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FUM2 FSK
Funkuhrmodul
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Datenblatt FUM2 FSK
HKW-Elektronik GmbH
1. Allgemeine Beschreibung
Der FUM2 FSK ist ein Modul um die Zeit und das Datum zu empfangen.
Das Modul FUM2 FSK (FUM2) enthält alle notwendigen Komponenten und Funktionen (außer der
Antenne) um Zeit - und Datumsinformationen zu empfangen, welche von den Zeitzeichen Sendern der
Firma Europäische Funk-Rundsteuerung GmbH (EFR) ausgesendet werden.
Das Module FUM2 verwaltet den Empfang von Zeitsignalen. Die empfangenen Zeitsignalprotokolle
werden dekodiert und die Zeit – und Datumsinformationen werden über eine serielle Schnittstelle an ein
Hostsystem übermittelt. Das FUM2 hilft also dabei neue Geräte zu erstellen, um Zeitinformationen effizient
zu übertragen und darzustellen.
Funktionen
•
Empfangsmodul für EFR Zeitzeichensignal
•
Sekundenschneller Empfang
•
Für Batteriebetrieb geeignet
•
Interne, automatisch synchronisierte Realtime-Clock
•
Multibandempfang aller 3 Sender
•
Automatische Senderauswahl
•
Serielle Schnittstelle / 4800 Bd
•
Hohe Zeitgenauigkeit (5 ms)
•
Empfangsqualität abrufbar
•
Versorgungsspannung: 1.8 V bis 3.6 V
Antennenbeispiel
Anwendungen
•
Uhren, Wanduhren
•
Werbeequipment
•
Zeitbasis für Kontrollsysteme in industriellen Anwendungen
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Inhaltsverzeichnis
FUM2 FSK ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
1.
Allgemeine Beschreibung ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2
2.
Funktion ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
2.1.
Block Diagramm ------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
2.2.
Empfangsmanagement ---------------------------------------------------------------------------------------- 4
2.3.
Dekodierung ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5
2.4.
Echtzeituhr -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
2.5.
Kommunikationsschnittstelle---------------------------------------------------------------------------------- 5
3.
Serielle Schnittstelle--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
3.1.
Parameter --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
3.2.
Kommunikation --------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
3.3.
Befehl: Firmwareversion anfordern (VE) ------------------------------------------------------------------ 6
3.4.
Befehl: Zeit/Datum anfragen (ZD) --------------------------------------------------------------------------- 6
3.5.
Station einstellen (ST) ------------------------------------------------------------------------------------------ 8
3.6.
Befehl: Empfangsqualität anfragen (RX) ------------------------------------------------------------------ 8
3.7.
Befehl: Empfangsstatistik anfragen (ES) ------------------------------------------------------------------ 9
4.
PINOUT Beschreibung ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 9
4.1.
PIN Layout--------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
4.2.
PIN Liste --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10
4.3.
Pin Funktionen ------------------------------------------------------------------------------------------------- 10
5.
Elektrische Eigenschaften----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11
5.1.
Absolute Grenzwerte ----------------------------------------------------------------------------------------- 11
5.2.
DC-Eigenschaften --------------------------------------------------------------------------------------------- 11
6.
Anwendungsschaltung --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12
7.
Dimensionen ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12
8.
Verpackung ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12
9.
Bestellung--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13
10.
Änderungsbericht ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13
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2. Funktion
Die Hauptfunktionen des FUM2 sind:
•
Administration des Zeitsignalempfangs
•
Automatische Auswahl des zu empfangenden Zeitzeichensignals
•
Dekodierung des Zeitsignalprotokolls
•
Handhabung der internen Echtzeituhr
•
Kommunikation über asynchrone Schnittstelle
2.1. Block Diagramm
2.2. Empfangsmanagement
Das FUM2 Modul ist in der Lage alle europäischen Sendestationen der EFR Zeitsignale zu
empfangen. Das Empfangsmanagement ist optimiert für eine hohe Genauigkeit der internen
Echtzeitbasis bei sehr geringer Leistungsaufnahme.
