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DCF77-Decodierung

Kategorie:Grundlagen

Im RN-Forum ist das Thema DCF77-Decodierung schon häufig diskutiert worden. Dieser Wiki-Artikel soll einmal grundlegend beschreiben, wie man einen DCF77-Decoder programmieren kann. Da ich hauptsächlich mit Bascom arbeite, war es naheliegend, den Decoder als Bascom-Asm-Library zu schreiben. Er hat bis zur jetzigen Version 4.11 einen langen Weg mit unterschiedlichen Verbesserungen hinter sich.

DCF77-Grundlagen

Seit dem 1.9.1970 wird in Deutschland die amtliche Zeit über 24 Stunden ausgesendet. Der DCF77-Sender steht in Mainflingen bei Frankfurt. Sein 77,5 kHz Trägersignal wird von meistens schmalbandigen Empfängern überall in Westeuropa in Form von "Funkuhren" empfangen. Die Empfänger in den Funkuhren liefern am Ausgang die "Hüllkurve" des amplitudenmodulierten Signals. DCF77-Empfänger werden auch unabhängig von Funkuhren angeboten (z.B. CONRAD Best.-Nr. 641138 oder von Reichelt ...). Das Ausgangssignal der Empfänger kann direkt an einen Eingangs-Pin eines Mikrokontrollers gelegt und von diesem weiter verarbeitet werden. Diese Weiterverarbeitung ist die DCF77-Decodierung, die dieser Artikel beschreibt.

Aufbau des DCF77-Signals

Der DCF77-Sender sendet sogenannte "Sekundenmarken". Sie bilden den Anfang jeder Sekunde und sind entweder 100ms oder 200ms lang. Während dieser 0,1s oder 0,2s wird die Sendeleistung auf etwa 25% abgesenkt. Danach beginnt eine "Pause" mit der vollen Sendeleistung (100%). Diese Pause ergänzt die laufende Sekunde: Sie ist also 900ms lang, wenn die Sekundenmarke 100ms lang war oder 800ms lang, wenn die Sekundenmarke 200ms lang war. Die Sekundenmarken werden von 0 bis 58 durchnummeriert. Eine 59. Marke gibt es normalerweise nicht, stattdessen verlängert sich die Pause nach der 58. Sekundenmarke auf 1900ms oder 1800ms (je nach Länge der 58. Marke). Diese Pause dient bei den Decodern zur Synchronisation: Wenn sie endet, beginnt die neue Minute und damit auch das nächste DCF77-Telegramm mit der Sekundenmarke 0.

Im weiteren Text verwenden wir diese Begriffe:

  • Pause: Eine Pause bezeichnet die Phasen mit 100% Sendeleistung.
  • Sekundenmarke: Eine Sekundenmarke ist die Phase mit 25% Sendeleistung.
  • DataBit: Ein DataBit besteht aus der Sekundenmarke (100/200ms) und aus der zugehörigen Pause (900/800ms).
  • LastBit: Ein LastBit kommt nur EINMAL in jeder Minute vor und kennzeichnet das Ende der Minute. Es besteht aus der (normalerweise 58.) Sekundenmarke (100/200ms) und der zugehörigen Pause (1900/1800ms).
  • (DCF77-)Telegramm: Ein Telegramm ist die vollständige DCF77-Information, die in einer Minute gesendet wird. Sie endet mit einem LastBit. Mit dem Ende des LastBits beginnt die Minute, auf die sich die Informationen des Telegramms beziehen. Somit kann am Ende des LastBits eine Uhr gestellt werden.
  • (Data-/Last-)Bit0: Ein DataBit oder LastBit ist ein Bit0, wenn die Sekundenmarke 100ms lang ist. Bit0 entspricht dem logischen "low" oder "0".
  • (Data-/Last-)Bit1: Ein DataBit oder LastBit ist ein Bit1, wenn die Sekundenmarke 200ms lang ist. Bit1 entspricht dem logischen "high" oder "1".

Wenn ich gesagt habe, dass es eine 59. Sekundenmarke normalerweise nicht gibt, dann war das sicher richtig. Es gibt aber eine wichtige Ausnahme.

Einfügen einer Schaltsekunde

Tendenziell dreht sich unsere Erde immer langsamer um ihre Achse und "trudelt" dabei noch. Das bedeutet, dass in unregelmäßigen Abständen sogenannte "Schaltsekunden" in die UTC eingefügt werden müssen, um den Gleichlauf der UTC mit der Erdrotation sicher zu stellen. Die vorläufig letzte Einfügung einer Schaltsekunde fand im Januar 2006 statt. Möglich sind solche Einfügungen am 1.1. und 1.7. jedes Jahres. Das Einfügen einer Sekunde bedeutet für die Aussendung dieses speziellen DCF77-Telegramms, dass die Minute aus 61 Sekunden besteht. Das wird so umgesetzt, dass die 58. Sekundenmarke (P3) nicht wie sonst ein LastBit, sondern ein DataBit ist und sich noch ein weiteres LastBit anschließt. Dieses zusätzliche LastBit hat eine Sekundenmarke von 100ms (LastBit0) und eine Pause von 1900ms. Damit beginnt die neue Minute mit einer Verzögerung von 1 Sekunde, d.h. eine Schaltsekunde wurde eingefügt.

Ein DCF77-Telegramm mit Schaltsekunde sieht z.B. so aus (Bits 15..59):

Bits 15..20 Minute  P1 Stunde P2 Tag    Wochentag Monat Jahr     P3 59
     001011 0000000 0  010000 1  100000 010       11100 11101001 0  0

Es enthält folgende Informationen: 02.00 Uhr MESZ, Dienstag der 1.7.97. Da gab's übrigens wirklich eine Schaltsekunde!

Informationen im DCF77-Telegramm

In jeder Minute werden Informationen durch die unterschiedliche Länge der Sekundenmarken übertragen.

BIT-NR. BEDEUTUNG DES DCF77-BITS:
0..14 Interne PTB-Informationen / Seit Oktober 2006 Wetterinformationen
15 R Rufbit für Alarmierung der PTB-Mitarbeiter
16 A1 Ankündigung des Wechsels MEZ <-> MESZ
17 Z1 \__ Z1/Z2: 10 = MESZ, 01 = MEZ
18 Z2 /
19 A2 Ankündigung einer Schaltsekunde
20 S Startbit f. Zeitinformationen (immer 1)
21 Minute × 1
22 Minute × 2
23 Minute × 4
24 Minute × 8
25 Minute × 10
26 Minute × 20
27 Minute × 40
28 P1 Minutenparität (gerade Parität Bits 21..27)
29 Stunde × 1
30 Stunde × 2
31 Stunde × 4
32 Stunde × 8
33 Stunde × 10
34 Stunde × 20
35 P2 Stundenparität (gerade Parität Bits 29..34)
36 Tag × 1
37 Tag × 2
38 Tag × 4
39 Tag × 8
40 Tag × 10
41 Tag × 20
42 Wochentag × 1
43 Wochentag × 2
44 Wochentag × 4
45 Monat × 1
46 Monat × 2
47 Monat × 4
48 Monat × 8
49 Monat × 10
50 Jahr × 1
51 Jahr × 2
52 Jahr × 4
53 Jahr × 8
54 Jahr × 10
55 Jahr × 20
56 Jahr × 40
57 Jahr × 80
58 P3 Datumsparität (gerade Parität Bits 36..57)
(59) Evtl. Schaltsekunde (immer 0)

Ein intaktes DCF77-Telegramm sieht also z.B. so aus (Bits 15..58):

Bits 15..20 Minute  P1 Stunde P2 Tag    Wochentag Monat Jahr     P3
     000101 0000000 0  000000 0  100000 011       10000 01100000 0

Es enthält folgende Informationen: 0.00 Uhr MEZ am Samstag, den 1.1.06. Die Uhrzeit- und Datumsangaben sind BCD-codiert. Der dezimale Wert ergibt sich durch Addition der in der Tabelle angegebenen Multiplikatoren an den Stellen, an denen das jeweilige Bit ein Bit1 ist. Die Paritätsbits P1..P3 ergänzen die zugeordneten DCF77-Bits jeweils auf eine gerade Parität. Wenn es z.B. bei den Stunden-Bits 29..34 genau 3 Bits gibt, die 1 sind, dann muss P2 ein Bit1 sein, um eine gerade Parität zu erreichen. Wenn P2 dann ein Bit0 ist, ist das Telegramm fehlerhaft.

