HKW Elektronik GmbH Mikrocontroller Modul MCM-Coder / DCF

HKW Elektronik GmbH
Mikrocontroller Modul MCM-Coder / DCF
Das Mikrocontroller Modul MCM-Coder dient zur Bereitstellung einer geprüften und genauen Zeitinformation, die zur
Auslösung von zeitgesteuerten Schaltvorgängen genutzt werden kann. Die Zeitinformation wird als simuliertes DCF
Protokoll ausgegeben. Für beliebige Rechneranwendungen steht auch eine serielle Schnittstelle zur Verfügung. Zur
Beurteilung der Empfangsqualität können 4 LED’s angeschlossen werden..
Abmessungen
Anschlußbelegung:
Die Anschlußpunkte Y1 bis Y8 befinden sich auf der Rückseite
des Anschlußkammes.
X1 - VDD Y1 - Betriebsart
X2 - RS232/IN Y2 - Eing. „Check“
X3 - DCF/IN Y3 - Takt
X4 - DCF/OUT Y4 - LED2
X5 - RS232/OUT Y5 - LED4
X6 - PON Y6 - LED3
X7 - GND Y7 - LED1
X8 - Schaltausg. Y8 - RST
Technische Daten (für VDD=3,0V)
Symbol minimal typisch maximal Einheit
Stromaufnahme (integriert)
I DD 15 20 50 µA
- bei Funkempfang
0,5 0,7 1,0 mA
Betriebsspannung V DD 2,4 3,0 3,6 V
Eingangsspannung high V IH 0,8V DD V DD V
Eingangsspannung low V IL V SS 0,2V DD V
Eingangsstrom high I IH 20 300 nA
Ausgangsstrom high (V OH =2,4V) I OH 0,8 1,3 mA
Ausgangsstrom low (V OL =0,6V) I OL 1,5 2,4 mA
Eingangsstrom low * IIL -0,8 -1,6 -3 µA
Eingangsstrom low ** I IL -6 -13 -20 µA
Eingangsstrom low (für X2) I IL -12 -24 -40 µA
Arbeitstemperatur TA -20 80 °C
Lagertemperatur T L -40 125 °C
* für Anschlußpunkte: X4, X5, X6, X8, Y3 . . . Y7
** für Anschlußpunkte: X3, Y1, Y2
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Bestellbezeichnung : MCM-Coder - Art.-Nr.: FBD06001
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Applikationshinweise zum MCM-Coder
Allgemeines
Der MCM-Coder ist entsprechend der gewünschten Anwendung zu beschalten. Zur Funktion nicht benötigte
Schaltungsteile können weggelassen werden. In jedem Fall muß jedoch eine Quelle für den DCF77-Zeitcode
vorg esehen werden. Dies ist sicher im Normalfall ein DCF77-Zeitzeichenempfänger mit der zugehörenden Antenne.
Die Eingänge sind mit Schutzdioden nach GND und Betriebsspannung versehen. Die Spannungen an den Eingängen
müssen stets zwischen diesen beiden Pegelwerten liegen.
Alle Ausgänge sind intern strombegrenzt, ein versehentlicher Kurzschluß zu GND oder Betriebsspannung hat keine
nachteiligen Wirkungen.
Zeitzeichenempfänger
Zum Anschluß eines Zeitzeichenempfängers sind X3 (DCF/IN) und X6 (PON) vorgesehen. Der Anschluß PON dient
dazu, den Empfänger aus dem Stand-By-Zustand zu aktivieren. Während eines Empfangsversuchs ist X6 (PON) low,
d.h. daß dann der Pegel an X3 (DCF/IN) ausgewertet wird, um eine Zeitinformation zu erhalten. Zwischen den
Empfangsversuchen ist X6 (PON) high, in dieser Zeit wird der Pegel an X3 (DCF/IN) ignoriert.
