Everything has an exact time - DCF77 with the Arduino

We have already built some watches, either was calculated the time on the basis of manual inputs and waiting periods, by NTP or with a RTC module. Today we would like to introduce to you a new possibility of the "time production" namely about DCF77.

The transmitter DCF77:

In Mainflingen near Frankfurt am Main a long-wave radio station stands for 77.5 kHz. This transmitter sends with 50,000 W the topical time encodes once per minute.

This transmitter and the signal is called DCF77. This is the name DCF77 to the transmitter to the international identification assigned call signs.

With a suitable receipt module (e.g. pollin.de 810054) if the signal can conceive in a vicinity from up to 2000 km around Mainflingen and be decoded.

To the information, in other countries other time sign transmitters are used, with different frequency:

Call signs Location Frequency
Beta Russia 25 kHz
BPC China 68.5 kHz
BPL China 100 kHz
BPM China, Lintong (Xi'an) 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz
CHU Canada, Ottawa 3,330 MHz, 7,850 MHz, 14,670 MHz
DCF77 Germany, Mainflingen 77.5 kHz
IBF Italy, Turin 5 MHz
JJY Japan, mountain Ōtakadoya 40 kHz
JJY Japan, mountain Hagane 60 kHz
MIKES Finland, Espoo 25 MHz
MSF Great Britain, Anthorn 60 kHz
RBU Russia, valley cathedral 66.66 kHz
RTZ Russia, Irkutsk 50 kHz
RWM Russia, Moscow 4,996 MHz, 9,996 MHz, 14,996 MHz
TDF France, Allouis 162 kHz
WWV The USA, fort Collins 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz
WWVB The USA, fort Collins 60 kHz
WWVH The USA, Hawaii, Kekaha 2.5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz
YVTO Venezuela, Caracas 5 MHz

 

Construction of the signal DCF77:

The transmitter DCF77 sends several information at 60 minutes.

The information is encoded in second impulses. A High impulse of 100ms (900ms LOW) means 0 and a High impulse of 200ms (800ms LOW) 1. Afterwards this "binary" coding can become in date and time, in addition, MESZ/CET and weather data zurückgerechnet.

59 bits will transfer it, with the following meaning:

Bit Meaning Value
0 Start of new minute (always 0)
1 encoded
Weather data
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 Call bit
16 Conversion CET / MESZ
17 MESZ
18 CET
19 Switch second
20 Start time information (always 1)
21 Minute 1
22 2
23 4
24 8
25 10
26 20
27 40
28 Parity minute
29 Hour 1
30 2
31 4
32 8
33 10
34 20
35 Parity hour
36 Date day 1
37 2
38 4
39 8
40 10
41 20
42 Weekday 1
43 2
44 4
45 Date month 1
46 2
47 4
48 8
49 10
50 Date year 1
51 2
52 4
53 8
54 10
55 20
56 40
57 80
58 Parity date

 

On account of this information we can provide an Arduino sketch:

We connect our receiver DCF77 on Pin 2 of the Arduino.

Arduino sketch:

#define STATUS_PIN LED_BUILTIN
#define DCF_PIN 2
 
int HIGH_Start = 0;
int HIGH_Ende = 0;
int HIGH_Zeit = 0;
int LOW_Start = 0;
int LOW_Ende = 0;
int LOW_Zeit = 0;
 
bool Signal = false;
bool new minute = false;
int BIT = -1;
int TIME[65];
int ZEIT_STUNDE;
int ZEIT_MINUTE;
int ZEIT_TAG;
int ZEIT_MONAT;
int ZEIT_JAHR;
int ZEIT_WOCHENTAG;
int PAR_STUNDE;
int PAR_MINUTE;
int PAR_BEGINN;
 
void set-up() {   Serial.begin(115200);   pinMode(DCF_PIN, INPUT);   pinMode(STATUS_PIN, OUTPUT);   Serial.println("Syncronisierung");
}
 