Ein intaktes DCF77-Telegramm erfüllt folgende Bedingungen:

  • Bit 20 (S) ist ein Bit1
  • Die Paritätsbits P1..P3 ergeben eine korrekte gerade Parität
  • Es wurden genau 58 Bits (Ausnahme: Schaltsekunde!) decodiert
  • Im Fall der Schaltsekunde ist das Bit 59 ein (Last-)Bit0
  • Die beiden Sommer-/Winterzeit-Kennungen Bit17 und Bit18 haben immer einen unterschiedlichen Wert

Dieses intakte DCF77-Telegramm muss anschließend noch auf Plausibilität überprüft werden, bevor es zum Stellen einer Uhr benutzt werden kann. Grund: Ein Telegramm könnte zwar intakt sein, aber z.B. folgendes Datum enthalten: 0.13.101. Da es keinen Tag 0, keinen Monat 13 und kein Jahr 101 geben kann, ist solch ein Telegramm nicht plausibel, also ebenfalls fehlerhaft. Eine Uhr darf mit solchen Informationen nicht gestellt werden.

Zulässige (plausible) Werte sind:

  • Minute: 0..59
  • Stunde: 0..23
  • Tag: 1..31
  • Wochentag: 1.. 7 (für Montag..Sonntag)
  • Monat: 1..12
  • Jahr: 0..99

Wenn ein DCF-Decoder ein Telegramm als intakt und plausibel getestet hat, steht prinzipiell dem Stellen der Uhr mit diesen Informationen nichts mehr im Wege.

Bei besonders hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit von Zeit-Informationen werden jedoch noch weitere Prüfungen durchgeführt, bevor das Telegramm als "gültig" bzw. valide angesehen wird:

  • Wie viele Telegramme vor dem aktuellen Telegramm waren ebenfalls intakt und plausibel?
  • Ist das aktuelle Telegramm gleich dem vorherigen Telegramm plus 1 Minute?

Die Prüfung der ersten Frage kann in Form eines Grenzwertes erfolgen: Das aktuelle Telegramm ist nur dann gültig (und wird übernommen), wenn z.B. mindestens 2 vorherige Telegramme ebenfalls intakt und plausibel waren. Damit würde nach einer Empfangsstörung (d.h. einem fehlerhaften Telegramm) erst das 3. intakte und plausible Telegramm in Folge wieder übernommen. Durch diese Prüfung kann eine zusätzliche, durch die Wahl des Grenzwertes auch quasi "einstellbare" Sicherheit besonders bei schlechtem Empfang erreicht werden.

Die zweite o.g. Prüf-Frage beinhaltet den Vergleich des aktuellen mit dem vorherigen Telegramm. Da das aktuelle Telegramm die Folgeminute des vorherigen Telegramms abbildet, kann man durch den Vergleich weitere Sicherheit gewinnen. In der Regel werden sich zwei aufeinanderfolgende Telegramme nur geringfügig (durch die Minute!) unterscheiden, d.h. sie sind hoch redundant. Bei Überträgen (z.B. am Monats- oder Jahresende) wird der Anteil redundanter Informationen jedoch deutlich geringer sein. Dies gilt auch bei MEZ-MESZ-Wechseln und bei Schaltjahren (am 29.2.!). Die Prüfung kann in Decodern recht unterschiedlich oder gar nicht umgesetzt werden. Im hier beschriebenen DCF-Decoder wird diese Prüfung nicht durchgeführt.

Wetterinformationen im DCF77-Telegramm

Seit neustem (Oktober 2006) werden auch genaue Wetterinformationen zu vielen Städten in Europa im DCF-Signal versteckt. Genau genommen stecken diese Informationen in den ersten 14 Bytes des Telegrammes. Interessant zu wissen ist die Tatsache, dass diese Informationen amplitutenmoduliert sind. Die Wetterdaten werden über 24 Stunden in jeder Minute ergänzend zur Uhrzeit und dem Datum von Sekunde 1 bis Sekunde 14 übertragen. Ein Wetterprotokoll für eine Wetterregion und eine Vorhersage wird über den Verlauf von 3 Minuten gesendet. Diese Wetterdaten sind über ihre Sendezeit einer festen Region zugeordnet.

Leider ist das genaue Protokoll zum Entschlüsseln dieser Information bislang nicht komplett veröffentlicht worden. Eine private Firma bietet offenbar Lizenzen zum Dekodieren an. So gibt es im Handel jetzt erste "Wetterstationen" für's Wohnzimmer, welche diese DCF-Informationen auswerten. Aufwendige Sensortechnik ist bei diesen "Wetterstationen" dann hinfällig, denn die Informationen stammen von einem großen, professionellen Wettermessnetzwerk. Aber so spannend wie 'ne eigene Wetterstation mit Sensoren ist's dann doch nicht, oder?

Der DCF77-Decoder

Hardware

Das Programm wurde für einen ATmega 32 mit 8 MHz geschrieben. Als DCF-Empfänger wurde das Conrad-Modul (Best.-Nr. 641138) an Pind.3 angeschlossen. Es wird der sogenannte "invertierte" Ausgang des Empfängers (Klemme 4) benutzt. Zur Anzeige der Uhrzeit wird ein LCD 4x16 verwendet.

Software

Der eigentliche DCF-Decoder ist eine Bascom-Library (dcf77.lib), aktuell in der Version 4.11. Dazu gehört ein Include-File (dcf77_soft.bas), also ein Bascom-Programmteil, das mit dem Befehl ...

$include "dcf77_soft.bas"

... in das Hauptprogramm eingebunden wird. Es enthält die wesentlichen Definitionen für die dcf77.lib. Man könnte diese Definitionen auch in das Hauptprogramm aufnehmen. Der Vorteil eines solchen Include-Files ist jedoch, dass bei einer zukünftigen Änderung der dcf77.lib nur das zugehörige Include-File angepasst werden muss und nicht das Hauptprogramm.

Bascom Hauptprogramm

Das Hauptprogramm (Decodertest.bas) ist sehr einfach aufgebaut.

Decodertest.bas
'###########################################################################
'Programmname: Decodertest.bas    Version 4.11
'
'Aufgabe:
'Es wird ein DCF-Empfänger (CONRAD 641138) an Portd.3 angeschlossen
'und DCF-Uhrzeit und -Datum auf dem LCD 4x16 ausgegeben.
'Dieses Programm ist ausgelegt für die Dcf77.lib ab V4.00.

'###########################################################################

$regfile = "m32def.dat"                           'ATmega 32
$crystal = 8000000                                'Quarz: 8 MHz
$baud = 9600
$hwstack = 32                                     'hardware stack
$swstack = 10                                     'software stack
$framesize = 40                                   'frame space

$include "dcf77_soft.bas"

'###########################################################################
'Hauptprogramm:

Declare Sub Showtime()

'LCD konfigurieren:
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb.4 , Db5 = Portb.5 , Db6 = Portb.6 , Db7 = Portb.7 , E = Portb.1 , Rs = Portb.0
Config Lcd = 16 * 4                               'LCD 164A
Waitms 500

Initlcd
'Startmeldung:
Cls
Lcd "DCF-Decoder-Test"
Wait 5

Dim I As Byte
Dim Sekunde As Byte

'---------------------------------------------------------------------------

'Hauptprogramm:
Cls
Cursor Off

Date$ = "01.01.00"
Time$ = "00:00:00"

I = 0
Sekunde = 0
Dcfstatus.7 = 1                                   'DCF-Decoder EIN

'****************** HAUPTPROGRAMMSCHLEIFE **********************************
'Testprogramm:
Do
  If Sekunde <> _sec Then
    Cls
    Call Showtime()
    Sekunde = _sec
  End If
'  If _min = 0 And Dcfstatus.7 = 0 Then            '1x pro Stunde:
'    Dcfstatus.6 = 0                               'Softclock inaktuell
'  End If
  'Wenn Softclock inaktuell, dann nach DCF stellen:
'  If Dcfstatus.6 = 0 Then Dcfstatus.7 = 1 Else Dcfstatus.7 = 0
Loop

End

'************* ENDE HAUPTPROGRAMM ******************************************

Sub Showtime()

