kein Funkempfang erfolgreich war erscheint am Ausgang des <strong>Coder</strong>s zur 59.<br />
Sekunde ein 100ms -Impuls, der jedoch erst 100 ms nach dem Sekundenbeginn einsetzt. Um auch unter diesen<br />
Umständen den Sekundenbeginn zu detektieren, dürfen deshalb nur die ersten 100 ms nach dem Sekundenbeginn<br />
ausgewertet werden.<br />
LED-Anzeige der Empfangsstörungen<br />
Falls der <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> als <strong>Coder</strong> beschaltet ist (Y1 mit Y3 verbunden), wird während eines Funkempfangsversuchs die<br />
Signalqualität des empfangenen <strong>DCF</strong>77-Signals an den Ausgängen Y7 (LED1), Y4 (LED2), Y6 (LED3) und Y5 (LED4)<br />
angezeigt. Zwischen den Empfangsversuchen sind alle vier Ausgänge high. Während eines Empfangsversuches sind<br />
bei völlig ungestörtem Empfang ebenfalls alle high. Bei Empfangsstörungen geht je nach Stärke der Störungen<br />
zunächst Y7 (LED1), dann Y4 (LED2), Y6 (LED3) und schließlich auch Y5 (LED4) nach low. Da alle Ausgänge<br />
strombegrenzt sind, können LED’s direkt zwischen Betriebsspannung und Y4 ... Y7 angeschlossen werden. Die LED’s<br />
zeigen somit die Störungen an. Schaltet man die LED’s gegen GND, gehen die Leuchtdioden bei Empfangsstörungen<br />
aus und sind bei gutem Empfang und aber auch in den Empfangspausen (Stromaufnahme!) ständig eingeschaltet.<br />
Steueranschluß Y2<br />
Wenn der <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> als <strong>Coder</strong> beschaltet ist (Y1 mit Y3 verbunden), kann mit Y2 zu jedem beliebigen Zeitpunkt ein<br />
Funkempfangsversuch gestartet werden. Es handelt sich dabei grundsätzlich um einen vollständigen Empfang mit<br />
Zeitvergleich (siehe 3.4.3.).<br />
Y2 besitzt intern einen 300-kOhm-Pull -Up-Widerstand. Zum Aktivieren der Empfangsfunktion legt man Y2 für minimal<br />
125 ms an GND. Zum Kontrollieren der Empfangsfunktion auf Störungen kann Y2 beliebig lange auf GND gehalten<br />
werden. Jedoch ist zu beachten, daß, solange Y2 auf GND liegt, keine Übernahme der Zeitinformationen in die <strong>MCM</strong>-<br />
<strong>Coder</strong>-Register erfolgt. Im Normalfall sollte daher Y2 auf High-Pegel liegen.<br />
Ist der <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> nicht als <strong>Coder</strong> beschaltet sondern als Schaltmodul (Y1 mit X4 verbunden), hat der<br />
Steueranschluß Y2 keine Funktion.<br />
Unabhängig von der Beschaltung kann der Pegel an Y2 über die serielle Schnittstelle abgefragt werden, siehe 3.4.2.<br />
Schaltfunktion manuell<br />
Ist d er <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong> als Schaltmodul beschaltet (Y1 mit X4 verbunden), kann mit einem von Y4 nach GND<br />
geschaltetem Taster der Schaltausgang X8 auch manuell geschaltet werden. Zum Umschalten des Schaltausgangs<br />
muß Y4 minimal 125 ms auf GND gehalten werden. Vor dem nächsten Umschaltvorgang muß Y4 minimal 125 ms auf<br />
high liegen.<br />
Y4 besitzt in der Beschaltung als Schaltmodul (Y1 mit X4 verbunden) einen internen Pull-Up-Widerstand von etwa 1,5<br />
MOhm.<br />
Besonderheiten der Betriebsarten<br />
Folgende der oben beschriebenen Funktionen sind von der Betriebsartenbeschaltung (Y1) abhängig und unter<br />
Umständen deshalb nicht verfügbar:<br />