Das empfangene Zeitsignal einer der drei Stationen kann entweder manuell oder automatisch
eingestellt werden.
Empfangbare Zeitsignalsendestationen:
• DCF49 in Mainflingen (Deutschland)
• HGA22 nahe Budapest (Ungarn)
• DCF39 in Burg (Deutschland)
Nach Reset ist immer die automatische Stationswahl vorgegeben.
Empfangsstrategie
Das Zeitsignal wird empfangen:
• Nach einem Systemneustart
• Alle zwei Minuten
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2.3. Dekodierung
Das FUM2 Modul dekodiert die Zeitprotokolle aller drei Sendestationen. Die erste
Synchronisierung erfolgt so schnell wie möglich und dauert bei optimalen
Empfangsbedingungen ca. 10 Sekunden.
2.4. Echtzeituhr
Nach einem Systemneustart startet die Echtzeituhr (RTC) bei 00:00:00 01.01.2011.
Die Synchronisation der Echtzeituhr wird in Gang gesetzt sobald ein Zeitprotokoll empfangen
wurde. Die interne Echtzeituhr wird mit einer Genauigkeit von <5 ms mit dem Zeitsignal
synchronisiert.
Die Genauigkeit der Echtzeituhr hängt von der Qualität des verwendeten Quarzes ab. Der
interne Quarz hat eine Frequenz von 32768 Hz und eine Abweichung besser als ±20ppm.
Daraus resultiert eine Abweichung von etwa 1.7 Sekunden pro Tag. Da aber die Echtzeituhr
alle zwei Minuten mit dem Zeitsignal synchronisiert wird, ergibt sich am Ende nur eine
Abweichung von ±1.2 ms pro Minute. Dies ist natürlich nur der Fall wenn das Zeitsignal zu jeder
Zeit ungestört empfangen werden kann.
Die Echtzeituhr kann durch eine Anwendung über die serielle Schnittstelle abgefragt werden.
Die Zeit (UTC) wird in folgender Auflösung dargestellt.
• 1/256 Sekunden
• Stunden:Minuten:Sekunden
• Tag:Monat:Jahr
• Wochentag
• Verschiedene Statusinformationen
Für detaillierte Informationen zur Datenübertragung lesen sie bitte Kapitel “3. Serielle
Schnittstelle”
2.5. Kommunikationsschnittstelle
Die Kommunikationsschnittstelle zur Anwendung besteht aus den Signalen RxD und TxD.
Die RxD und TxD Signale dienen als Kommunikationsleitungen für den halb-duplex
asynchronen seriellen Datenaustausch. Für weitere Informationen lesen sie bitte Kapitel „3.
Serielle Schnittstelle“.
3. Serielle Schnittstelle
3.1. Parameter
Geschwindigkeit:
Datenbits:
Parität:
Stoppbits:
4800 Bit/s
8
kein
2
3.2. Kommunikation
Die Kommunikation findet ausschließlich auf Initiative des Hosts statt. Der Host stellt eine
Anfrage, das FUM2-Modul antwortet innerhalb der nächsten 100 ms. Die Antwort erfolgt als
ASCII-String. Falls die Anfrage nicht interpretiert werden kann, antwortet das FUM2-Modul mit
?<CR>.
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<CR> = „carriage return“ steht immer für das Ende der Daten.
Sofern am Ende des Datenstrings eine 16-Bit-Prüfsumme erscheint, wurde diese durch
einfache Addition aller Hex-Codes der vorher übermittelten ASCII-Zeichen gebildet. Falls
anhand der Prüfsumme ein Fehler festzustellen ist, werden die Daten ignoriert.
Die serielle Schnittstelle im Langwellenmodul arbeitet im Halbduplexbetrieb. Dadurch kann das
Modul während des Sendens von Daten keine Zeichen empfangen. Aus diesem Grund können
Zeichen verlorengehen, die der Host genau in dem Moment gesendet hat, in dem das Modul
einen Datenstring sendet. Es muss deshalb auf der Host-Seite eine entsprechende Timeoutund Fehlerbehandlung implementiert sein.