  If I = 0 Then I = 1 Else I = 0
  Locate 1 , 1                                    'Zeile 1:
  Lcd Time$ ; "     "                             'Uhrzeit
  If Dcfstatus.6 = 1 Then
    Lcd "-Y-"
  Elseif Dcfstatus.7 = 1 And I = 0 Then
    Lcd "-Y-"
  Else
    Lcd "   "
  End If

  Locate 2 , 1                                    'Zeile 2:
  Lcd Lookupstr(_dayofweek , Wochentag) ; ". "    'Datum
  Lcd Date$

  Locate 3 , 1                                    'Zeile 3:
  If Dcfflags.0 = 1 Then                          'Flags
    Lcd "R "
  Else
    Lcd "  "
  End If
  If Dcfflags.1 = 1 Then
    Lcd "A1 "
  Else
    Lcd "   "
  End If
  If Dcfflags.2 = 1 Then
    Lcd "Z1 "
  Else
    Lcd "   "
  End If
  If Dcfflags.3 = 1 Then
    Lcd "Z2 "
  Else
    Lcd "   "
  End If
  If Dcfflags.4 = 1 Then
    Lcd "A2 "
  Else
    Lcd "   "
  End If
  If Dcfflags.5 = 1 Then
    Lcd "S "
  Else
    Lcd "  "
  End If

'  Locate 3 , 1                                    'Zeile 3:
'  Lcd Bin(dcf77bits8_14) ; Bin(dcf77bits0_7)      'Bits 0..14

  Locate 4 , 1                                    'Zeile 4:
  If Dcfstatus.0 = 1 Then                         'Status
    Lcd "15 "                                     '15. Impuls erreicht
  Else
    Lcd "   "
  End If
  If Dcfstatus.1 = 1 Then
    Lcd "M "                                      'Minutenparität OK
  Else
    Lcd "  "
  End If
  If Dcfstatus.2 = 1 Then
    Lcd "H "                                      'Stundenparität OK
  Else
    Lcd "  "
  End If
  If Dcfstatus.3 = 1 Then
    Lcd "P "                                      'Parität OK
  Else
    Lcd "  "
  End If
  If Dcfstatus.4 = 1 Then
    Lcd "58 "                                     '58 Impulse empfangen
  Else
    Lcd "   "
  End If
  If Dcfstatus.5 = 1 Then
    Lcd "G "                                      'Gültiges DCF77-Telegramm
  Else
    Lcd "  "
  End If
  If Dcfstatus.6 = 1 Then
    Lcd "S "                                      'Softclock nach DCF gest.
  Else
    Lcd "  "
  End If

End Sub

'---------------------------------------------------------------------------

Getdatetime:                                      'Nicht genutzt!
Setdate:
Settime:
Return
'---------------------- Interrupt Routine DCF77 ----------------------------

Tim2_isr:
  Timer2 = Startwert
  Call Dcf77_soft
Return

'---------------------- Daten für Wochentag --------------------------------
Wochentag:
Data "  " , "Mo" , "Di" , "Mi" , "Do" , "Fr" , "Sa" , "So"

'###########################################################################

Das Hauptprogramm stellt in Zeile 1 des LCD die Uhrzeit, in Zeile 2 das Datum, in Zeile 3 die "Flags" (DCF77-Bits 15..20) und in Zeile 4 die Statusbits dar. Die Bedeutung der Statusbits wird in der Beschreibung der dcf77.lib erklärt. Wichtig für die Funktion des DCF-Decoders ist am Ende des Hauptprogramms die Interrupt Routine (Tim2_isr:). Durch sie wird der Decoder in der dcf77.lib in regelmäßigen Abständen aufgerufen. Die Frequenz der Aufrufe beträgt 40 Hz.

Bascom Include-File

Das Include-File (dcf77_soft.bas V4.11) muss wie auch das Hauptprogramm im Bascom-Ordner \PROGRAMS gespeichert werden.

dcf77_soft.bas
'###########################################################################
'Programmname: DCF77_soft.BAS
'Aufgabe:
'Include-Programm für die dcf77.lib ab Version 4.00
'
'Hardware:
'M32 mit 8 MHz
'Es ist ein DCF-Empfänger (CONRAD 641138) an Portd.3 angeschlossen.

'###########################################################################

Config Date = Dmy , Separator = .                 'deutsches Datumsformat
Config Clock = User                               'Softclock aktivieren

$lib "dcf77.lib"                                  'LIB für DCF77
$external Dcf77_init
Declare Sub Dcf77_init
$external Dcf77_soft
Declare Sub Dcf77_soft

Config Timer2 = Timer , Prescale = 1024           'Timer 40Hz
Const Startwert = 61                              'Für 8MHz
Timer2 = Startwert
On Timer2 Tim2_isr                                'Überlauf 40x/s
Enable Interrupts
Enable Timer2

'---------------------- Pin für DCF Eingang definieren ---------------------
'Jeder Portpin kann benutzt werden.
'Auch in der "dcf77.lib" entsprechend anpassen !!!

Config Pind.3 = Input                             'DCF77 Eingang
Set Portd.3                                       'Pullup ein

'--------------------- Variablen der dcf77.lib -----------------------------

Dim _dayofweek As Byte , Dcfstatus As Byte , Dcfflags As Byte
'_dayofweek -> 1..7 (Mo..So)
'Dcfstatus  -> Bit0: 15. Impuls erreicht  Bit4: 58 Impulse empfangen
'              Bit1: Minutenparität OK    Bit5: Gültiges DCF77-Telegramm
'              Bit2: Stundenparität OK    Bit6: Softclock nach DCF gestellt
'              Bit3: Parität OK           Bit7: DCF-Decoder EIN
'              ACHTUNG: Bits 0..5 NUR LESEN!!!
'Dcfflags   -> Bit0 (R) : Rufbit für Alarmierung der PTB-Mitarbeiter
'              Bit1 (A1): Ankündigung des Wechsels MEZ <-> MESZ
'              Bit2 (Z1): \__ Z1/Z2: 10 = MESZ, 01 = MEZ
'              Bit3 (Z2): /
'              Bit4 (A2): Ankündigung einer Schaltsekunde
'              Bit5 (S) : Startbit f. Zeitinformationen (immer 1)
'_sec, _min, _hour, _day, _month, _year sind die Variablen der Softclock

'Interne Variablen der dcf77.lib:
Dim Dcf77counter As Byte
Dim Dcf77parity As Byte
Dim Dcf77impulse As Byte
'Dcf77buffer(9): bits 0..7, bits 8..14, flags (= bits 15..20), min, hour,
'                day, dayofweek, month, year
Dim Dcf77buffer(9) As Byte
Dim Dcf77shifter As Byte
Dim Dcf77tal As Byte
Dim Dcf77tah As Byte
Dim Dcf77hsec As Byte
Dim Dcf77bits0_7 As Byte                          'DCF77-Bits 0..7
Dim Dcf77bits8_14 As Byte                         'DCF77-Bits 8..14
Dim Dcf77val_cnt As Byte                          'Validitäts-Zähler
Dim Dcf77lastbit As Byte                          'LastBit-Pausenlänge
Dim Dcf77databit As Byte                          'DataBit-Pausenlänge

'---------------------------------------------------------------------------

Dcfstatus.7 = 0                                   'DCF-Decoder AUS
Dcfstatus.6 = 0                                   'Softclock inaktuell
Call Dcf77_init                                   'LIB initialisieren

In der Include-Datei sind die wesentlichen Definitionen und Anweisungen für die dcf77.lib enthalten. Mit Config Clock = User werden die Bascom-Softclock Variablen (_sec, _min, time$ ...) eingerichtet. Damit "läuft" die Bascom-Softclock jedoch nicht. Dies wird durch die Softclock in der dcf77.lib gewährleistet (s.u.!). Timer2 wird mit einem Startwert von 61 vorgeladen, hierdurch ergibt sich eine Frequenz für den Aufruf der Interrupt Routine von 40 Hz (alle 25ms). Die drei Variablen _dayofweek, Dcfstatus und Dcfflags der dcf77.lib enthalten den Wochentag, Status und die DCF-Flags (Bits 15..20). Die übrigen Variablen sollten nicht verwendet werden und müssen in der angeführten Reihenfolge bleiben. Abschließend wird die dcf77.lib initialisiert durch den Aufruf von Dcf77_init.