void loop() {   if (BIT > 60) {new minute = false;}   int DCF_SIGNAL = digitalRead(DCF_PIN);      if (DCF_SIGNAL == HIGH && Signal == false) {     Signal = true;      HIGH_Start = millis();      LOW_Ende = HIGH_Start;       LOW_Zeit = LOW_Ende - LOW_Start;           if (new minute == true) {       PrintBeschreibung(BIT);       //Serial.print ("bit");        //Serial.print (BIT);        //Serial.print (":");        TIME[BIT] = (BIT_Zeit(LOW_Zeit));       Serial.print (TIME[BIT]);       //Serial.println ();     }     else {       Serial.print(".");     }   }     if (DCF_SIGNAL == LOW && Signal == true) {     Signal = false;      HIGH_Ende = millis();       LOW_Start = HIGH_Ende;      HIGH_Zeit = HIGH_Ende - HIGH_Start;        NEW MINUTE(LOW_Zeit);   }
}
 
int BIT_Zeit (int LOW_Zeit) {    if (LOW_Zeit >= 851 && LOW_Zeit <= 950) {return 0;}     if (LOW_Zeit >= 750 && LOW_Zeit <= 850) {return 1;}    if (LOW_Zeit <= 350) {BIT-=1;return "";}
}

void NEW MINUTE (int LOW_Zeit) {   if (LOW_Zeit >= 1700) {     BIT = 0;     new minute = true;     ZEIT_STUNDE = TIME[29]*1+TIME[30]*2+TIME[31]*4+TIME[32]*8+TIME[33]*10+TIME[34]*20;     ZEIT_MINUTE = TIME[21]*1+TIME[22]*2+TIME[23]*4+TIME[24]*8+TIME[25]*10+TIME[26]*20+TIME[27]*40;     PAR_STUNDE = TIME[35];     PAR_MINUTE = TIME[28];     ZEIT_TAG = TIME[36]*1+TIME[37]*2+TIME[38]*4+TIME[39]*8+TIME[40]*10+TIME[41]*20;     ZEIT_MONAT = TIME[45]*1+TIME[46]*2+TIME[47]*4+TIME[48]*8+TIME[49]*10;     ZEIT_JAHR = 2000+TIME[50]*1+TIME[51]*2+TIME[52]*4+TIME[53]*8+TIME[54]*10+TIME[55]*20+TIME[56]*40+TIME[57]*80;     PAR_BEGINN = TIME[20];               Serial.println();     Serial.println("*****************************");     Serial.print ("Time:");     Serial.println();     Serial.print (ZEIT_STUNDE);     Serial.print (":");     Serial.print (ZEIT_MINUTE);     Serial.println();     Serial.println();     Serial.print ("Date:");     Serial.println();     Serial.print (ZEIT_TAG);     Serial.print (".");     Serial.print (ZEIT_MONAT);     Serial.print (".");     Serial.print (ZEIT_JAHR);     Serial.println();     Serial.println("*****************************");        } else {BIT++;}
}
 
void PrintBeschreibung(int Bit number) {   switch (Bit number) {     case  0: Serial.println("\n# START MINUTE (ALWAYS 0)"); break;     case  1: Serial.println("\n# WEATHER DATA"); break;     case 15: Serial.println("\n# CALL BIT"); break;     case 16: Serial.println("\n# CET / MESZ"); break;     case 17: Serial.println("\n# MESZ"); break;     case 18: Serial.println("\n# CET"); break;     case 19: Serial.println("\n# SWITCH SECOND"); break;     case 20: Serial.println("\n# TIME INFORMATION BEGIN (ALWAYS 1)"); break;     case 21: Serial.println("\n# MINUTES"); break;     case 28: Serial.println("\n# PARITY MINUTE"); break;     case 29: Serial.println("\n# ALLOWS DELAY");break;     case 35: Serial.println("\n# PARITY ALLOWS DELAY"); break;     case 36: Serial.println("\n# MEET"); break;     case 42: Serial.println("\n# WEEKDAY"); break;     case 45: Serial.println("\n# MONTH"); break;     case 50: Serial.println("\n# IS A YEAR SINCE"); break;     case 58: Serial.println("\n# PARITY DATE"); break;   }
}

Now as an issue in the Serial monitor we get the bit result and the calculated time.