Die Pegellage an X3 (DCF/IN) ist in Bezug zum DCF77-Signal so definiert, daß während der Austastungen des DCF77-
Signals Low-Pegel und sonst High-Pegel erwartet wird.
An X3 (DCF/IN) ist ein interner Pull-Up-Widerstand (etwa 300 kOhm) zur positiven Betriebsspannung des MCM -
Coder vorhanden.
Serielle Schnittstelle
X2 (RS232/IN) ist der Dateneingang, X5 (RS232/OUT) der Datenausgang. Zur Unterstützung kann Y3 (Takt) als
Datentakt zu X5 (RS232/OUT) verwendet werden.
Um die Pegelwandlung zwischen einer seriellen Standardschnittstelle und dem MCM -Coder so einfach wie mö glich zu
gestalten, wird der Pegel eingangsseitig (RS232/IN) invertiert zur Standardschnittstelle erwartet. Intern ist an X2
(RS232/IN) ein Pull-Up-Widerstand (etwa 300 kOhm) zur Betriebsspannung geschaltet. So ist mit nur zwei
Bauelementen (ein Widerstand und ein Transistor) die Pegelanpassung möglich.
Ausgangsseitig ist der Pegel innerhalb der Anpassungsschaltung zwischen X5 (RS232/OUT) und der seriellen
Standardschnittstelle nicht zu invertieren.
Schaltausgang
Der Schaltausgang X8 wird abhängig von den beiden in der MCM -Coder hineingeladenen Schaltzeiten gesteuert. X8
ist ein Open-Drain-Ausgang, d.h. X8 kann nur nach low treiben. Nach Power-On-Reset ist X8 hochohmig. Die
Einschaltzeit bewirkt das Schalten nach low, die Ausschaltzeit die Rückkehr zum hochohmigen Zustand. Beide
Schaltzeiten sind nach einem Reset inaktiv. Zur Einstellung und Aktivierung siehe 3.4.5. bis 3.4.9.
Auchtung! Der Pegel an X8 darf niemals unter dem Niveau von GND oder über dem Niveau der Betriebsspannung
liegen.
DCF77-Signal
An X4 (DCF/OUT) kann der MCM-Coder einen selbst generierten (d.h. aus der internen Zeit abgeleiteten) DCF77-
Zeitcode abgeben. Der MCM-Coder verhält sich damit bezüglich einem an X4 (DCF/OUT) angeschlossenem
Prozessor wie ein dauernd eingeschalteter DCF77-Empfänger mit extrem kleiner Stromaufnahme und größter
Zuverlässigkeit (keine Empfangsstörungen). Um diese Coderfunktion als Betriebsart zu programmieren, muß Y1
(Betriebsart) mit Y3 verbunden werden. Fehlt diese Verbindung, wird der DCF77-Zeitcode nur während der
Empfangsversuche abgegeben, und in der Pause zwischen den Empfangsversuchen ist der Pegel an X4 (DCF/OUT)
nicht definiert. Die Funktion von Y3 (Takt) wird von der Verbindung zu Y1 (Betriebsart) nicht beeinflusst.
Die Pegellage von X4 (DCF/OUT) entspricht der an X3 (DCF/IN) erwarteten Pegellage (s.o.).
Der MCM-Coder verarbeitet die Bits 16 ... 58 des DCF77-Zeittelegramms. Das abgegebene Zeittelegramm entspricht
bis auf folgende Ausnahmen dem DCF77-Zeittelegramm:
a) Die Bits 0 ... 14 des DCF77-Zeittelegramms werden vom MCM-Coder nicht ausgewertet und sind an X4 (DCF/OUT)
normalerweise grundsätzlich mit 0 kodiert. Sie werden jedoch dann mit 1 kodiert, wenn der MCM-Coder nach einem
Reset oder Power On Reset keinen Empfang hat und den ersten Empfangsversuch ohne Erfolg abgebrochen hat. Nach
jeweils einer Stunde wird der Empfangsversuch wiederholt. Erst, wenn ein Empfangsversuch erfolgreich war und eine
gültige Zeit vorliegt, werden die Bits 0 ... 14 wieder mit 0 kodiert.