Bascom-Library

Das hier in mehreren Abschnitten beschriebene Library-File (dcf77.lib V4.11) ist der eigentliche DCF-Decoder und muss im Bascom-Ordner \LIB abgelegt werden.

Was kann die dcf77.lib?

  • Decodierung des vollständigen DCF77-Telegramms (Bits 0..58)
  • Bit 20 - Prüfung
  • Komplette Paritätsprüfung
  • Decodierung der Schaltsekunde mit Bit 59 - Prüfung
  • Plausibilitätsprüfung
  • Validitätsprüfung
  • Softclock
  • Stellen der Softclock schaltbar
dcf77.lib - Abschnitt 1
copyright    = D. Ottensmeyer
comment      = DCF77-Decoder und Softclock
libversion   = 4.11
date         = 15.01.2010
statement    = ----------------------------------
statement    = Version 4.11:
statement    = !
statement    = Version 4.10:
statement    = Jahr: BCD->DEZ-Fehler korrigiert!
statement    = Version 4.00:
statement    = Komplette Paritätsprüfung
statement    = Auswertung der DCF77-Bits 15..20
statement    = NEU: DCF77-Bit 20 - Prüfung!
statement    = NEU: Schaltsekunde decodiert!
statement    = NEU: DCF77-Bits 0..14 erfasst!
statement    = NEU: Plausibilitäts-Check!
statement    = NEU: Validitäts-Zähler!
statement    = ---------------------------------

[Dcf77_soft]
;Eingang für DCF77-Empfänger-Anschluss:
.equ PIND    = &H10    ;Pind
.equ PIND3   = 3       ;3 = Pin 3

;Timer-Interruptfrequenz:
.equ ISR_freq = 40     ;40 Hz

;Grenzwerte für Pausenzeit-Zähler (/ ISR_freq [s]):
.equ LastBit0Max = 79  ;LastBit 0 obere Zeitgrenze + 1
.equ LastBit_Mid = 75  ;LastBit-Grenze
.equ LastBit1Min = 71  ;LastBit 1 untere Zeitgrenze
.equ DataBit0Max = 39  ;Datenbit 0 obere Zeitgrenze + 1
.equ DataBit_Mid = 35  ;Datenbit-Grenze
.equ DataBit1Min = 31  ;Datenbit 1 untere Zeitgrenze
.equ Spike_Limit =  3  ;Störimpulsgrenze

;Validitäts-Zähler Limit:
.equ Val_Limit   =  1  ;Jedes Telegramm ist gültig

.def Status   = r16
               ;Bit0 = 15. Impuls erreicht 
               ;Bit1 = Minutenparität OK
               ;Bit2 = Stundenparität OK
               ;Bit3 = Parität OK
               ;Bit4 = 58 Impulse empfangen
               ;Bit5 = Gültiges DCF77-Telegramm
               ;Bit6 = Softclock nach DCF gestellt
               ;Bit7 = DCF-Decoder EIN
.def Counter  = r17
.def Parity   = r18
.def Impulse  = r19
.def Shifter  = r20

Dcf77_soft:
 *lds Status,{Dcfstatus}      ;Status laden
  rcall Softclock             ;Softclock bearbeiten  
  rjmp dcf77_start
;-------------------------------------------------------------------------------
[Dcf77]
$EXTERNAL Dcf77_soft

Dcf77:
 *lds Status,{Dcfstatus}      ;Status laden
dcf77_start:

Die dcf77.lib stellt sich für Bascom so dar, dass drei Unterprogramme enthalten sind:

  • Dcf77 => DCF-Decoder OHNE Softclock
  • Dcf77_soft => DCF-Decoder MIT Softclock
  • Dcf77_init => Initialisierung des DCF-Decoders

Dies sind die Definitionen für die dcf77.lib. Wenn die Bascom-Softclock unabhängig vom DCF-Decoder läuft (ein Uhrenquarz ist z.B. an den M32 angeschlossen), kann man das Unterprogramm Dcf77 nutzen. Im aktuellen Test-Beispiel wird diese Möglichkeit nicht genutzt. Dcf77_soft ist der eigentliche DCF-Decoder, der 40x pro Sekunde aufgerufen werden muss. Mit "rcall Softclock" wird zuerst die Softclock (s. Abschnitt 7!) ausgeführt. Dann wird der Decoder beim Label dcf77_start: (siehe Abschnitt 2!) gestartet.

dcf77.lib - Abschnitt 2
dcf77_start:
 *lds Counter,{DCF77Counter}  ;Pausenzeit-Zähler laden
 *lds Parity,{DCF77Parity}    ;Fehler-Flag + 1-Zähler laden
  sbis PIND,PIND3             ;Input-Pin für DCF-Empfänger
  rjmp dcf77_5                ;low:  Bit auswerten!
  inc Counter                 ;high: Pausenzeit zählen!
  brne dcf77_3
dcf77_1:
  sbr Parity,&B10000000       ;Fehler-Flag setzen
 *sts {DCF77Parity},Parity
  andi Status,&B11000000      ;Statusbits 0..5 löschen  
dcf77_2:
  clr Counter                 ;Pausenzeit-Zähler zurücksetzen
dcf77_3:
 *sts {DCF77Counter},Counter
 *sts {Dcfstatus},Status
dcf77_4:
  ret

dcf77_5:

Beim Label dcf77_start: werden zunächst zwei Variablen in Register geladen (Pausenzeit-Zähler und Fehler-Flag/1-Zähler). Dann erfolgt mit "sbis PIND,PIND3" die Abfrage des Eingangs, an den der DCF-Empfänger angeschlossen ist. Wenn der Eingang "high" (1) ist, ist gerade Pause (100% Sendeleistung) und der Pausenzeit-Zähler wird erhöht (inc Counter). Solange der nicht überläuft, wird zu Label dcf77_3 verzweigt. Da werden die Register wieder gesichert und das war's. Wenn die Pause andauert, wird auf diese Weise alle 25ms der Pausenzeit-Zähler hochgezählt. Bei seinem Überlauf nach über 6 Sekunden wird am Label dcf77_1: das Fehler-Flag gesetzt und der Zähler zurückgesetzt (clr Counter). So ein Überlauf sollte aber eigentlich nicht vorkommen. Wenn ein solcher oder anderer Fehler im Verlauf der weiteren Decodierung (mit einem Sprung zu dcf77_1) dennoch vorkommt, werden zusätzlich die Bits 0..5 im Statusregister gelöscht. Zur Bedeutung dieser Bits siehe den Kommentar in Abschnitt 1 unter ".def Status = r16"!

Wenn am Eingang Pind.3 "low"-Pegel (0) anliegt, dann dürfte es sich um eine Sekundenmarke (25% Sendeleistung) handeln. Das bedeutet, dass der Pausenzeit-Zähler jetzt ausgewertet werden kann, und es erfolgt der Sprung zum Label dcf77_5: (siehe Abschnitt 3!).

dcf77.lib - Abschnitt 3
dcf77_5:
  tst Counter                 ;Auswertung fertig?
  breq dcf77_4                ;ja: Ende!
 *lds Impulse,{DCF77Impulse}  ;nein: Auswerten!
 *lds Shifter,{DCF77Shifter}
 *lds ZL,{DCF77TAL}
 *lds ZH,{DCF77TAH}
  cpi Counter,LastBit0Max     ;LastBit 0 obere Zeitgrenze + 1
  brsh dcf77_1                ;überschritten: Fehler
  cpi Counter,LastBit_Mid     ;LastBit-Grenze
  brlo dcf77_6 
  rjmp dcf77_20               ;75..78 = LastBit0
dcf77_6:
  cpi Counter,LastBit1Min     ;LastBit 1 untere Zeitgrenze
  brlo dcf77_7
  rjmp dcf77_19               ;71..74 = LastBit1
dcf77_7:

Da die Pause jetzt zuende ist, kann die Auswertung der Pausenlänge erfolgen. Das ist aber nur erforderlich, wenn es nicht schon geschehen (d.h. Counter = 0) ist. Die Auswertung beginnt zunächst mit dem Laden von Variablen in Register. Dann erfolgt der Test auf ein LastBit0 oder LastBit1. Die Pause eines LastBit0 ist ja 1900ms lang, der Counter erreicht dafür den Wert 76 (..77). Für ein LastBit1 mit der Pausenlänge 1800ms zählt der Counter bis 72 (..73).