 

Now you can also use DCF77 for your projects. A lot of fun.

For arduinoBasics software

11 comments

Joschua

Joschua

Danke für den Tollen Code.
Ich hatte anfangs das Problem das bei mir keine DCF77 Library funktioniert hatte.
Aber mit diesem Code hat fast alles problemlos funktioniert.
Das einzige was ich ändern musste waren die folgenden werte. (Bereits geändert)
if (LOW_Zeit >= 821 && LOW_Zeit <= 950) {
return 0;
}
if (LOW_Zeit >= 750 && LOW_Zeit <= 820) {
return 1;
}
if (LOW_Zeit <= 350) {
BIT -= 1;
return "";
}

Bei diesen werten sollte man einfach ausprobieren bis es bei einem passt.

Max

Max

Ich nochmal. Schade das du die Parity-Bits in deinem Code zwar liest gar nicht verwendest. Ich habe das NEUEMINUTE etwas abgeändert, nun checkt es die 3 Parität-bits, baut noch Hürden für den Wertebereich mit ein (z.B. keine Minute über 59 erlaubt) und für das erfüllen des DCF_stable bit muss noch 3x das selbe Ergebnis hintereinander empfangen werden (ohne Minute, die kann mit dem DCF_minute bit schon vorher verwendet werden):

void NEUMINUTE (int LOW_Zeit) {
int temp_min=0; //save bit count of minute part of ZEIT
int temp_hour=0;//save bit count of hour part of ZEIT
int temp_year=0;//save bit count of year part of ZEIT

if (LOW_Zeit >= 1700) { BIT = 0; ZEIT_STUNDE = ZEIT29 * 1 + ZEIT30 * 2 + ZEIT31 * 4 + ZEIT32 * 8 + ZEIT33 * 10 + ZEIT34 * 20; ZEIT_MINUTE = ZEIT21 * 1 + ZEIT22 * 2 + ZEIT23 * 4 + ZEIT24 * 8 + ZEIT25 * 10 + ZEIT26 * 20 + ZEIT27 * 40; PAR_STUNDE = ZEIT35; PAR_MINUTE = ZEIT28; ZEIT_WOCHENTAG = ZEIT42 * 1 + ZEIT43 * 2 + ZEIT44 * 4; ZEIT_TAG = ZEIT36 * 1 + ZEIT37 * 2 + ZEIT38 * 4 + ZEIT39 * 8 + ZEIT40 * 10 + ZEIT41 * 20; ZEIT_MONAT = ZEIT45 * 1 + ZEIT46 * 2 + ZEIT47 * 4 + ZEIT48 * 8 + ZEIT49 * 10; ZEIT_JAHR = 2000 + ZEIT50 * 1 + ZEIT51 * 2 + ZEIT52 * 4 + ZEIT53 * 8 + ZEIT54 * 10 + ZEIT55 * 20 + ZEIT56 * 40 + ZEIT57 * 80; PAR_BEGINN = ZEIT20; //DCF PAR bit is calculatet ‘even’, so we need to add 1 temp_min=ZEIT21 + ZEIT22 + ZEIT23 + ZEIT24 + ZEIT25 + ZEIT26 + ZEIT27+PAR_MINUTE+1; temp_hour=ZEIT29 + ZEIT30 + ZEIT31 + ZEIT32 + ZEIT33 + ZEIT34+PAR_STUNDE+1; temp_year=ZEIT50 + ZEIT51 + ZEIT52 + ZEIT53 + ZEIT54 + ZEIT55 + ZEIT56 + ZEIT57+PAR_BEGINN+1; //bitread only reads one specific bit – since we fiddeld with the temp value, even/odd decides if its valid or false if ((bitRead(temp_min, 0)) && (bitRead(temp_hour, 0)) && (ZEIT_STUNDE <= 23) && (ZEIT_STUNDE >= 0) && (ZEIT_MINUTE <= 60) && (ZEIT_MINUTE >= 0) && (ZEIT_TAG <= 31) && (ZEIT_TAG >= 1) && (ZEIT_MONAT <= 12) && (ZEIT_MONAT >= 1) && (ZEIT_JAHR <= 2040) && (ZEIT_JAHR >= 2020) && (ZEIT_WOCHENTAG <= 7) && (ZEIT_WOCHENTAG >= 1 )) { DCF_minute= true; //check if there is rubbish in the signal: Store last 3 values of year, month, day, weekday. Only if all three are equal, neueMinute is set to true if ((bitRead(temp_year, 0)) && (ZEIT_JAHR_veryoldZEIT_JAHR_old) && (ZEIT_JAHR_veryoldZEIT_JAHR) && (ZEIT_MONAT_veryoldZEIT_MONAT_old) && (ZEIT_MONAT_veryoldZEIT_MONAT) && (ZEIT_TAG_veryoldZEIT_TAG_old) && (ZEIT_TAG_veryoldZEIT_TAG) && (ZEIT_WOCHENTAG_veryoldZEIT_WOCHENTAG_old) && (ZEIT_WOCHENTAG_veryoldZEIT_WOCHENTAG)&& (ZEIT_STUNDE_veryoldZEIT_STUNDE_old) && (ZEIT_STUNDE_veryoldZEIT_STUNDE)) { DCF_stable = true; } else { DCF_stable = false; } } else { DCF_minute_hook = false; } ZEIT_JAHR_veryold=ZEIT_JAHR_old; ZEIT_JAHR_old=ZEIT_JAHR; ZEIT_MONAT_veryold=ZEIT_MONAT_old; ZEIT_MONAT_old=ZEIT_MONAT; ZEIT_TAG_veryold=ZEIT_TAG_old; ZEIT_TAG_old=ZEIT_TAG; ZEIT_WOCHENTAG_veryold=ZEIT_WOCHENTAG_old; ZEIT_WOCHENTAG_old=ZEIT_WOCHENTAG; ZEIT_STUNDE_veryold=ZEIT_STUNDE_old; ZEIT_STUNDE_old=ZEIT_STUNDE; } else { BIT++; }