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) Das Bit 20 leitet im DCF77-Zeittelegramm die Übertragung der Zeit- und Datumsinformationen ein und ist dort
immer mit 1 kodiert. Der MCM-Coder kodiert dieses Bit nach einem Reset zunächst mit 0 und erst dann, wenn ein
Funkempfang erfolgreich war, kennzeichnet dieses Bit das Vorliegen einer gültigen Zeitinformation und wird ab
diesem Zeitpunkt mit 1 kodiert.
c) Das Bit 15 im DCF77-Zeittelegramm kennzeichnet den Einsatz der Reserveantenne. Der MCM-Coder wertet dieses
Bit nicht aus und gibt stattdessen den Funkempfangsstatus wieder. An X4 (DCF/OUT) ist dieses Bit dann mit 1
kodiert, wenn seit 3 Uhr nachts kein Kontrollempfang erfolgreich war.
d)Der Minutenbeginn wird beim DCF77-Zeittelegramm durch den fehlenden Impuls in der 59. Sekunde
gekennzeichnet. Wenn seit 3 Uhr nachts kein Funkempfang erfolgreich war erscheint am Ausgang des Coders zur 59.
Sekunde ein 100ms -Impuls, der jedoch erst 100 ms nach dem Sekundenbeginn einsetzt. Um auch unter diesen
Umständen den Sekundenbeginn zu detektieren, dürfen deshalb nur die ersten 100 ms nach dem Sekundenbeginn
ausgewertet werden.
LED-Anzeige der Empfangsstörungen
Falls der MCM-Coder als Coder beschaltet ist (Y1 mit Y3 verbunden), wird während eines Funkempfangsversuchs die
Signalqualität des empfangenen DCF77-Signals an den Ausgängen Y7 (LED1), Y4 (LED2), Y6 (LED3) und Y5 (LED4)
angezeigt. Zwischen den Empfangsversuchen sind alle vier Ausgänge high. Während eines Empfangsversuches sind
bei völlig ungestörtem Empfang ebenfalls alle high. Bei Empfangsstörungen geht je nach Stärke der Störungen
zunächst Y7 (LED1), dann Y4 (LED2), Y6 (LED3) und schließlich auch Y5 (LED4) nach low. Da alle Ausgänge
strombegrenzt sind, können LED’s direkt zwischen Betriebsspannung und Y4 ... Y7 angeschlossen werden. Die LED’s
zeigen somit die Störungen an. Schaltet man die LED’s gegen GND, gehen die Leuchtdioden bei Empfangsstörungen
aus und sind bei gutem Empfang und aber auch in den Empfangspausen (Stromaufnahme!) ständig eingeschaltet.
Steueranschluß Y2
Wenn der MCM-Coder als Coder beschaltet ist (Y1 mit Y3 verbunden), kann mit Y2 zu jedem beliebigen Zeitpunkt ein
Funkempfangsversuch gestartet werden. Es handelt sich dabei grundsätzlich um einen vollständigen Empfang mit
Zeitvergleich (siehe 3.4.3.).
Y2 besitzt intern einen 300-kOhm-Pull -Up-Widerstand. Zum Aktivieren der Empfangsfunktion legt man Y2 für minimal
125 ms an GND. Zum Kontrollieren der Empfangsfunktion auf Störungen kann Y2 beliebig lange auf GND gehalten
werden. Jedoch ist zu beachten, daß, solange Y2 auf GND liegt, keine Übernahme der Zeitinformationen in die MCM-
Coder-Register erfolgt. Im Normalfall sollte daher Y2 auf High-Pegel liegen.
Ist der MCM-Coder nicht als Coder beschaltet sondern als Schaltmodul (Y1 mit X4 verbunden), hat der
Steueranschluß Y2 keine Funktion.
