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FUM2 FSK

Funkuhrmodul

Datenblatt

SPEC No.

FUM2 FSK

Version

V 1.02

Datum

2012-04-26

Version

Deutsch

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Datenblatt FUM2 FSK HKW-Elektronik GmbH

SPEC Nr.

FUM2 FSK

Version

V1.02

Datum

2012-04-26

Version

Deutsch

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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


SPEC Nr.

FUM2 FSK

Version

V1.02

Datum

2012-04-26

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Deutsch

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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


SPEC Nr.

FUM2 FSK

Version

V1.02

Datum

2012-04-26

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Deutsch

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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


SPEC Nr.

FUM2 FSK

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V1.02

Datum

2012-04-26

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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: 4800 Bit/s Datenbits: 8 Parität: kein Stoppbits: 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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Datum

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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 Timeout- und Fehlerbehandlung implementiert sein.

3.3. Befehl: Firmwareversion anfordern (VE)

Das FUM2 übergibt die Version der Firmare als zweistellige Hauptversion und als zweistellige Unterversion.

Version: „VE“ Anfrage (Host):

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

Bit0: Ankündigung Wechsel So/Wi bzw. Wi/So

Bit1: Bei Sommerzeit = 1, Bei Winterzeit = 0

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

0xe2

0

1

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

Antwort: .<CR>

andernfalls übernimmt das Langwellenmodul die Station nicht und es erscheint die

Antwort: ?<CR>

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

PIN

Symbol

Function I/O Active State

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





X2.1 ANTB2 Antenna input --- ---

X2.2 ANTB1 Antenna input --- ---



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 Symbol min. max. Einheit

1 Lagerungstemperatur TST - 55 +150 °C

2 Spannung an VDD In Bezug auf VSS VDD 0 4.3 V

3 Spannung an anderen Pins In Bezug auf GND VPIN - 0.3 VDD+0.3 V

4 Gesamtverlustleistung (1) PDIS 800 mW

5 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 IIK n.d. n.d. mA

8 Ausgangsklemmenstrom VO < 0 oder VO > VDD IOK n.d. n.d. mA

Anmerkung 1: Gesamtverlustleistung berechnet sich aus: PDIS = VDD x {IDD – Σ IOH} + Σ {(VDD – VOH) x IOH} + Σ (VOL x IOL)

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) Integrierter Versorgungsstrom Vdd = 3.0 V IINT --- 70 --- µA

5 b) Impulsstrom IMAX --- 2.3 3.5 mA

6 Eingangsspannung low (RxD)

VIL 0 0.3 x VDD

V

7 Eingangsspannung high (RxD)

VIH 0.7 x VDD

VDD V

8 Ausgangsspannung low (all other pins)

IOL=+0.5mA VOL VSS 0.5 V

9 Ausgangsspannung high (all other pins)

IOH= -0.5mA VOH VDD-0.7 --- 0.15 VDD V


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6. Anwendungsschaltung

7. Dimensionen

HKW-Elektronik GmbH

Industriestraße 12

D-99846 Seebach

Germany

Tel.: +49 (0)36929 82330 Internet: www.hkw-elektronik.de

Fax: +49 (0)36929 82339 email: [email protected]

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