Wie kommt es zu diesen Counter-Werten?

Bei einem Hochzählen des Counters alle 25ms (40Hz) errechnen sich 1900ms als 76 x 25ms
und 1800ms als 72 x 25ms.

In diesem Abschnitt 3 wird also geprüft, ob das Ende des DCF-Telegramms vorliegt. Wenn das der Fall ist, erfolgt die Verzeigung nach dcf77_20 (LastBit0) oder dcf77_19 (LastBit1). Die Auswertung des Telegrammendes wird in Abschnitt 5 beschrieben!

Wenn die obere Zeitgrenze für ein LastBit0 (1975ms) erreicht oder überschritten ist, liegt ein Fehler vor (d.h. Sprung nach dcf77_1, s. Abschnitt 2!). Wenn die untere Zeitgrenze für ein LastBit1 (1775ms) unterschritten ist, dann kann es sich um die Pause eines DataBits (800/900ms) oder irgendeinen kürzeren Impuls (z.B. eine Störung) handeln. Das Programm verzweigt dann zum Label dcf77_7 (s. Abschnitt 4!), wo die Auswertung der DataBits erfolgt.

dcf77.lib - Abschnitt 4
dcf77_7:
  sbrc Parity,7               ;wenn Fehler aufgetreten, ...
  rjmp dcf77_2                ;... dann Abbruch!

  cpi Counter,Spike_Limit     ;Störimpulsgrenze
  brlo dcf77_2                ;Störimpuls wird ignoriert
  cpi Counter,DataBit0Max     ;Datenbit 0 obere Zeitgrenze + 1
  brsh dcf77_1                ;überschritten: Fehler
  cpi Counter,DataBit1Min     ;Datenbit 1 untere Zeitgrenze
  brlo dcf77_1                ;unterschritten: Fehler
 *sts {DCF77Databit},Counter  ;DataBit0/1-Pausenlänge für Debug
  cpi Counter,DataBit_Mid     ;Datenbit-Grenze
  brlo dcf77_8                ;Bit1!

  cpi Impulse,20              ;DataBit = 0 (35..38):
  breq dcf77_2                ;Bit 20 = 0: Abbruch!
  cpi Impulse,58              ;P3 (= 0) bei Schaltsekunde?
  breq dcf77_2                ;Abbruch: LastBit 59 (= 0) folgt!
  rjmp dcf77_10               ;andere 0-Bits: weiter

dcf77_8:                      ;DataBit = 1 (31..34):
  cpi Impulse,21              ;DCF77-Bits 0..20 (= 1)?
  brlo dcf77_9                ;keine Parität!
  inc Parity                  ;sonst alle 1-Bits zählen
 *sts {DCF77Parity},Parity
  cpi Impulse,28
  breq dcf77_10               ;Minutenparitätsbit nicht addieren!
  cpi Impulse,35
  breq dcf77_10               ;Stundenparitätsbit nicht addieren!
  cpi Impulse,58              ;P3 (= 1) bei Schaltsekunde?
  breq dcf77_2                ;Abbruch: LastBit 59 (= 0) folgt!
dcf77_9:
  ld Counter,Z                ;Counter = aktuelle DCF77Buffer Zelle
  add Counter,Shifter         ;addiere 1 an der aktuellen Bitposition
  st Z,Counter                ;zurückspeichern

dcf77_10:
  lsl Shifter                 ;Shifter auf nächste Bitposition
 *sts {DCF77Shifter},Shifter
  cpi Impulse,7
  brlo dcf77_16               ;DCF77-Bits 0..7 Zyklus
  breq dcf77_15               ;letztes Bit 0..7 Zyklus
  cpi Impulse,14
  brlo dcf77_16               ;DCF77-Bits 8..14 Zyklus
  brne dcf77_11
  andi Status,&B11000111      ;Statusbits 3..5 löschen
  sbr Status,&B00000001       ;Status 15. Impuls erreicht setzen
  rjmp dcf77_15               ;letztes Bit 8..14 Zyklus
dcf77_11:
  cpi Impulse,20
  brlo dcf77_16               ;DCF77-Bits 15..20 Zyklus
  breq dcf77_15               ;letztes Bit (DCF77-Bit 20)
  cpi Impulse,28
  brlo dcf77_16               ;Minuten-Zyklus 
  breq dcf77_17               ;Minutenparität
  cpi Impulse,35
  brlo dcf77_16               ;Stunden-Zyklus
  breq dcf77_17               ;Stundenparität
  cpi Impulse,41
  brlo dcf77_16
  breq dcf77_12               ;letztes Bit TAG
  cpi Impulse,44
  brlo dcf77_16
  breq dcf77_12               ;letztes Bit WOCHENTAG
  cpi Impulse,49
  brlo dcf77_16
  breq dcf77_12               ;letztes Bit MONAT
  cpi Impulse,57
  brne dcf77_16               ;nicht letztes Bit JAHR
dcf77_12:                     ;DCF77Buffer Zelle in DEZ wandeln:
  ld Counter,Z                ;Counter = aktuelle DCF77Buffer Zelle
  mov Shifter,Counter         ;Counter (BCD)
  andi Shifter,&H0F
dcf77_13:
  subi Counter,&H10
  brcs dcf77_14
  subi Shifter,&HF6
  rjmp dcf77_13
dcf77_14:                     ;-> Shifter (DEZ)
  st Z,Shifter                ;DEZ in Zelle zurückspeichern
  cpi Impulse,57
  breq dcf77_16               ;letztes Bit JAHR
dcf77_15:                     ;aktuelle DCF77Buffer Zelle fertig:
  ldi Shifter,1               ;Bitposition zurücksetzen
  adiw ZL,1                   ;nächste DCF77Buffer Zelle
 *sts {DCF77Shifter},Shifter
 *sts {DCF77TAL},ZL           ;Adresse der nächsten Zelle speichern
 *sts {DCF77TAH},ZH
dcf77_16:
  inc Impulse                 ;nächstes DCF77-Bit
 *sts {DCF77Impulse},Impulse
  rjmp dcf77_2									

dcf77_17:                     ;Parität Min./Std. Auswertung:
  sbrc Parity,0
  rjmp dcf77_2                ;Parität Fehler: Abbruch!
  cpi Impulse,28              ;Minutenparität?
  brne dcf77_18               ;nein: Stundenparität (35)
  sbr Status,&B00000010       ;Status Minutenparität OK setzen
  rjmp dcf77_12
dcf77_18:
  sbr Status,&B00000100       ;Status Stundenparität OK setzen
  rjmp dcf77_12               ;Parität Min./Std. OK

Die Auswertung der DataBits erfolgt in diesem Abschnitt 4 nur, wenn das Fehler-Flag (Parity.7) nicht gesetzt ist.

Mit den vier "cpi"-Befehlen werden jetzt die DataBits decodiert: Ganz kurze Impulse (unter 75ms) werden als Störimpulse ignoriert. Bei Über- oder Unterschreiten der Zeitlimits wird ein Fehler ausgelöst (Sprung zu dcf77_1). Der letzte Test (cpi Counter,DataBit_Mid) entscheidet, ob ein DataBit0 (weiter ab Befehl "cpi Impulse,20") oder ein DataBit1 (ab Label dcf77_8) vorliegt.

Zunächst der Fall "DataBit0":

Counter hat in diesem Fall einen Wert von 36 (..37), entsprechend 900ms Pausenlänge. Es wird mit "cpi Impulse,20" zunächst getestet, ob es sich um das DCF77-Bit 20 (S) handelt. Dieses Bit darf nicht "0" sein, deshalb erfolgt in diesem Fall ein Abbruch (breq dcf77_2). Das Register "Impulse" ist also der Zähler für die DCF77-Bits (0..58).

Dann wird mit "cpi Impulse,58" noch auf eine andere Abbruchbedingung getestet: Wenn das DCF77-Bit 58 ein DataBit0 ist, dann handelt es sich um die Sonderbedingung "Schaltsekunde". Es wird dann noch ein LastBit folgen, deshalb wird hier die Verarbeitung abgebrochen. Für alle anderen DataBits0 geht's bei dcf77_10 weiter.

