Emulator odbiornikaKDCF77
P R O J E T Y
Emulator odbiornika
DCF77
kit AVT-423
Doświadczenia nasze
i Czytelnik�w wskazują, łe
Zegary cyfrowe, wykorzystują-
urządzenie emulujące nadajnik
ce do precyzyjnego działania syg-
sygnału DCF-77 jest bardzo
nał radiowy DCF77, stały si�
potrzebne w pracowniach
ostatnio bardzo popularne. Trud-
wszystkich konstruktor�w
no si� temu dziwiĘ, jest to bo-
wykorzystujących w swoich
wiem najprostsza i najta�sza me- wien czas, np. raz na kilka
opracowaniach ten popularny
toda zbudowania zegara o dosko- godzin. Takłe zegar systemowy
wzorzec czasu.
nałych, a nawet praktycznie nie- w komputerze, pomimo jego zwyk-
Prosta konstrukcja osiągalnych innymi metodami pa- le marnych parametr�w, wymaga
rametrach. Wykorzystywanie syg- w praktyce korekcji raz na dob�.
emulatora, łatwośĘ konfiguracji
nału DCF77 pozwala bowiem zbu- Sytuacja komplikuje si� jednak
i jego dobre cechy ułytkowe
dowaĘ zegar o dokładności wyno- w przypadku, kiedy testujemy wy-
powodują, łe od tej pory
szącej 1 sekund� na 5 milion�w konany układ zegara lub napisany
uruchamianie zegar�w
lat! Nie sądz�, aby komukolwiek program. Jełeli zegar nie �załapu-
synchronizowanych przez
z nas chciało si� czekaĘ tyle cza- je� właściwego czasu, to przyczy-
wzorzec przestanie stanowiĘ
su w celu empirycznego stwier- ny mogą byĘ dwie: błąd konstruk-
problem.
dzenia tego sekundowego odchy- tora lub programisty albo nieode-
lenia! branie poprawnego kodu trans-
Zbudowanie zegara �nap�dza- misji.
nego� sygnałem nadawanym Stwierdzenie, kt�ra z tych przy-
z Mainflingen w Niemczech nie czyn powoduje niewłaściwą prac�
jest trudne i w najprostszym przy- układu jest zwykle dośĘ trudne.
padku zegar taki b�dzie si� skła- Wprawdzie wi�kszośĘ odbiorni-
dał gł�wnie z odpowiednio zapro- k�w DCF77 posiada sygnalizacj�
gramowanego procesora, wyświet- optyczną odbierania sygnału, ale
laczy i kilku element�w dodatko- stwierdzenie poprawności trans-
wych. misji �na oko� jest praktycznie
Sygnał DCF77 mołe byĘ takłe niemołliwe. Poniewał dośĘ cz�sto
wykorzystywany do korygowania zajmuj� si� uruchamianiem i tes-
zegara systemowego w kompute- towaniem zegar�w DCF77, zdecy-
rach klasy PC. I w tym przypadku dowałem si� na zbudowanie nie-
napisanie odpowiedniego progra- zwykle prostego i taniego układu,
mu nie jest czynnością trudną. kt�ry radykalnie mołe usunąĘ
Mimo łe nie uwałam si� za opisane wyłej problemy i znacz-
dobrego programist�, to taki pro- nie ułatwiĘ łycie konstruktora lub
gram udało mi si� napisaĘ w BA- programisty pragnących wykorzys-
SIC-u w ciągu kilku godzin. taĘ mołliwości jakie daje atomo-
Nie ma jednak r�ły bez kol- wy wzorzec czasu z Niemiec.
c�w. Takim �kolcem� przy wyko- Budowanie urządzenia, kt�re-
rzystywaniu sygnału DCF77 są go jedynym zadaniem byłoby
zmienne warunki propagacji syg- testowanie zegar�w DCF77 nie
nału radiowego i wynikające z te- miałoby jednak w wielu przy-
go zjawiska okresowe zaniki trans- padkach ekonomicznego uzasad-
misji sygnału DCF77. Podczas nienia. Jednak proponowany
normalnej pracy zegara nie ma to układ b�dzie mołna wykorzystaĘ
zbyt wielkiego znaczenia, ponie- takłe do innych cel�w, o czym
wał zupełnie wystarczające jest wspomnimy jeszcze w dalszej
korygowanie czasu jedynie co pe- cz�ści artykułu.