}

Max

Max

Vielen Dank fr den tollen Code, der ist wirklich leicht nachzuvollziehen und gut in das eigene Projekt zu intregrieren. Ich werkle noch an einer Fehlerkorrektur um die ganzen bit-Kipper raus zu bekommen, aber es zeigt schonmal zu 70% aller Fälle eine genaue Zeit an :)

Uli G.

Uli G.

Hallo ich würde gerne den ESP8266 benutzen.
wenn ich den Anruino ins Board wähle, wird das Übersetzen und Kompilieren abgeschlossen.
Benutze ich aber im Board den ESP8266 bekomme ich an der Zeile:

if (LOW_Zeit <= 350) {BIT-=1;return ""; den Fehler : invalid conversion from ‘const char*’ to ‘int’ [-fpermissive] was kann ich tun?
WO

WO

Info für Thomas:
Veriablendeklaration:
int ZEIT_SEKUNDE;
Hallo Thomas
Behelfsweise Variable “ZEIT_SEKUNDE” in funktion einfügen und dieser die Bitnummer+1 zuweisen.
Allerdings: Sekunde 59 dauert dann 2 Sekunden!
void PrintBeschreibung(int BitNummer) {
ZEIT_SEKUNDE = BitNummer+1;

Für eine exakte Sekundenanzeige 58, 59 muss der Code wohl etwas tiefergehend erweitert werden.
WO

Thomas

Thomas

funktioniert tatelos. Möchte auf Basis dieses Sketches eine NIXIE Uhr aufbauen. Mir fehlen die Sekundenanzeige. Da ich Programmieranfänger bin wäre ich dankbar wenn mir Jemand Tips geben könnte wie der Seketch zecks Sekndenanzeige zu erweitern ist.