3.3. Befehl: Firmwareversion anfordern (VE)
Das FUM2 übergibt die Version der Firmare als zweistellige Hauptversion und als zweistellige
Unterversion.
„VE“ Anfrage (Host):
Version:
VE<CR> Beispielantwort:
VE_FUM2_yy.yy<CR>
_yy.yy
-
Version der Software; Länge konstant
Die Applikation sollte Änderungen der Zeichenkette bezüglich Inhalt und Zeichenzahl tolerieren,
um aufwärtskompatibel zu sein.
3.4. Befehl: Zeit/Datum anfragen (ZD)
Das Langwellenmodul übergibt die Uhrzeit in UTC mit 1/256 Sek. Auflösung und
Statusinformationen der Uhrzeit. Alle Werte sind hexadezimal. Die Uhrzeit bezieht sich auf das
Ende der Übertragung, d.h. die Verarbeitungs- und die Übertragungszeit über die Schnittstelle
ist kompensiert. Anfang und Ende der Übertragung sind stets in der gleichen Sekunde. Um das
zu erreichen, erfolgt die Antwort unter Umständen leicht verzögert.
Zeit/Datum:
„ZD“
Anfrage (Host):
ZD<CR>
Beispielantwort:
ZDc70d1c0803080901e204f4<CR>
(Montag, 03.08.09, 08:28:13 Uhr UTC + 199/256 s, Sommerzeit, Zeit
gültig)
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Bedeutung der Zeichen:
Zeichenposition
Bedeutung
Beispiel
0, 1
„ZD“ ist die Identifikation dieses Strings
2, 3
1/256 s der Uhrzeit
0xc7, 199/256 s
4, 5
Sekunden der Uhrzeit
0x0d
6, 7
Minuten der Uhrzeit,
0x1c
8, 9
Stunden der Uhrzeit
0x08
10, 11
Tag
0x03
12, 13
Monat
0x08
14, 15
Jahr
0x09
16, 17
Wochentag (Montag ist 1, Sonntag ist 7)
0x01, Montag
18, 19
Statusbyte
0xe2
Bit0: Ankündigung Wechsel So/Wi bzw. Wi/So
0
Bit1: Bei Sommerzeit = 1, Bei Winterzeit = 0
1
Bit2: Schaltjahr = 1, sonst = 0
Bit3: Genauigkeit 5 ms
< = 5ms = 1, >= 5ms = 0
Bit4: Genauigkeit 20 ms
< = 20ms = 1, >= 20ms = 0
Bit 5: Genauigkeit 40 ms
< = 40ms = 1, >= 40ms = 0
Bit 6: reserviert
Bit7: wenn Zeit gültig = 1, sonst = 0
20, 21, 22, 23
Prüfsumme
0x04f4
Beim Jahreswert in der Position 14,15 werden nur die letzten beiden Stellen übertragen.
Beschreibung der Position 18, 19:
Bit 0 bis 2
Die Ankündigung des Wechsels zwischen Sommerzeit und Winterzeit ist im Bit 0 mit dem Wert
1 definiert. Sobald die Sommer- bzw. Winterzeit in Bit 1 gesetzt ist, wird Bit 0 auf den Wert 0
zurückgesetzt. Die Ankündigung findet eine Stunde vor dem Wechsel statt. Die Umschaltung
zwischen Sommerzeit und Winterzeit wird in Bit 1 angezeigt. Die Uhrzeit wird immer in UTC
übertragen.
Die Uhrzeit wird im Modul geführt und regelmäßig aktualisiert. Durch höher priorisierte
Telegramme auf dem Sender kann das Zeitsignal verdrängt werden, oder es können zeitlich
begrenzte Störungen auftreten. Dadurch kann sich die Genauigkeit der Zeit reduzieren. Die
interne Uhr hat eine Gangabweichung von maximal 2s / Tag
Bit 3 bis 5
Bit 3 bis Bit 5 definieren die Genauigkeit der Zeit, die an der Schnittstelle übergeben wird.
