基于瑞萨R7F0C002单片机的JJY数字电波钟设计(上)

　　1 引言

　　随着时代的发展，人类对于精确的时间越来越重视，像国防、卫星、天气监控等系统，需要精确的时间来做资料的备份以及同步的处理。传统的计时方式难以满足日益精确的时间要求，融合了微电子技术、计算机技术、通讯技术与现代时频技术的电波钟正是成为合适的选择。它接收授时中心以无线电长波传送的标准时间信号，并通过内置微处理器解码处理，从而实现时间自动校准，使电波钟表显示的时间与国家的标准时间保持高度同步。

　　鉴于目前我国 BPC 低频时码格式尚未公开，我们只能制作接收日本 JJY60 信号的电波钟表。日本是全世界对电波计时倡导最积极的国家之一，在狭长的地理范围里，就搭建了两台电波发射站，由福岛(40kHz)和九州(60kHz)两处发射。其覆盖范围如图 1 所示。

　　JJY 编码格式以 1 分钟为 1 帧，每秒接收 1 位时码信息。这些信息以 BCD 码格式表示，有不同的权重值。时码信息为脉冲信号，每秒的开始对应于 1 位脉冲信号的上升沿，这样可以与标准时间精确同步。不同的脉冲宽度表示不同的时码，高电平宽度为0.2s 表示定位码 P 码， 0.8s 表示逻辑 0， 0.5s 表示逻辑 1 。时间信息为各位数值乘以权重值的求和。在第 59 秒和第 0 秒连续两个定位码表示一个新帧的起始。时码信息中不包含月和日信息，而是包含 1 年从 1 月 1 日开始的天数。各信息位的含义见图 2。

　　2 系统构建

　　基于日本低频时码授时信号 JJY 的数字电波钟设计，以瑞萨 16 位单片机R7F0C002 为处理核心，以 CME6005 专用 IC 为主要接收芯片，通过软件算法，实现授时信号远距离的接收，时间精度达到秒同步。

　　R7F0C002 内部集成了 RTC 功能，这样即使在不接收授时信号的情况下，电波钟也可以正常工作并保证时间准确。此外， MCU 内部还集成了 LCD 驱动器/控制器，可以直接控制 LCD 面板，实时显示时、分、秒、年、月、日、星期等时间信息。

　　此电波钟具有 5 个独立的按键，分别完成接收授时电波并更新当前时间任务，时间设置任务以及闹钟设置任务。 LED 电路可对接收电波成功与否进行实时指示。整个方案原理框图如图 3 所示。