Elektronika Praktyczna 4/98
47
Emulator odbiornika DCF77
2764 do zapisy-
wania informacji
w słowach jedno-
bitowych.
Pami�Ę IC2
jest adresowana
za pomocą
dw�ch licznik�w:
IC1 - 4040, kt�ry adre-
suje dwanaście młod-
szych bit�w i IC4A -
4520, kt�ry �obsługuje�
najstarszy bit adresu.
Trzy pozostałe wyjścia
licznika binarnego IC4A
zostały dołączone do
wejśĘ adresowych mul-
tipleksera IC3 - 4051.
Do wejśĘ danych tego
układu zostały dołączo-
ne wszystkie wyjścia
danych pami�ci IC2.
Dla łatwiejszego zro-
zumienia budowy ukła-
du prześled�my jego
działanie od momentu
włączenia zasilania. Frag-
ment układu z rezystorem R1
i kondensatorem C1 słuły
Rys. 1. Schemat elektryczny urządzenia.
wyzerowaniu obydwu liczni-
Opis działania układu g�lnych bit�w zostało om�wione k�w w momencie rozpocz�cia
Na rys. 1 został pokazany w tab. 1. przez układ pracy (włączenia za-
schemat elektryczny proponowa- Dane zawarte w powyłszej ta- silania). Generator astabilny zbu-
nego układu. Zanim jednak przej- beli pozwolą Czytelnikom łatwiej dowany z wykorzystaniem mojej
dziemy do jego analizy, wspomni- zrozumieĘ zasad� działania pro- ulubionej kostki - NE555 (IC5),
my w najwi�kszym skr�cie ponowanego układu i ewentualnie wytwarza ciąg impuls�w prosto-
o transmisji DCF77 i stosowanym własnor�cznie zaprogramowaĘ EP- kątnych o cz�stotliwości regulowa-
w niej kodzie. Szczeg�łowy opis ROM potrzebny do jego działania. nej za pomocą potencjometru mon-
DCF77 został zamieszczony w nu- Po pozostałe informacje na temat tałowego PR1. W podstawowym
merze EP3/97, w artykule opisu- DCF77 odsyłamy Czytelnik�w do zastosowaniu układu cz�stotliwośĘ
jącym �M�wiący zegar z DCF77�. lektury wspomnianego wyłej ar- ta powinna wynosiĘ 1kHz.
Sygnał DCF77 jest nadawany tykułu. Po wyzerowaniu liczniki rozpo-
z terenu Niemiec na cz�stotliwoś- Łatwo zauwałyĘ, łe sercem czynają prac�, adresując kolejne
ci �ultradługiej� 77,5 kHz i swoim układu jest pami�Ę EPROM typu bajty pami�ci IC2. Warto zauwa-
zasi�giem obejmuje prawie całą 2764 o pojemności 64 kilobit�w. łyĘ, łe w ciągu pierwszego cyklu
Europ�, w tym całe terytorium Tak, właśnie kilobit�w, poniewał zliczania, na wejściach adreso-
Polski. tym razem pojemnośĘ tej pami�ci wych multipleksera IC3 panuje
Ramka danych w sygnale musimy wyraziĘ w tych jednost- stan logiczny �000� i na wyjście
DCF77 zawiera nast�pujące infor- kach, a nie jak zwykle w bajtach. tego układu przekazywana jest
macje: Zastosowanie takiej pami�ci informacja z wejścia X0, czyli
- aktualny czas w godzinach, mi- mołe wydaĘ si� pozbawione sen- z najmłodszego wyjścia danych pa-
nutach i sekundach; su: przecieł pami�Ę taka przecho- mi�ci IC2. Pierwszy cykl zliczania
- aktualną dat�: rok, miesiąc, wuje informacj� w postaci sł�w ko�czy si� w momencie osiągni�-
dzie� miesiąca i dzie� tygodnia; ośmiobitowych, a nam potrzebny cia przez licznik IC1 stanu
- informacj� o aktualnym czasie: jest tylko ciąg impuls�w zero- �111111111110�, a przez licznik
zimowym lub letnim. jedynkowych. Odpowiedniejsze IC4A stanu �0010�. Cała zawartośĘ
Informacja jest przekazywana byłoby zastosowanie pami�ci ope- pami�ci IC2 została odczytana, ale
pod postacią kodu zero-jedynko- rującej słowem jednobitowym, ale na wyjście OUT układu przekaza-
wego o długości 60 bit�w i czasie pami�ci takie są dośĘ trudne do ne zostały jedynie dane z jej naj-
trwania 60 s. Kod jest przekazy- zdobycia i stosunkowo drogie, młodszego wyjścia danych (naj-
wany w logice dodatniej, impuls znacznie drołsze od powszechnie mniej znaczący bit kałdego słowa).