Dann der Fall "DataBit1" (ab Label dcf77_8):

Counter hat in diesem Fall einen Wert von 32 (..33), entsprechend 800ms Pausenlänge. Ab den Labeln dcf77_8 und dcf77_9 passieren zwei wichtige Dinge mit den DataBits1:

  • Mit "inc Parity" werden die 1-Bits gezählt, um die Parität berechnen zu können. Dabei gibt es eine Ausnahme: Die DCF77-Bits 0..20 werden nicht berücksichtigt.
  • Ab dem Label dcf77_9 wird das Bit im Zeit-Zwischenspeicher abgelegt. Der Zwischenspeicher besteht aus 9 Bytes (Bascom: Dcf77buffer(9)). In der Lib werden die einzelnen "Zellen" des Zwischenspeichers durch den Z-Pointer adressiert. Mit "ld Counter,Z" wird zuerst die aktuelle Zelle (z.B. die Minute oder das Jahr) in das Register Counter geladen. Dann wird mit "add Counter,Shifter" eine "Maske" addiert. In dieser Maske ist immer nur 1 Bit gesetzt, und zwar an der Stelle, an der das aktuelle DCF77-Bit in die aktuelle Zelle eingefügt werden muss. Beispiel: Das DCF77-Bit 46 ist das zweite Monatsbit. Die Maske Shifter wäre in diesem Fall binär 00000010. Addiert man diese Maske zur aktuellen Zelle des Zwischenspeichers, dann wird Bit 1 hier gesetzt. Wenn das DCF77-Bit 47 folgt und auch ein DataBit1 ist, ist die Maske 00000100, und auch dieses Bit wird richtig in den Zwischenspeicher eingefügt. Mit "st Z,Counter" wird der Inhalt von Counter im Zwischenspeicher gesichert.

Die Sicherung im Zwischenspeicher gilt nicht für zwei DCF77-Bits: Die Paritätsbits P1 (28) und P2 (35) dürfen nicht in die aktuelle Zelle kopiert werden. Mit "cpi Impulse,58" wird eine weitere Ausnahmebedingung abgefangen: Die Schaltsekunde. Ist P3 ein DataBit1, dann wird noch ein LastBit0 folgen, also hier zunächst ein Abbruch.

Ab dem Label dcf77_10 werden die DataBits0 und DatBits1 wieder gemeinsam weiterverarbeitet. Hier wird zunächst der Shifter in die nächste Bitposition geschoben (lsl Shifter). Danach gibt es mehrere Einzeltests: Von "cpi Impulse,7" bis "cpi Impulse,57" werden einige Positionen von DCF77-Bits abgefragt. Bei manchen DCF77-Bits gibt es eigentlich nichts mehr zu tun: Wenn ein DCF77-Bit irgendwo mitten in einer Zelle angekommen ist, muss nur noch der Zähler "Impulse" hochgezählt werden (dcf77_16). Etwas anderes ist es, wenn das LETZTE DCF77-Bit einer Zelle (z.B. 20 oder 41) decodiert wurde: Hier muss entweder nur die Maske in Shifter auf binär 00000001 (Label dcf77_15) zurückgesetzt und der Z-Pointer auf die nächste Zelle ("adiw ZL,1") gesetzt werden, ODER der Inhalt der aktuellen Zelle muss vorher noch (Label dcf77_12 bis dcf77_14) vom BCD- ins Dezimal-Format umgewandelt werden.

Im Rahmen der o.g. Einzeltests werden auch Statusbits beeinflusst: Mit "andi Status,&B11000111" werden die Statusbits 3..5 gelöscht, danach mit "sbr Status,&B00000001" das Statusbit 0 (15. Impuls erreicht) gesetzt. Damit endet die Gültigkeit des alten, und es beginnt die Decodierung eines neuen Telegramms ab dem DCF77-Bit 15.

Die Paritätsbits 28 und 35 sind noch auszuwerten (ab Label dcf77_17): Wenn die Minuten- oder Stunden-Parität UNGERADE ist (Parity.0 = 1), erfolgt der Abbruch. Ist die Parität o.k., wird das zugehörige Statusbit (Bit 1 oder Bit 2) gesetzt.

In diesem Abschnitt 4 hat der Decoder die Hauptarbeit geleistet. Aber wie geht's von hier aus weiter? Das Telegrammende wird in Abschnitt 3 festgestellt, von dort verzweigt der Decoder zum nächsten Abschnitt 5 (Label dcf77_19, dcf77_20)!

dcf77.lib - Abschnitt 5
dcf77_19:                     ;Telegramm Ende:
  inc Parity                  ;LastBit = 1
dcf77_20:                     ;LastBit = 0
 *sts {DCF77Lastbit},Counter  ;LastBit0/1-Pausenlänge für Debug
  cpi Impulse,58              ;58 DCF77-Bits erfasst?
  brne dcf77_21               ;unvollständig: weiter
  sbr Status,&B00010000       ;ja: Status 58 Impulse empfangen setzen
dcf77_21:
  andi Parity,&B10000001
  brne dcf77_22               ;Paritäts- oder sonst. Fehler aufgetreten?
  sbr Status,&B00001000       ;nein: Status Parität OK setzen
dcf77_22:
  mov Counter,Status
  andi Counter,&B00011111     ;Status Bits 0..4?
  cpi Counter,&B00011111      ;alle 5 Bits = 1?
  breq dcf77_24
dcf77_23:
  clr Shifter                 ;Validitäts-Zähler zurücksetzen
  rjmp dcf77_25               ;Fehler: Softclock NICHT stellen!

dcf77_24:                     ;Plausibilitäts-Check:
  ld Counter,Z                ;Jahr (0..99)
  cpi Counter,100
  brsh dcf77_23               ;> 99: Nicht plausibel!
  ld Counter,-Z               ;Monat (1..12)
  tst Counter
  breq dcf77_23
  cpi Counter,13
  brsh dcf77_23
  ld Counter,-Z               ;Wochentag (1..7)
  tst Counter
  breq dcf77_23
  cpi Counter,8
  brsh dcf77_23
  ld Counter,-Z               ;Tag (1..31)
  tst Counter
  breq dcf77_23
  cpi Counter,32
  brsh dcf77_23
  ld Counter,-Z               ;Stunde (0..23)
  cpi Counter,24
  brsh dcf77_23
  ld Counter,-Z               ;Minute (0..59)
  cpi Counter,60
  brsh dcf77_23
  adiw ZL,5                   ;Pufferzeiger auf Jahr zurücksetzen
  sbr Status,&B00100000       ;Status Gültiges DCF77-Telegramm setzen

 *lds Shifter,{DCF77Val_cnt}  ;Validitäts-Zähler laden
  inc Shifter                 ;Zähler erhöhen
  cpi Shifter,Val_Limit       ;Stand Validitäts-Zähler?
  brlo dcf77_25               ;< Val_Limit: Softclock NICHT stellen!
  ldi Shifter,Val_Limit       ;Zähler wird nicht > Val_Limit!

  sbrs Status,7               ;Status DCF-Decoder EIN/AUS?
  rjmp dcf77_25               ;AUS: Softclock NICHT stellen!