a) Y1 nicht beschaltet<br />
Nicht verfügbar sind folgende Funktionen<br />
4.5. <strong>DCF</strong>77-Signal<br />
4.6. LED-Anzeige der Empfangsstörungen<br />
4.7. Auslösen eines Kontrollempfangs mit Y2<br />
4.8. Schaltfunktion manuell.<br />
b) Y1 mit X4 verbunden (Schaltmodul)<br />
Nicht verfügbar sind folgende Funktionen<br />
4.5. <strong>DCF</strong>77-Signal<br />
4.6. LED-Anzeige der Empfangsstörungen<br />
CODER-DD.DOC 4<br />
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4.7. Auslösen eines Kontrollempfangs mit Y2.<br />
c) Y1 mit Y3 verbunden (<strong>Coder</strong>)<br />
Nicht verfügbar ist die Funktion<br />
4.8. Schaltfunktion manuell.<br />
Alle anderen beschriebenen Funktionen sind unabhängig von der Y1-Beschaltung stets verfügbar.<br />
Schaltungsvarianten<br />
1. Serielle Funkuhrdaten mit Empfangskontrolle<br />
U B<br />
3V<br />
Antenne <strong>DCF</strong><br />
Art.Nr.: FTD02010<br />
LP6<br />
LP5<br />
EM2S <strong>DCF</strong><br />
Art.Nr.: FBD10010<br />
LP4 LP3 LP2 LP1<br />
10µ<br />
X1<br />
X2<br />
X3<br />
X4<br />
X5<br />
X6<br />
X7<br />
X8<br />
<strong>MCM</strong>-<br />
<strong>Coder</strong><br />
Art.Nr.:<br />
FBD06001<br />
Y1<br />
Y2<br />
Y3<br />
Y4<br />
Y5<br />
Y6<br />
Y7<br />
Y8<br />
LED<br />
*<br />
PC<br />
serieller<br />
Eingang<br />
serieller<br />
Ausgang<br />
47k<br />
BC817<br />
+<br />
-<br />
+3V<br />
500k<br />
*<br />
Reset Check<br />
LED zeigen Empfangsstörungen an<br />
LED AUS bester Emfpang<br />
2. Serielle Funkuhrdaten mit Schaltuhrfunktion<br />
CODER-DD.DOC 5<br />
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U B<br />
3V<br />
manuell schalten<br />
Reset<br />
LP6<br />
LP5<br />
EM2S <strong>DCF</strong><br />
Art.Nr.: FBD10010<br />
Y1<br />
Y2<br />
Y3 Y4 Y5 Y6<br />
<strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong><br />
Art.Nr.: FBD06001<br />
Y7<br />
Y8<br />
LP4<br />
LP3 LP2<br />
LP1<br />
X1<br />
X2<br />
X3<br />
X4<br />
X5<br />
X6<br />
X7<br />
X8<br />
Antenne <strong>DCF</strong><br />
Art.Nr.: FTD02010<br />
10µ<br />
+ U B<br />
z.B. Relaisansteuerung<br />
PC<br />
serieller<br />
Eingang<br />
47k<br />
BC817<br />
+3V<br />
500k<br />
+<br />
-<br />
serieller<br />
Ausgang<br />
3. Serielle Funkuhrdaten mit generierter <strong>DCF</strong>77 Datenausgabe<br />
Reset<br />
U B<br />
3V<br />
LP6<br />
LP5<br />
EM2S <strong>DCF</strong><br />
Art.Nr.: FBD10010<br />
Y1<br />
Y2 Y3 Y4 Y5 Y6<br />
<strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong><br />
Art.Nr.: FBD06001<br />
Y7<br />
Y8<br />
Antenne <strong>DCF</strong><br />
Art.Nr.: FTD02010<br />
PC<br />
10µ<br />
LP4<br />
LP3<br />
serieller<br />
Eingang<br />
LP2<br />
serieller<br />
Ausgang<br />
LP1<br />
47k<br />
X1 X2 X3 X4 X5<br />
BC817<br />
+3V<br />
500k<br />
+<br />
-<br />
X6<br />
X7<br />
X8<br />
<strong>DCF</strong>77-Zeitcode<br />
Anschlußbelegung : <strong>MCM</strong>-<strong>Coder</strong><br />
X1 UB Y1 Betriebsart<br />
X2 RS232 / IN Y2 Eingang „Check“<br />
X3 <strong>DCF</strong> / IN Y3 Takt<br />
CODER-DD.DOC 6<br />
20.04.01 09:45
X4 <strong>DCF</strong> / OUT Y4 LED 2<br />
X5 RS232 / OUT Y5 LED 4<br />
X6 PON Y6 LED 3<br />
X7 GND Y7 LED 1<br />
X8 Schaltausgang Y8 RST<br />
CODER-DD.DOC 7<br />
20.04.01 09:45