基于瑞萨R7F0C002单片机的JJY数字电波钟设计

3 硬件设计
　　JJY 数字电波钟具有显示单元，按键输入单元、闹钟响铃输出单元、时间电波接收单元以及 LED 状态指示单元，其硬件原理如图6所示。(未完待续)


                                
                4 软件流程
　　JJY 数字电波钟可以自动或手动接收时码，并在 LCD 面板上实时显示年、月、日、时、分、秒等时间信息，也可以手动设置当前时间，同时还具有闹钟设置和响铃功能。
　　主程序的设计思想为在实现时钟的时间设置、时间显示等基本功能的基础上，融合加入JJY 解码程序，并将解码后的标准时间信息更新到实时时钟，然后继续走时显示，以达到与标准时间的高度同步。程序主要分为时间显示子程序、时间设置子程序、闹钟设置子程序、闹钟响铃子程序以及手动(自动)接收电波子程序。
　　时钟电波接收子程序是整个程序的关键和核心，它是接收系统的授时技术思想的体现，其设计水平直接关系到接收准确度和时间同步精度。接收时码子程序需要对受干扰信号的正确性进行判别，并通过一定算法保证与授时中心的标准时间同步，即较好地实现秒同步和分钟同步(位同步和帧同步)。同步的基本思想是：首先利用每一位零时刻来找到秒同步，再找到连续的两个 P 码，确定分钟同步，最后便可得到一帧的时间信息数据，实现与标准时间的同步。若在此过程中出现差错，则返回重新开始。
　　算法实现采用“采样法”，其基本思想是：时间电波接收任务开启后，每隔 10ms 对信号电平采样一次，当有电平变化时，在接下来的连续 5 次采样中，至少有 3 次为已变化电平，则判断此电平变化为有效变化，这样可以最大限度滤掉干扰。然后通过累计高电平的采样次数，就可以判断时码的状态为 1 、 0 或 P。JJY 接收程序流程如图6所示。
　　实际接收的时码信息由于受到各种因素的影响，脉宽不能正好等于 0.2s、 0.5s、0.8s。为此允许脉宽± 100ms 的误差，即 200ms± 100ms、 500ms± 100ms、 800ms± 100ms 均认为是正常编码，超出此范围即认定为错误码。
　　连续收到 2 个 P 码定为 1 帧的开始，此后连续接收 59 个正确的时码，则表明完整的一帧时间数据接收完毕。由于 JJY60 传输的日期为一年从 1 月 1 日到现在的天数，所以最终还要变换成月日，转换时，注意闰年的时间处理。
　　由于东京时间早北京时间 1 小时， 所以如果在中国使用， 需要将转换时间减一小时。
　　此外， 由于接收完一帧数据需要一分钟时间， 所以当前接收到的时间为上一分钟的时间，需要对接收的时间增加一分钟。程序除了进行小时、分钟奇偶校验外，对收到的时间信息还要校验其符合性。例如日不能大于 366;小时不能大于 23 等，不然可能会显示一些混乱的时间。
　　此外，接收模块的天线要远离电路板、电池组和液晶屏，否则收不到信号。另外系统也要远离变压器、电脑等干扰源。测试时调整天线的位置，直到看到绿色 LED 有规律的闪烁表示接收正常。在北京，测试表明，白天在空旷地可以接收，夜晚在室内可以接收。
　　5 结论
　　本文设计的系统以瑞萨 16 位单片机为核心控制部件， 通过软件编程实现电波钟表的基本功能。它通过接收日本标准授时中心的时码信号，经滤波与解码后对时钟进行自动校时，以消除时钟的累积误差，从而实现全自动同步准确计时。较好地弥补了普通时钟走时不准、需人工校准等缺点，极大地提高了计时精度，有很大的发展潜力和市场前景。