  ;Softclock nach DCF stellen:
  loadadr _year,X             ;Zeiger auf Softclock-Variablen
  ld Counter,Z                ;Jahr = DCF77Buffer(9)
  st X,Counter                ;in _year sichern
  ld Counter,-Z               ;Monat = DCF77Buffer(8)
  st -X,Counter               ;in _month sichern
  ld Counter,-Z               ;Wochentag = DCF77Buffer(7)
 *sts {_dayofweek},Counter    ;in _dayofweek sichern
  ld Counter,-Z               ;Tag = DCF77Buffer(6)
  st -X,Counter               ;in _day sichern        
  ld Counter,-Z               ;Stunde = DCF77Buffer(5)
  st -X,Counter               ;in _hour sichern
  ld Counter,-Z               ;Minute = DCF77Buffer(4)
  st -X,Counter               ;in _min sichern
  clr Counter
  st -X,Counter               ;_sec zurücksetzen
 *sts {Dcf77hsec},Counter     ;Sek.-Bruchteile zurücksetzen
  ld Counter,-Z               ;DCF77-Bits 15..20 = DCF77Buffer(3)
 *sts {Dcfflags},Counter      ;in Dcfflags sichern
  ld Counter,-Z               ;DCF77-Bits 8..14 = DCF77Buffer(2)
 *sts {Dcf77bits8_14},Counter ;in Dcf77bits8_14 sichern
  ld Counter,-Z               ;DCF77-Bits 0..7 = DCF77Buffer(1)
 *sts {Dcf77bits0_7},Counter  ;in Dcf77bits0_7 sichern
  sbr Status,&B01000000       ;Status Softclock nach DCF gestellt setzen

dcf77_25:

Dieser Abschitt 5 wird nur dann aufgerufen, wenn ein LastBit decodiert wurde (s. Abschnitt 3!). Damit ist das vollständige Minutentelegramm empfangen worden und muss jetzt noch geprüft werden. In der Regel handelt es sich bei diesem letzten Bit ja um das DCF77-Bit 58 (P3). Wenn es ein LastBit1 ist (Label dcf77_19), wird zunächst mit "inc Parity" die Datumsparität vervollständigt. Dann wird getestet, ob es sich tatsächlich um das DCF77-Bit 58 handelt. Wenn ja, wird mit "sbr Status,&B00010000" das Bit 4 im Statusregister gesetzt. Dann erfolgt mit "andi Parity,&B10000001" der letzte Fehler- und Paritätstest. Er ist bestanden, wenn das Ergebnis Null ist. Dann wird Bit 3 im Statusregister gesetzt. Jetzt (Label dcf77_22) sind alle Tests vollständig, um das DCF77-Telegramm als intakt oder fehlerhaft bewerten zu können. Wenn alle Statusbits 0..4 gesetzt sind, ist die Decodierung ohne Fehler verlaufen: Das Telegramm ist intakt! Die Verzweigung erfolgt zu Label dcf77_24.

Wenn das Telegramm nicht intakt ist (Label dcf77_23), wird der Validitäts-Zähler (dazu später mehr) gelöscht. Die weitere Prüfung wird abgebrochen (dcf77_25).

Wenn die Verarbeitung das Label dcf77_24 erreicht, dann ist das Telegramm intakt und wird auf Plausibilität geprüft. Wenn der Test erfolgreich ist, wird mit "sbr Status,&B00100000" das Bit 5 im Statusregister (Gültiges DCF77-Telegramm) gesetzt.

Danach (ab "*lds Shifter,{DCF77Val_cnt}") entscheidet sich, ob dieses gültige Telegramm zum Stellen der Softclock verwendet wird. Dazu verfügt der Decoder über einen Validitäts-Zähler, der nach jedem gültigen Telegramm hochgezählt wird. Wenn sein Stand kleiner als die festgelegte Grenze (Konstante "Val-Limit", s. Abschnitt 1!) ist, wird die Softclock nicht gestellt. Val-Limit ist aktuell auf "1" eingestellt, so dass jedes gültige Telegramm genutzt wird.

Zuletzt wird noch (durch "sbrs Status,7") geprüft, ob überhaupt ein Stellen der Softclock gewünscht wird: Ist Status.7 nicht gesetzt, wird die Softclock nie auf die aktuelle DCF-Zeit gestellt. Das Bascom Hauptprogramm muss also das Stellen bewusst einschalten:

Dcfstatus.7 = 1                                   'DCF-Decoder EIN

Jetzt erfolgt endlich das Stellen der Softclock. Danach wird Bit 6 im Statusregister gesetzt (Softclock nach DCF gestellt).

Zum Schluss noch ein Wort zum Sonderfall "Schaltsekunde": In diesem Abschnitt 5 ist dafür keinerlei Sonderbehandlung zu sehen. Das ist auch nicht erforderlich: Das DCF77-Bit 59 ist ja ein LastBit0. Dadurch ist die Datumsparität fehlerfrei (Bit 59 wird quasi als Paritätsbit für die DCF77-Bits 36..58 angesehen und muss dann ja immer "0" sein. Wenn es ein LastBit1 sein sollte, wird das als Fehler erkannt.).

dcf77.lib - Abschnitt 6
dcf77_25:
  andi Status,&B11111000      ;Statusbits 0..2 löschen
  rjmp dcf77_26

;-------------------------------------------------------------------------------
[Dcf77_init]
$EXTERNAL Dcf77_soft

Dcf77_init:                   ;DCF77-Variablen Reset
  clr Shifter                 ;Validitätszähler zurücksetzen
  andi Status,&B11000000      ;Statusbits 0..5 löschen  
dcf77_26:
 *sts {Dcfstatus},Status      ;Status speichern
 *sts {DCF77Val_cnt},Shifter  ;Validitäts-Zähler speichern
  loadadr DCF77Buffer(1),Z    ;Adresse DCF77Buffer
  mov Parity,ZL
  mov Impulse,ZH
  loadadr DCF77Counter,Z      ;Adresse DCF77Counter
  ldi Counter,12
  clr Shifter
dcf77_27:                     ;DCF77Counter..DCF77Buffer = 0
  st Z+,Shifter
  dec Counter
  brne dcf77_27
  inc Counter
  st Z+,Counter               ;DCF77Shifter = 1
  st Z+,Parity                ;Adresse DCF77Buffer -> DCF77TAL/AH
  st Z,Impulse
  ret

Der Abschnitt 6 ist das 3. Unterprogramm "Dcf77_init" in der dcf77.lib. In diesen Programmteil wird über Label dcf77_25 eingesprungen, wenn das Ende eines Telegramms im Abschnitt 5 festgestellt worden war. In diesem Fall werden nur die Bits 0..2 des Statusregisters gelöscht.

In Dcf77_init werden alle Variablen wieder initialisiert, so dass ein neues Telegramm decodiert werden kann. Die Statusbits 0..5 werden gelöscht. Das Statusbit 6 (Softclock nach DCF gestellt) bleibt jedoch unverändert. Im Bascom-Programm ist durch dieses Flag also dauerhaft nachweisbar, dass die Softclock MINDESTENS EINMAL nach DCF gestellt wurde. Zurückgesetzt wird dieses Bit nur durch bestimmte seltene Bedingungen in der Softclock (s. Abschnitt 7!) oder bei Bedarf durch das Bascom-Programm selbst (Dcfstatus.6 = 0).

dcf77.lib - Abschnitt 7
;-------------------------------------------------------------------------------
Softclock:
 *lds Counter,{Dcf77hsec}
  inc Counter                 ;Sek.-Bruchteile erhöhen
  cpi Counter,ISR_freq        ;1000ms = 1s erreicht?
  breq Soft_10                ;ja: weiter
 *sts {Dcf77hsec},Counter
  ret                         ;sonst Ende
Soft_10:
  clr Counter                 ;Sek.-Bruchteile löschen
 *sts {Dcf77hsec},Counter
 *lds Counter,{_sec}
  inc Counter                 ;Sekunde erhöhen
  cpi Counter,60              ;60 Sekunden erreicht?
  breq Soft_20                ;ja: weiter
 *sts {_sec},Counter
  ret
Soft_20:
  clr Counter                 ;Sekunde löschen
 *sts {_sec},Counter
 *lds Counter,{_min}       
  inc Counter                 ;Minute erhöhen
  cpi Counter,60              ;60 Minuten erreicht?
  breq Soft_30                ;ja: weiter
 *sts {_min},Counter
  ret
Soft_30:
  clr Counter                 ;Minute löschen
 *sts {_min},Counter
 *lds Counter,{_hour}
  inc Counter                 ;Stunde erhöhen
  cpi Counter,24              ;24 Stunden erreicht?
  breq Soft_40                ;ja: weiter
 *sts {_hour},Counter  
  ret
Soft_40:
  clr Counter                 ;Stunde löschen
 *sts {_hour},Counter
 *lds Counter,{_dayofweek}
  inc Counter                 ;Wochentag erhöhen
  cpi Counter,8               ;letzter Wochentag erreicht?
  brne Soft_50                ;nein: weiter
  ldi Counter,1               ;Wochentag auf "1" (Montag)
Soft_50:
 *sts {_dayofweek},Counter
 *lds Counter,{_day}          ;Tag holen
 *lds Shifter,{_month}        ;Monat holen
  ldi zl,low(Daysofmonth*2)
  ldi zh,high(Daysofmonth*2)  ;Anzahl Tage pro Monat holen
  add zl,Shifter              ;Zeiger auf aktuellen Monat
  lpm                         ;Anzahl Tage holen
  cp Counter,r0               ;Monatsende erreicht?
  brne Soft_90                ;nein: weiter
  cpi Shifter,2               ;Monatsende Februar (wg. Schaltjahr)?
  brne Soft_60                ;nein: weiter
  cbr Status,&B01000000       ;Status Softclock nach DCF gestellt löschen
Soft_60:
  cpi Shifter,6               ;Monatsende Juni (wg. Schaltsekunde)?
  brne Soft_70                ;nein: weiter
  cbr Status,&B01000000       ;Status Softclock nach DCF gestellt löschen
Soft_70:
  ldi Counter,1               ;Tag auf 1
  cpi Shifter,12              ;Jahresende (+ wg. Schaltsekunde)?
  brne Soft_100               ;nein: weiter
  cbr Status,&B01000000       ;Status Softclock nach DCF gestellt löschen
 *lds Shifter,{_year}         ;Jahr holen
  inc Shifter                 ;Jahr erhöhen
  cpi Shifter,100             ;Jahr 100 erreicht?
  brne Soft_80                ;nein: Ende
  clr Shifter                 ;Jahr 00 setzen
Soft_80:
 *sts {_year},Shifter         ;speichern
  ldi Shifter,1               ;Monat auf 1
  rjmp Soft_110  
Soft_90:
  inc Counter                 ;Tag erhöhen
  rjmp Soft_110                 
Soft_100:
  inc Shifter                 ;Monat erhöhen
Soft_110:
 *sts {_day},Counter          ;Datum speichern
 *sts {_month},Shifter    
  ret