Bit 6
reserviert
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Bit 7
Bit 7 ist bis zum ersten Empfang der Uhrzeit gleich 0. Danach ist das Bit 7 gleich 1 und die
Uhrzeit kann übernommen werden. Wird innerhalb von 24 Stunden kein Zeittelegramm
empfangen wird Bit 7 auf 0 gesetzt.
3.5. Station einstellen (ST)
Das FUM2 FSK kann Daten auf verschiedenen Frequenzen empfangen:
•
•
•
Station 0 entspricht DCF49 auf 129,1 kHz
Station 1 entspricht HGA22 auf 135,6 kHz
Station 2 entspricht DCF39 auf 139,0 kHz.
Nach Reset ist immer die automatische Stationswahl vorgegeben.
a) Eingestellte Station abfragen
Anfrage (Host):
ST<CR>
Antwort:
STxn<CR>
x steht für
„x“ falls eine automatische Stationswahl eingestellt ist oder für
„f“ falls eine Station fest vom Host ausgewählt wurde.
n steht für
die Ziffer, die der empfangenen Station entspricht.
b) Station einstellen
Anfrage (Host):
STn<CR>
Wenn eine Station einstellbar kommt die
.<CR>
Antwort:
andernfalls übernimmt das Langwellenmodul die Station nicht und es erscheint die
?<CR>
Antwort:
c)Automatische Stationswahl
Anfrage (Host):
STx<CR>
Antwort:
.<CR>
3.6. Befehl: Empfangsqualität anfragen (RX)
Die Empfangsqualität wird maximal sekündlich aktualisiert. Durch die Anfrage der
Empfangsqualität wird der Empfänger aktiv geschaltet, eine dauernde Abfrage erhöht den
Energieverbrauch des Moduls erheblich und sollte vermieden werden. Bei der ersten Abfrage
wird das Modul aktiviert und es wird der Wert a zurückgegeben. Das Modul bleibt 15 Sekunden
aktiv. Der Wert ist erst 10 Sekunden nach der ersten Abfrage aussagekräftig, da er davor durch
die Mittelwertbildung verfälscht wird.
Empfangsqualität:
„RX“
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Anfrage (Host):
RX<CR>
Antwort:
n<CR>
n steht für die Empfangsqualität. Der Wertebereich liegt zwischen 0 und 9
•
•
•
Wert 0 steht für keinen Empfang
Wert 9 steht für sehr guten Empfang
Wert a steht für kein Wert vorhanden
3.7. Befehl: Empfangsstatistik anfragen (ES)
Die Empfangsstatistik wird fortlaufend aktualisiert. Der Wertebereich liegt zwischen 0 und 100
und stellt das Verhältnis zwischen empfangenen und verworfenen Telegrammen dar. Hiermit ist
eine langfristige Bewertung der Empfangsqualität möglich.
Empfangsstatistik:
„ES“
Host:
ES<CR>
Antwort:
xxx<CR>
xxx steht für den Wertebereich von 000 bis 100
4. PINOUT Beschreibung
4.1. PIN Layout
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4.2. PIN Liste
I/O
Function
Active
State
PIN
Symbol
Remarks
X1.1
GND
Ground reference
---
---
X1.2
VDD
Positive power supply
voltage
---
---
X1.3
TxD
Transmit data
O
serial interface to application host
X1.4
RxD
Receive data
I
serial interface to application host
X1.5
/RST
System reset
I
low
X1.6
---
no function
---
---
reserved for future use
X1.7
---
no function
---
---
reserved for future use
X1.8
---
no function
---
---
reserved for future use
X1.9
---
no function
---
---
reserved for future use
X1.10
---
no function
---
---
reserved for future use
X2.1
ANTB2
Antenna input
---
---
X2.2
ANTB1
Antenna input
---
---
X2.3
---
no function
---
---
reserved for future use
X2.4
---
no function
---
---
reserved for future use
Pins ohne Funktion müssen offen gelassen werden.