Danke

Gunther Jordan

Gunther Jordan

Leider ist der Fehler, den Jörg Schnur letztes Jahr aufgezeigt hat immernoch drin.
Weiterhin ist eine ganz wichtige Information unterschlagen: Sekunde 59 wird nicht markiert! D.h. in dieser Sekunde wird das Sendesignal nicht moduliert, weder eine “1” noch eine “0” gesendet. DARAN erkennt der Empfänger den Beginn der vollen Minute! Und nicht etwa an der “0” am Anfang…
Die Umstellung zwischen Sommer und Normalzeit sowie die Schaltsekunde werden 1 Stunde im Voraus angezeigt, im Falle der Schaltsekunde ist die 59. Sekunde eine “0” und die 60. Sekunde wird keine Marke gesendet.

Ein Nutzer

Ein Nutzer

Der Sketch setzt bei meinem Modul (Conrad BN641138) vorraus, dass das Signal am invertierenden Ausgang abgegriffen wird.
Um dieses zu umgehen und den normalen DCF Ausgang auf Pin3 am Modul zu verwenden, kann man auch folgende Zeile:

int DCF_SIGNAL = digitalRead(DCF_PIN);

durch dieses ersetzen:

int DCF_SIGNAL_inverted = digitalRead(DCF_PIN);
int DCF_SIGNAL = (!DCF_SIGNAL_inverted);

Anschließend läuft der Sketch ohne Probleme!

Jörg Schnur

Jörg Schnur

Danke für die super Informationen. Müßte es nicht 60 Sekunden heißen im Satz “Der DCF77 Sender sendet in 60 Minuten mehrere Informationen.”?

Mertke

Mertke

Hallo, ein super Sketch. Der beste den ich bis jetzt hatte.
Ich bastel an einer Bewässerungsanlage mit 16 Ausgängen und 2 Zeiten pro Tag mit einer RTC DS3231. Ich hätte gerne eine zusätzliche DCF 77 Zeit.
Ich habe ein Modul von Pollin mit 3,3V und dahinter einen Verstärker mit Cmos IC 4093
(http://amateurfunkbasteln.de/dcf77/ )
Leider funktioniert bei mir nur ein keiner Teil und nur nach ändern der LOW Zeiten.
//if (LOW_Zeit >= 851 && LOW_Zeit <= 950) {return 0;} Original
if (LOW_Zeit >= 751 && LOW_Zeit <= 950) {return 0;} meine Eingabe
//if (LOW_Zeit >= 750 && LOW_Zeit <= 850) {return 1;} Original
if (LOW_Zeit >= 450 && LOW_Zeit <= 750) {return 1;} meine Eingabe
if (LOW_Zeit <= 350) {BIT-=1;return "";}
Auf dem seriellen Monitor kommt nur die Anzeige
Syncronisierung
18:54:22.126 ………… Die Urzeit funktioniert aber kein Datum

Ich nutze einen Arduino UNO am digitalen Pin 2 mit externem 10KOHM Widerstand gegen 5Volt. Anzeigen möchte ich die Uhrzeit auf einem Display 16×2 oder 20×4

Um Störimpulse zu verringern habe ich einen Festspannungsregler L4940V5 mit 5Volt aufgebaut an einem 12V AKKU
Wenn ich diese 5 Volt nutze habe ich aber keinen seriellen Monitor mehr.

Ich habe einige Schwierigkeiten mit dem Programmieren und lerne immer ein bischen mehr. Meistens versthe ich langsam die Beispiele und ändere den Sketch dann für mich um.

Ich würde mich über jede Hilfe sehr freuen
schönen Abend
Fredy

Fred

Fred

Hallo, guter Sketch zur Abfrage der Zeit und auch für einen Laien wie mich nachvollziehbar. Ich hab in gleich getestet nachdem ich ihn im Netz gefunden hatte. Mein DCF77 Modul hat sofort funktioniert. Probleme gab es aber beim kopieren des Sketches mit der Kopierfunktion in die Arduino-IDE. Beim Kompilieren kamen jede Menge stray ‘\’ Fehlermeldungen. Erst durch Laden des Textes in Notepad++ (ANSI-Kodierung) und entfernen einiger komischer Zeichen funktionierte es dann. Ich würde auch gern noch wissen, wozu die Status-LED (Pin13) gedacht war. Gratuliere AZ-Delivery zu den vielen guten Beispielen, weiter so.

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