Daysofmonth:
.db 00, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31  
[end]

Dies ist die Softclock. Sie verwendet (mit Ausnahme der Sekunden-Bruchteile und des Wochentages) die Variablen der Bascom-Softclock, so dass die Uhrzeit im Hauptprogramm wie gewohnt dargestellt werden kann. Die Funktion muss hier nicht detailliert beschrieben werden. Ein Punkt soll aber noch erwähnt werden:

In der Softclock wird das Statusbit 6 (Softclock nach DCF gestellt) unter folgenden Bedingungen gelöscht:

  • Monatsende Februar (ggf. Schaltjahr mit 29.2.)
  • Jahresmitte (ggf. Schaltsekunde)
  • Jahresende (ggf. Schaltsekunde)

Das Statusbit 6 bleibt also normalerweise nach dem ERSTEN Stellen der Uhr nach DCF dauerhaft gesetzt. Das Bit wird nur dann "0", wenn die Softclock evtl. wegen Schaltsekunde/-jahr nicht mehr aktuell ist.

Hinweis: Wenn ihr den Quellcode der lib aus den einzelnen Abschnitten koppiert, bitte aufpassen da sind einige Label doppelt! dcf77_25: , dcf77_7: , dcf77_start: jeweils einmal rauslöschen.


Alternative: DCF77 Seriell Wandler Chip

Statt mit Controller lässt sich das DCF Signal auch mittels eines kleinen Decoderchips in ein serielles Signal (RS232 mit 5V oder 3V Pegel) wandeln und einfach einlesen. Vorteil: Keine Belegung von Timer oder Interrupt und eine interne Uhr die auch bei DCF-Ausfall Zeit- und Datum-Informationen auf Abruf liefert.

http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/images/artikelbilder/dcfrs1/chip.jpg http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/images/artikelbilder/dcfrs1/schaltbild_dcfrs1_390px.png

Übertragung erfolgt über einen Port

Wahlweise über Pin-DOUT, wo die Ausgabe durch einen Low-Impuls angestossen wird (siehe Bild), oder über den TX-Pin im Minutentakt.

Protokolldcfrs1.png

Chip Ausgabe erfolgt als Text oder wahlweise Binär

Terminaltext.png

Terminalbinaer.png

Beispielcode zum Abrufen der Zeit per Chip


'##############################################################
'DCF_Decoder3.bas
'
'Das Programm liest die Uhrzeit aus dem digetalen DCF-Decoder aus
'und gibt die Zeit über RS232 aus
'Es muss lediglich PIN PD7 mit dem DOUT Pin des Chips DCF-RS1 verbunden werden
'Natürlich auch GND und VCC
'
' (c) Frank roboternetz.de
'Weitere Beispiele auf DVD oder im www.Roboternetz.de und rn-wissen.de
'######################################################################


Declare Sub DCF_UhrzeitLesen()

$programmer = 12                'MCS USB  (Zeile weglassen wenn anderer Programmer)
$prog &HFF , &HFF , &HD9 , &HFE      'Fusebits richtig programmieren (Quarz ein,Jtag aus)
$regfile = "m644pdef.dat"
$framesize = 32
$swstack = 32
$hwstack = 64
$crystal = 8000000                                          'Quarzfrequenz
$baud = 9600                                                'Baudrate (Übertragungsgeschwindigkeit)
Baud = 9600
Config Pind.6 = Output                                      'LED
Led1 Alias Portd.6



'Diese Variablen enthalten nach dem Abruf die Uhrzeit und Datum Informationen
Dim uhr_sek As byte
Dim uhr_min As byte
Dim uhr_std As byte
Dim uhr_tag As byte
Dim uhr_monat As byte
Dim uhr_jahr As byte
Dim uhr_wochentag As byte
Dim uhr_sommerzeit As byte
Dim uhr_zeitumschaltung As byte
Dim uhr_sync As byte

dim bstart as byte   'Enthaelt Byte Zeilenanfang  immer 126
dim bende as byte    'Enthaelt Byte Zeilenanfang  immer 127

dim zeitgueltig as byte

wait 1
zeitgueltig=0
Do
   DCF_UhrzeitLesen
   if zeitgueltig=1 then
     Print "Heute haben wir den: "; uhr_tag;".";uhr_monat;".";uhr_jahr;" ";uhr_std;":"; uhr_min;":";uhr_sek;" Wochentag:";uhr_wochentag
     if uhr_sommerzeit=1 then print "Es gilt Sommerzeit!"
     print "Die Uhr wurde von "; uhr_sync; " Minuten per Funk abgeglichen"
     print
   endif
   Wait 5
   toggle led1
Loop


'Die eigentliche Abruffunktion:

'Diese Funktion ruft der Zeit im binären Modus ab
'und uerbergibt diese den globalen Uhr Variablen
Sub DCF_UhrzeitLesen()
   Config Pind.7 = Input
   if Pind.7 =1 then 'DCF Uhrzeit bereits vorhanden?
     'Kurz auf GND setzen um DCF Decoderzeit ausgeben zu lassen
     Config PORTD.7 = output
     PORTD.7=0
     waitus 1
     Config Pind.7 = Input

     Open "comd.7:2400,8,n,1" For input As #1
     Inputbin  #1,bstart,uhr_tag,uhr_monat,uhr_jahr,uhr_std, uhr_min,uhr_sek,uhr_wochentag,uhr_sommerzeit,uhr_zeitumschaltung,uhr_sync,bende
     Close #1
     Config Pind.7 = Input
     uhr_tag=uhr_tag-65
     uhr_monat =uhr_monat-65
     uhr_jahr =uhr_jahr-65
     uhr_std=uhr_std-65
     uhr_min =uhr_min-65
     uhr_sek  =uhr_sek-65
     uhr_wochentag  = uhr_wochentag-65
     uhr_sommerzeit=uhr_sommerzeit-65
     uhr_zeitumschaltung=uhr_zeitumschaltung-65
     uhr_sync=uhr_sync-65
     zeitgueltig=1
  else
     zeitgueltig=0 
     Print "Zeit noch nicht verifiziert!"
  endif

end sub

Autor/Autoren

  • Dirk 19:49, 12. Dez 2006 (CET)
  • --Frank 20:05, 16. Feb 2007 (CET) (Kleine Wetter Ergänzung)
  • ---Dirk 22:50, 23. Jan 2010 (CET) (Library Version 4.11 Update)

Quellen

Quelle1
Piester, Hetzel, Bauch; Zeit- und Normalfrequenzverbreitung durch DCF77; PTB-Mitteilungen 114, Heft 4; 2004
Quelle2
Wikipedia
Quelle3
DCF77
Quelle4
Wolfgang Back

Siehe auch