基于瑞薩R7F0C002單片機(jī)的JJY數(shù)字電波鐘設(shè)計(jì)(上)

　　1 引言

　　隨著時(shí)代的發(fā)展，人類對(duì)于精確的時(shí)間越來越重視，像國(guó)防、衛(wèi)星、天氣監(jiān)控等系統(tǒng)，需要精確的時(shí)間來做資料的備份以及同步的處理。傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)方式難以滿足日益精確的時(shí)間要求，融合了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)與現(xiàn)代時(shí)頻技術(shù)的電波鐘正是成為合適的選擇。它接收授時(shí)中心以無(wú)線電長(zhǎng)波傳送的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，并通過內(nèi)置微處理器解碼處理，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間自動(dòng)校準(zhǔn)，使電波鐘表顯示的時(shí)間與國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間保持高度同步。

　　鑒于目前我國(guó) BPC 低頻時(shí)碼格式尚未公開，我們只能制作接收日本 JJY60 信號(hào)的電波鐘表。日本是全世界對(duì)電波計(jì)時(shí)倡導(dǎo)最積極的國(guó)家之一，在狹長(zhǎng)的地理范圍里，就搭建了兩臺(tái)電波發(fā)射站，由福島(40kHz)和九州(60kHz)兩處發(fā)射。其覆蓋范圍如圖 1 所示。

　　JJY 編碼格式以 1 分鐘為 1 幀，每秒接收 1 位時(shí)碼信息。這些信息以 BCD 碼格式表示，有不同的權(quán)重值。時(shí)碼信息為脈沖信號(hào)，每秒的開始對(duì)應(yīng)于 1 位脈沖信號(hào)的上升沿，這樣可以與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間精確同步。不同的脈沖寬度表示不同的時(shí)碼，高電平寬度為0.2s 表示定位碼 P 碼， 0.8s 表示邏輯 0， 0.5s 表示邏輯 1 。時(shí)間信息為各位數(shù)值乘以權(quán)重值的求和。在第 59 秒和第 0 秒連續(xù)兩個(gè)定位碼表示一個(gè)新幀的起始。時(shí)碼信息中不包含月和日信息，而是包含 1 年從 1 月 1 日開始的天數(shù)。各信息位的含義見圖 2。

　　2 系統(tǒng)構(gòu)建

　　基于日本低頻時(shí)碼授時(shí)信號(hào) JJY 的數(shù)字電波鐘設(shè)計(jì)，以瑞薩 16 位單片機(jī)R7F0C002 為處理核心，以 CME6005 專用 IC 為主要接收芯片，通過軟件算法，實(shí)現(xiàn)授時(shí)信號(hào)遠(yuǎn)距離的接收，時(shí)間精度達(dá)到秒同步。

　　R7F0C002 內(nèi)部集成了 RTC 功能，這樣即使在不接收授時(shí)信號(hào)的情況下，電波鐘也可以正常工作并保證時(shí)間準(zhǔn)確。此外， MCU 內(nèi)部還集成了 LCD 驅(qū)動(dòng)器/控制器，可以直接控制 LCD 面板，實(shí)時(shí)顯示時(shí)、分、秒、年、月、日、星期等時(shí)間信息。

　　此電波鐘具有 5 個(gè)獨(dú)立的按鍵，分別完成接收授時(shí)電波并更新當(dāng)前時(shí)間任務(wù)，時(shí)間設(shè)置任務(wù)以及鬧鐘設(shè)置任務(wù)。 LED 電路可對(duì)接收電波成功與否進(jìn)行實(shí)時(shí)指示。整個(gè)方案原理框圖如圖 3 所示。