ELETTRONICA

Ricevitore orario DCF77

Il segnale viene trasmesso con una potenza di 50kW da Mainflingen, vicino a Francoforte, e si può ricevere in un raggio di 1500..2500 km


Frequenza 77.5 kHz modulata in ampiezza (ASK) con riduzione della portante al 25%. All’inizio di ogni secondo è trasmesso un bit, la trama completa comprende 59 bit più un secondo di pausa per la sincronizzazione.

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L'antenna

Antenna in ferrite 20cm x 1cm con preamplificatore a FET. È collegata al ricevitore con del cavetto schermato a 4 conduttori interni. L’avvolgimento è composto da circa 300 spire di filo 0.1mm di diametro. La capacità di accordo è composta da un parallelo di piccoli condensatori e da un compensatore per la regolazione finale. Per avere un buon Q questa capacità deve essere messa il più vicino possibile alla bobina.


Segnale di circa 40mVpp prelevato dal drain del secondo FET. Siamo in una rara situazione molto “pulita” in cui è presente “solo” una modulazione dovuta ad un segnale molto vicino. Durante il giorno, e soprattutto la sera, sono presenti molti disturbi a 50 e 100Hz che rendono irriconoscibile il segnale.

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Traslazione in banda audio (battimento con 80kHz locali)

Spettro in uscita dal miscelatore, il segnale utile è la riga a 2.5kHz, il segnale di disturbo è la frequenza a sinistra posta a circa 640Hz di distanza.


Lo stesso segnale filtrato via software per evidenziarne la componente utile.

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Ricevitore con filtro IF accordato,
amplificazione IF e circuito AGC.

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Ricevitore migliorato con 4 filtri accordati IF e amplificatore intermedio.

All’uscita dei diodi demodulatori ci sono circa 8V, che scendono a 4 durante gli impulsi, un comparatore con soglia a circa 6V li rende visibili con un LED.



Dopo mezzanotte o l’una la ricezione diventa praticamente perfetta fino al mattino. Durante le ore lavorative, ma soprattutto in quelle serali dalle 17 in poi, sono invece presenti molti disturbi visibili come un segnale sovrapposto ai due livelli di uscita del demodulatore. Quando questo segnale sovrapposto diventa così forte da raggiungere la soglia intermedia del comparatore la decodifica degli impulsi fallisce. Un piccolo margine di miglioramento consiste nel trattare gli impulsi con strategia di antirimbalzo sia in attacco che in rilascio.

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Trama ricevuta domenica 7 settembre 2003 alle 12:37

(decodificata “a mano”)I bit rossi sono il controllo parità pari dei bit precedenti a partire da quello successivo al bit di parità precedente. Nel caso del primo bit di parità contano tutti quelli a partire dall’inizio della trama. Il bit verde è lo “start” dei dati e vale sempre 1. I dati sono trasmessi in BCD con il bit meno significativo e la cifra meno significativa per primi. Il campo G.S indica il giorno della settimana, lunedì=1, domenica=7. La trama ricevuta si riferisce al minuto che sta per iniziare, quindi è stata ricevuta durante il 37esimo minuto.


I bit “stato” hanno il seguente significato:

0  Viene posto a 1 se è in uso l’antenna di riserva
0  Viene posto a 1 se cambia l’ora legale entro 1 ora
10 Valgono 10 se ora legale, 01 se ora solare
0  ?????????

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Sezione radio contenente amplificazione RF, oscillatore locale e miscelatore montata in modo definitivo su millefori. È stato aggiunto un compensatore per regolare la frequenza del quarzo e un ulteriore stadio amplificatore RF.

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L'amplificazione rigenerativa

Accidentalmente durante alcune prove di amplificazione IF tutta la catena si è comportata come un circuito rigenerativo, autooscillando e agganciandosi al segnale ricevuto. Ho visto che un simile anello è adatto ad amplificare in modo molto selettivo una sola frequenza migliorando il rapporto segnale/disturbo. Lo schema di principio qui sotto riporta la configurazione sperimentale adottata. È un po’ critica da tarare in quanto ogni trimmer influisce su tutti gli altri, ma permette di “estrarre” il segnale utile anche in condizioni rumorose. Tutti i trimmer sono naturalmente multigiri.