o czasie trwania 100 ms oznacza stosowanych pami�ci z rodziny W tym momencie odczytywanie za-
�0�, a impuls o czasie trwania 27XXX. Za chwil� okałe si�, wartości pami�ci rozpocznie si�
200 m - �1�. Znaczenie poszcze- w jak prosty spos�b �zmusiliśmy� od początku, z tym, łe na wyjście
Elektronika Praktyczna 4/98
48
Emulator odbiornika DCF77
5VDC, typowym dla układ�w TTL,
Tabela 1.
koniecznie stabilizowanym.
Kolejny Znaczenie
Na rys. 3 przedstawiono spos�b
impuls
dołączenia wykonanego układu do
0..14 Początek transmisji, wszystkie  0
�M�wiącego zegara z DCF77� -
15 Typ anteny
AVT322. Dołączenie układu do
16 Zmiana czasu, na godzinę przed zmianą
innych zegar�w powinno byĘ zgod-  1
ne z ich specyfikacją techniczną.
17..18 Typ czasu
-  01 czas zimowy,
W prezentowanym kicie b�dzie
-  10 - czas letni
dostarczana zaprogramowana pa-
19 Korekta czasu,  1 zapowiedz
korekty
mi�Ę EPROM. Po podłączeniu ukła-
20 Początek informacji o aktualnym cza-
du do sprawnego zegara i odczy-
sie, zawsze  1
taniu kodu, na wyświetlaczach
21..24 Jednostki minut w kodzie BCD
pokałe si� godzina i data 14:24,
25..27 Jednostki godzin w kodzie BCD
14-12. O tym, jakie to b�dą war-
28 Bit parzystości,  0 przy parzystej
tości powiemy za chwil�. Na razie
liczbie  jedynek w kodzie minut
zajmijmy si� innym problemem.
29..32 Jednostki godzin w kodzie BCD
Z pewnością wielu Czytelnik�w ze-
33, 34 Dziesiątki godzin w kodzie BCD
chce samemu zaprogramowaĘ so-
35 Bit parzystości,  0 przy parzystej
bie EPROM i naleły si� Im kilka
liczbie  jedynek w kodzie godzin
wskaz�wek, jak mają to uczyniĘ.
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów 36..39 Jednostki dnia miesiąca w kodzie BCD
Najpierw musimy ustaliĘ, jakie
na płytce drukowanej.
40, 41 Dziesiątki dnia miesiąca w kodzie BCD
dane muszą zostaĘ zapisane w EP-
42..44 Dzień tygodnia w kodzie BCD, 1 - Po-
układu b�dzie teraz przekazywana ROM-ie. W tab. 2 przedstawiono
niedziałek
informacja z wyjścia Q1 IC2. przykładowy ciąg impuls�w, jaki
45..48 Jednostki miesiąca w kodzie BCD
Cały opisany wyłej cykl b�dzie musi byĘ zapisany w pami�ci,
49 Dziesiątki miesiąca w kodzie BCD
powtarzał si� ośmiokrotnie i na kt�ry po przekazaniu do zegara
50..53 Jednostki roku w kodzie BCD
wyjście układu zostaną przekazane DCF77 spowoduje wyświetlenie
54..57 Dziesiątki roku w kodzie BCD
wszystkie 64 kilobity zawartości czasu i daty. Tu Czytelnicy są
58 Bit parzystości, Bit parzystości,  0
pami�ci, w kt�rej zapisano kod proszeni o samodzielne przeanali-
przy parzystej liczbie  jedynek w ko-
DCF77. Sądz�, łe do pełniejszego zowanie tabeli i obliczenie jaka
dzie daty
zrozumienia zasady działania urzą- godzina i data zostanie wyświet-
59 Bez impulsu
dzenia mołe przyczyniĘ si� opis lona na zegarze po przekazaniu
programowania pami�ci zamiesz- do niego tego kodu. nie zajmie nam wi�cej nił minu-
czony w dalszej cz�ści artykułu. A wi�c wiemy juł, jaki ciąg t�. Kolejnym krokiem b�dzie wpi-
impuls�w musimy zarejestrowaĘ sanie na początku kałdego tysiąca
Montał i uruchomienie w EPROM-ie. Wiemy takłe, łe ma- bit�w serii jedynek: "sto" dla
Na rys. 2 zostało przedstawione my do dyspozycji dokładnie 65536 logicznego zera i "dwieście" dla
rozmieszczenie element�w na płytce bit�w, a cz�stotliwośĘ zegarowa wy- logicznej jedynki. Nast�pnie trze-
drukowanej. Ze wzgl�du na znaczne nosi 1000Hz. A zatem na kałdy ba b�dzie ułołyĘ zapisane kom�r-
skomplikowanie połącze�, płytka zo- impuls przypadnie 1000 bit�w ki w osiem kolumn, kałda po
stała wykonana na laminacie dwu- (cz�śĘ pami�ci pozostanie niewyko- 8192 wierszy i umieszczenie w są-
stronnym z metalizacją otwor�w. rzystana i zapisana samymi zerami) siedniej kolumnie formuły przeli-
Uwałni Czytelnicy z pewnością co daje bardzo dułą cz�stotliwośĘ czającej wartośĘ kom�rek w kał-
zauwałyli juł pewne rozbiełności pr�bkowania i zapewnia dułą do- dym z wierszy na postaĘ binarną.