Unabhängig von der Beschaltung kann der Pegel an Y2 über die serielle Schnittstelle abgefragt werden, siehe 3.4.2.
Schaltfunktion manuell
Ist d er MCM-Coder als Schaltmodul beschaltet (Y1 mit X4 verbunden), kann mit einem von Y4 nach GND
geschaltetem Taster der Schaltausgang X8 auch manuell geschaltet werden. Zum Umschalten des Schaltausgangs
muß Y4 minimal 125 ms auf GND gehalten werden. Vor dem nächsten Umschaltvorgang muß Y4 minimal 125 ms auf
high liegen.
Y4 besitzt in der Beschaltung als Schaltmodul (Y1 mit X4 verbunden) einen internen Pull-Up-Widerstand von etwa 1,5
MOhm.
Besonderheiten der Betriebsarten
Folgende der oben beschriebenen Funktionen sind von der Betriebsartenbeschaltung (Y1) abhängig und unter
Umständen deshalb nicht verfügbar:
a) Y1 nicht beschaltet
Nicht verfügbar sind folgende Funktionen
4.5. DCF77-Signal
4.6. LED-Anzeige der Empfangsstörungen
4.7. Auslösen eines Kontrollempfangs mit Y2
4.8. Schaltfunktion manuell.
b) Y1 mit X4 verbunden (Schaltmodul)
Nicht verfügbar sind folgende Funktionen
4.5. DCF77-Signal
4.6. LED-Anzeige der Empfangsstörungen
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4.7. Auslösen eines Kontrollempfangs mit Y2.
c) Y1 mit Y3 verbunden (Coder)
Nicht verfügbar ist die Funktion
4.8. Schaltfunktion manuell.
Alle anderen beschriebenen Funktionen sind unabhängig von der Y1-Beschaltung stets verfügbar.
Schaltungsvarianten
1. Serielle Funkuhrdaten mit Empfangskontrolle
U B
3V
Antenne DCF
Art.Nr.: FTD02010
LP6
LP5
EM2S DCF
Art.Nr.: FBD10010
LP4 LP3 LP2 LP1
10µ
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X8
MCM-
Coder
Art.Nr.:
FBD06001
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y8
LED
*
PC
serieller
Eingang
serieller
Ausgang
47k
BC817
+
-
+3V
500k
*
Reset Check
LED zeigen Empfangsstörungen an
LED AUS bester Emfpang
2. Serielle Funkuhrdaten mit Schaltuhrfunktion
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U B
3V
manuell schalten
Reset
LP6
LP5
EM2S DCF
Art.Nr.: FBD10010
Y1
Y2
Y3 Y4 Y5 Y6
MCM-Coder
Art.Nr.: FBD06001
Y7
Y8
LP4
LP3 LP2
LP1
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X8
Antenne DCF
Art.Nr.: FTD02010
10µ
+ U B
z.B. Relaisansteuerung
PC
serieller
Eingang
47k
BC817
+3V
500k
+
-
serieller
Ausgang
3. Serielle Funkuhrdaten mit generierter DCF77 Datenausgabe
Reset
U B
3V
LP6
LP5
EM2S DCF
Art.Nr.: FBD10010
Y1
Y2 Y3 Y4 Y5 Y6
MCM-Coder
Art.Nr.: FBD06001
Y7
Y8
Antenne DCF
Art.Nr.: FTD02010
PC
10µ
LP4
LP3
serieller
Eingang
LP2
serieller
Ausgang
LP1
47k
X1 X2 X3 X4 X5
BC817
+3V
500k
+
-
X6
X7
X8
DCF77-Zeitcode
Anschlußbelegung : MCM-Coder
X1 UB Y1 Betriebsart
X2 RS232 / IN Y2 Eingang „Check“
X3 DCF / IN Y3 Takt
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X4 DCF / OUT Y4 LED 2
X5 RS232 / OUT Y5 LED 4
X6 PON Y6 LED 3
X7 GND Y7 LED 1
X8 Schaltausgang Y8 RST
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