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Analisi di alcuni segnali

Forma d’onda e spettro in condizioni di buona ricezione. I segmenti azzurri in corrispondenza dei “buchi” della portante sono i 4kHz prodotti da un NE555 comandato dal comparatore di uscita che in qualche modo “rientrano”. Le altre righe blu più in alto sono delle armoniche.
Segnale molto rumoroso, un rivelatore a diodi sarebbe probabilmente in crisi, ma come si vede qui invece gli impulsi vengono ancora decodificati correttamente.
Ed ecco un disturbo “cattivo”... si può notare l’intervento dell’ AGC

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Realizzazione finale di un orologio radiocontrollato.

Il mobile è ricavato da un vecchio rottame. L’antenna preamplificata si collega con 1.2 metri di cavetto schermato a 4 conduttori interni tramite un connettore DIN a 5 poli. Va tenuta distante dal ricevitore di almeno 40..50 cm per evitare di captare disturbi dal trasformatore di alimentazione e dalle bobinette di filtro dell’oscillatore locale. Il cavo di alimentazione comprende la terra, questa va collegata alla massa del circuito in quanto permette una ricezione migliore. Il display è ottenuto dal kit LX1014 di Nuova Elettronica.




Particolare del preamplificatore di antenna e della capacità di accordo composta da un parallelo sperimentale di diverse piccole capacità.
Vista del cablaggio interno.
Sezione IF, demodulatore AGC e demodulatore ASK.
Per la decodifica della trama ho scelto di usare un PIC 16F628, una delle sue caratteristiche è quella di non richiedere nessun componente esterno per funzionare. I processi sono agganciati ad una frequenza di 250Hz, ricavata dal quarzo dell’oscillatore locale tramite altri due contatori. Questo permette di campionare il segnale di ingresso a passi di 4ms, e fornisce la base tempi per l’avanzamento dell’orologio. Il led rosso vicino al PIC serve per il debug del programma. Il connettore a 5 poli in alto a destra serve per la programmazione in-circuit (ICSP).
Il display è pilotabile in modo seriale sincrono tramite soli 4 fili: +5V, dati, clock e GND. Dispone di un quinto filo per comandare direttamente il led giallo. Su questo led vengono visualizzati gli impulsi provenienti dal demodulatore. Il led verde indica la condizione di sincronismo ok e rimane acceso fino alla ricezione di un errore. Quello rosso si accende per un attimo ad ogni errore ricevuto, o rimane acceso fisso dopo 6 ore di mancata sincronizzazione.

Schema elettrico completo

Non sono riportati, in quanto sottointesi, tutti i collegamenti di alimentazione degli integrati, i condensatori di bypass sull’ alimentazione stessa, l’intero cablaggio dei contatori e del PIC. Per l’alimentazione a +5V del display e del micro ho usato un secondo regolatore 7805.

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Il software

Il software, scritto interamente in assembly, è stutturato ad automi a stati finiti che avanzano ogni 4ms.


Debounc provvede a leggere e filtrare i brevi “rimbalzi” degli impulsi in arrivo sul pin RB1, il valore filtrato è posto nel bit pulse.
Leggibit è l’automa che riconosce la pausa di sincronizzazione, conta la durata degli impulsi e si mette in loro ascolto solo in precise finestre temporali di 200ms in modo da tagliare fuori eventuali impulsi spurii tra un bit e l’altro. Ad ogni bit ricevuto, che viene messo in rx_bit, lo stato 2 richiama il sottoprocesso leggitrama, che provvede alla decodifica dei bit e al controllo della parità. In ogni caso dopo 36 chiamate il processo leggitrama restituisce il responso settando i bit trama_ok oppure rx_error. I bit successivi della trama fino alla successiva pausa di sincronismo vengono semplicemente ignorati.
Orologio e visualizza si occupano di incrementare il conteggio orario e di visualizzare tutte le informazioni sul display, compreso il lampeggio dell’ora non regolata, e il comportamento dei due led verde e rosso. Non è prevista nessuna regolazione manuale, nei momenti di buona ricezione bastano tre..cinque minuti.

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