pomi�dzy schematem a rysunkiem kładnośĘ przekazywanej informacji. Fragment arkusza kalkulacyjnego
płytki, na kt�rej widaĘ jakieś Obliczenie potrzebnych war- z wpisaną formułą i danymi wi-
nieznane elementy. Cierpliwości, tości �na piechot�� byłoby nie- doczny jest na rys. 4. Ostatnią
zaraz sobie wszystko wyjaśnimy. zwykle trudne i pozbawione wi�k- czynnością b�dzie zapisanie w ar-
Montał układu wykonujemy szego sensu. Przecieł aby zapro- kuszu wynik�w oblicze� metodą
w typowy spos�b, rozpoczynając gramowaĘ pami�Ę musimy mieĘ �Kopiuj, Wklej specjalnie, jako
od element�w o najmniejszych ga- do dyspozycji komputer, a zatem Wartości� przeniesienie ich do pli-
barytach, a ko�cząc na najwi�k- i potrzebne obliczenia mołemy
szych. Pod układy scalone warto wykonaĘ za pomocą arkusza kal-
zastosowaĘ podstawki (pod układ kulacyjnego. Do przygotowania
pami�ci IC2 podstawka jest właś- programu uływałem arkusza MS
ciwie niezb�dna). Układ zmonto- EXCEL, ale mołna zastosowaĘ
wany ze sprawdzonych elemen- dowolny inny arkusz, np. LOTUS
t�w nie wymaga oczywiście uru- 1-2-3. Pierwszym krokiem b�dzie
chamiania, ale jedynie regulacji ponumerowanie kom�rek arkusza,
cz�stotliwości pracy generatora ze- co bardzo ułatwi nam wpisywanie
garowego, kt�ra powinna wynosiĘ danych. Przy wykorzystywaniu
mołliwie dokładnie 1kHz. Układ zautomatyzowanej funkcji �Wy-
Rys. 3. Sposób dołączenia
wymaga zasilania napi�ciem pełnij serią danych � ta czynnośĘ
emulatora do zegara AVT-322.
Elektronika Praktyczna 4/98
49
Emulator odbiornika DCF77
dowolne. Wystarczy, łe znamy ich
WYKAZ ELEMENTÓW
wartośĘ i dzi�ki temu mołemy
Rezystory
sprawdziĘ poprawnośĘ przetwarza-
PR1: 50k&!
nia danych przez układ zegara lub
R1: 82k&!
napisany program komputerowy.
R2, R3: 9,1k&!