4.3. Pin Funktionen
GND Supply Ground
GND ist die Referenzmasse für Logik und I/O Pins.
VDD
Power supply voltage
VDD ist die Versorgungsspannung. Es wird empfohlen eine rauschfreie Versorgungsspannung bereit zu
stellen.
/RST System reset
Der Reset Eingang RESET ist low-aktiv und hat einen eingebauten Pull-up Widerstand. Der Pin /RST wird
entweder offen gelassen oder mit VDD verbunden.
RxD
Receive data
Ist die Empfangsleitung des FUM2. Im Ruhezustand ist das Signal im low Bereich. Muss mit TxD der
jeweiligen Gegenstelle verbunden werden.
TxD
Transmit Data
Ist die Sendeleitung des FUM2. Im Ruhezustand ist das Signal im low Bereich. Muss mit RxD der
jeweiligen Gegenstelle verbunden werden.
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5. Elektrische Eigenschaften
5.1.
Absolute Grenzwerte
Pos.
Parameter
Bedingung
1
Lagerungstemperatur
2
Spannung an VDD
3
Spannung an anderen Pins
4
Gesamtverlustleistung
5
Symbol
min.
max.
Einheit
TST
- 55
+150
°C
In Bezug auf VSS
VDD
0
4.3
V
In Bezug auf GND
VPIN
- 0.3
VDD+0.3
V
PDIS
800
mW
Max. Strom aus GND Pin
ISS max
250
mA
6
Max. Strom in VDD Pin
IDD max
250
mA
7
Eingangsklemmenstrom
VI < 0 oder VI > VDD
8
Ausgangsklemmenstrom
VO < 0 oder VO > VDD
(1)
IIK
n.d.
n.d.
mA
IOK
n.d.
n.d.
mA
PDIS = VDD x {IDD – Σ IOH} + Σ {(VDD – VOH) x IOH} + Σ (VOL x IOL)
Anmerkung 1:
Gesamtverlustleistung berechnet sich aus:
Anmerkung 2:
Belastungen die höher sind als unter „Absolute Grenzdaten“ angegeben, können das Gerät nachhaltig
schädigen. Ein Betrieb des Geräts außerhalb der oben angegeben Spezifikationen ist nicht vorgesehen. Ein
Betrieb des Geräts unter den als maximal angegebenen Bedingungen über einen längeren Zeitraum kann
negativen Einfluss auf die Lebensdauer des Geräts haben.
Legende:
n.d. = nicht definiert
5.2.
DC-Eigenschaften
Standard Betriebsbedingungen (wenn nicht anders festgelegt)
Pos.
Parameter
Bedingung
Symb.
min.
typ.
max.
Einheit
1
Betriebstemperatur
TA
- 20
+60
°C
2
Versorgungsspannung
VDD
2.0
3.6
V
3
Versorgungsstrom
IDD
4
a)
5
6
Integrierter Versorgungsstrom Vdd = 3.0 V
b)
IINT
---
70
---
µA
IMAX
---
2.3
3.5
mA
VIL
0
0.3 x
VDD
V
VIH
0.7 x
VDD
VDD
V
IOL=+0.5mA
VOL
VSS
0.5
V
IOH= -0.5mA
VOH
VDD-0.7
0.15 VDD
V
Impulsstrom
Eingangsspannung low
(RxD)
7
Eingangsspannung high
(RxD)
8
Ausgangsspannung low
(all other pins)
9
Ausgangsspannung high
---
(all other pins)
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6.
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Anwendungsschaltung
7. Dimensionen
HKW-Elektronik GmbH
Industriestraße 12
D-99846 Seebach
Germany
Tel.:
+49 (0)36929 82330
Internet:
Fax:
+49 (0)36929 82339
email:
www.hkw-elektronik.de
[email protected]
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