Jełeli nasz układ pozostanie do-
Kondensatory
łączony do testowanego urządze-
C1, C5: 100nF
nia przez dłułszy okres, to zajdzie
C3: 10nF
bardzo śmieszne zjawisko: wy-
C2: 47nF
świetlany czas mołe zmieniĘ si�
C4: 220�F/16V
najwyłej o minut� i to na kilka
Półprzewodniki
sekund. Po tym czasie powt�rne
IC1: 4040
Rys. 4. Okno Excela z opisem
odebranie transmisji DCF77 z na-
IC2: 27C64 zaprogramowana
zawartości pamięci EPROM.
szego układu �cofnie� zegar do
pamięć EPROM
ku tekstowego i przekształcenie początkowej wartości czasu (oczy- IC3: 4051
w postaĘ binarną czytelną dla pro- wiście, stanie si� tak tylko w wy- IC4: 4520
gramator�w EPROM. padku zegara z permanentną ko- IC5: NE555
Różne
Korzystanie z wykonanego urzą- rekcją aktualnego czasu, np. z ze-
CON1: mini ARK3 (3,5mm)
dzenia jest niezwykle proste. Za garem AVT-322).
pomocą właściwego dla testowane- Interesującą wydaje si� byĘ jesz-
go urządzenia złącza podłączamy cze jedna mołliwośĘ zastosowania stałych komunikat�w za pomocą
nasz układ do zegara lub kompu- wykonanego układu. Konstrukto- alfabetu Morse'a.
tera. W minut� po włączeniu za- rzy mają trudności nie tylko ze Nie zawsze jednak tak długi
silania układu na wyświetlaczach sprawdzeniem poprawności działa- ciąg znak�w b�dzie potrzebny
zegara powinna pojawiĘ si� godzi- nia wykonanego zegara DCF77, ale i dlatego postanowiłem zapewniĘ
na i minuta. W układzie modelo- i z testowaniem odbiornika słułą- Wam mołliwośĘ podzielenia ob-
wym i przy korzystaniu z EPROM- cego odbieraniu transmisji z Main- szaru pami�ci na osiem niezaleł-
a dostarczanego w kicie b�dzie to flingen. Tu takłe nie wiadomo czy nych bank�w i wybierania ich za
godzina 14:24. Po przełączeniu odbiornik działa wadliwie, czy teł pomocą przełącznika. Jest to właś-
zegara w tryb wyświetlania daty złe warunki propagacji fal radio- nie przełącznik oznaczony na płyt-
na wyświetlaczach wyświetlona zo- wych uniemołliwiają mu odebra- ce jako SW1 i nie uwidoczniony
stanie data: 14-12. Oczywiście, nie kodu transmisji. Wystarczy na schemacie gł�wnym. Na rys.
wartości czasu i daty zaprogramo- tylko dobudowaĘ do naszego ukła- 5 został pokazany fragment ukła-
wane w EPROM-ie są całkowicie du prosty nadajniczek radiowy du, kt�ry mołe byĘ zmodyfikowa-
o zasi�gu maksymalnie kilku met- ny. W takiej wersji, połączenia
Tab. 2.
r�w i sprawa załatwiona! pomi�dzy wyjściami: Q1..Q3 -
Pojawia si� jednak jeden prob- IC4A i wejściami: A, B i C - IC3
lem: od początku mojej kariery muszą byĘ przerwane (przeci�cie
konstruktora miałem wrodzony ściełek w miejscach oznaczonych
wstr�t do wszelkiego rodzaju ce- na płytce symbolem �x�. Rezys-
wek, a sama wzmianka o strojonej tory oznaczone jako Rd słułą do
indukcyjności mołe mnie przy- �podciągni�cia� do plusa zasila-
prawiĘ o kolejny atak serca. Ni- nia wejśĘ nie zwartych z masą
gdy w łyciu nie potrafiłem zbu- przez przełącznik SW1, a ich war-
dowaĘ nawet najprostszego od- tośĘ nie jest krytyczna (1..30k&!).
biornika radiowego, nie m�wiąc Zbigniew Raabe, AVT
o nadajnikach. Ale mołe ktoś
z Szanownych Czytelnik�w potra-
fi wykonaĘ taki nadajnik i rezul-
tatami swojej pracy zechce po-
dzieliĘ si� z nami na łamach
działu �Projekty Czytelnik�w�?
Pozostała nam jeszcze ostatnia
sprawa do załatwienia: wyjaśnienie
roli, jaką pełnią dodatkowe elemen-
ty na płytce obwodu drukowanego.
Jak juł wspomniałem, opisany
układ mołe słułyĘ takłe do innych
cel�w nił testowanie zegar�w DCF.
Mołe zostaĘ zastosowany wsz�dzie
tam, gdzie potrzebne jest zarejes-
trowanie i wielokrotne odtwarzanie
długich ciąg�w impuls�w zero-
Rys. 5. Sposób podzielenia pamięci
jedynkowych, np. do nadawanie
EPROM na partycje.
Elektronika Praktyczna 4/98
50