某日，博主在逛淘宝时，发现了一款电波钟模块。

博主第一次听说长波授时的概念还是在上初中的时候，出于兴趣，当年也下单了过一个 CASIO 出口转内销的电波授时闹钟。如今距离买下这款闹钟已有快七年时间了，虽然当年买的电波钟外壳已经泛黄，但是时间仍然分毫不差。如今刷到这么一个模块，又唤起了博主的回忆。

在这七年间，博主也曾经尝试弄清楚电波授时的解码原理以及数据报文格式，但是迫于当年的知识面与技术并不到位，所以在几次尝试与几次失败后，博主便放弃了。

而如今博主作为一个通信工程大学牲，想要再次挑战弄懂 JJY 长波授时的时间码结构，并尝试编写程序解码准确时间，于是果断下单了这款模块。

在收到模块后，经过两天的不懈努力，博主也终于成功达成了目标，了结了七年来的心事。这篇文章，会分享博主玩转 JJY 时间码模块的过程。

模块引脚与电平逻辑

几天后模块到手了，由于模块是拆机模块，成色老旧，为了避免断线和焊盘脱落，博主先用热溶胶加固了比较脆弱的位置，同时给引脚位置加装了 2.54mm 排针。

这款模块用了的经典的牛屎封装，经过一番 Google，得知真正的核心貌似用的是 MAS6180B。另外，这款模块的原理，实际上就是透过 MAS6180B 将长波授时信号进行放大与解调，并透过内部的比较器将其二进制输出。

这个模块有 5 个引脚，经过博主一番尝试和整理，其功能如下。

引脚名字	引脚功能	逻辑电平	默认状态
60K1	60 kHz 使能	高电平使能	低电平
PON1	模块使能	低电平使能	高电平
3V1	3.3V 电源输入	-	-
TCO1	信号脉冲	-	-
GND1	电源接地	-	-

在整理引脚的过程中，博主也发现不同 JJY 模块间的引脚排布、引脚逻辑电平、引脚功能都不尽相同，所以在使用模块前，一定要先确认好模块的引脚功能和逻辑电平，以免翻车损坏模块。

模块测试

为了简化开发流程，博主使用 Arduino UNO 来测试模块的功能。但是在测试模块的过程中，博主发现模块的 TCO1 输出的脉冲电压只有 1V 左右，无法直接连接到 Arduino 的数字输入引脚。

由于使用的是 Arduino 单片机，而且博主也不想额外搭建电平转换电路，所以博主决定将模块的 TCO1 输出接到 Arduino 的模拟输入引脚上，然后透过 Arduino 的 analogRead() 函数来读取 TCO1 的电压值，进而分析出其电平高低。

JJY 时间码结构

在编写程序前，我们需要先了解一下 JJY 时间码的结构。NICT 在官网给出的时间码结构如下图所示。

JJY 的脉冲宽度总共分为 3 种，分别是 200ms、500ms、800ms，其中 200ms 的脉冲代表标记符，500ms 的脉冲代表逻辑 1，800ms 的脉冲代表逻辑 0。

在 NICT 给出的结构图中，可以看出，JJY 一帧完整的时间数据总共有 60 位，每一位对应到一个固定宽度的脉冲。透过上图，可以将时间主要位的索引整理如下表。

时间位名称	位数索引
分钟	[1:8]
小时	[12:18]
天数	[22:33]
年份	[41:48]
星期	[50:52]

此外，JJY 对时间的编码形式是 BCD 码的一种变体，但是计算方式和 BCD 码相同。例如，若在分钟位接收到的数据是 00110010，结合上图中所给的位权重，那么将该数据换算成 10 进制，即分钟数为 12，其算式如下。

1	040 + 020 + 110 + 10 + 08 + 04 + 12 + 01 = 12

根据上图，还可以得出的一个结论是，当连续收到两次标记符信号时，就可以确认当前的时间是第 0 秒，也就是某一分钟的起始。

另外，JJY 的时间码还带有闰秒信息，当闰秒发生时，JJY 会在 59 秒的位置插入一个 800ms 的脉冲，用来表示闰秒。但是本文的目标只是实现对 JJY 的简单解码，所以不会对闰秒进行处理，也不会对奇偶校验码做处理。

硬件搭建

硬件连线图如下所示。

引脚的连线方式如下表所示。

模块引脚	单片机引脚	备注
JJY 模块 GND1	GND	无
JJY 模块 TCO1	A0	需要接入 Arduino 模拟引脚
JJY 模块 3V1	3.3V	须 3.3V 供电避免烧坏模块
JJY 模块 PON1	11	无
JJY 模块 60K1	10	低电平 40 kHz，高电平 60 kHz

由于博主的 Arduino UNO 临时没有找到，所以博主使用的是引脚功能是一样的，所以不会影响程序的编写。

下面是博主的硬件搭建图。

程序编写

Github 仓库：github.com/bclswl0827/JJYClock

博主已经写好了程序，也开源到了 GitHub 上，经过测试可以正常解码。下文介绍一些关键点与代码。

另外，博主使用的 IDE 是 PlatformIO，编译固件时需要注意。

重写 digitalRead() 函数

由于 JJY 模块输出的电平高低与 Arduino 的电平标准不同，所以可以使用 analogRead 来读取引脚模拟值，并根据人为的设定电平阈值来判断逻辑 1 或 0，因此，只需要对 digitalRead() 函数进行重写。

1
2
3

int digitalRead(int pin) {
    return analogRead(pin) > 100 ? LOW : HIGH;
}

声明每一位权重

前面提到过，JJY 的时间码是 BCD 码的一种变体，所以需要声明位权重，用来计算时间码的十进制值。

这里透过枚举类型来声明位权重，如下所示。

// 分钟位权重
enum minute {
    MINUTE_0 = 40,
    MINUTE_1 = 20,
    MINUTE_2 = 10,
    MINUTE_3 = 0,
    MINUTE_4 = 8,
    MINUTE_5 = 4,
    MINUTE_6 = 2,
    MINUTE_7 = 1,
};

// 小时位权重
enum hour {
    HOUR_0 = 20,
    HOUR_1 = 10,
    HOUR_2 = 0,
    HOUR_3 = 8,
    HOUR_4 = 4,
    HOUR_5 = 2,
    HOUR_6 = 1,
};

// 天数位权重
enum day {
    DAY_0 = 200,
    DAY_1 = 100,
    DAY_2 = 0,
    DAY_3 = 80,
    DAY_4 = 40,
    DAY_5 = 20,
    DAY_6 = 10,
    DAY_7 = 8,
    DAY_8 = 4,
    DAY_9 = 2,
    DAY_10 = 1,
};

// 年份位权重
enum year {
    YEAR_0 = 80,
    YEAR_1 = 40,
    YEAR_2 = 20,
    YEAR_3 = 10,
    YEAR_4 = 8,
    YEAR_5 = 4,
    YEAR_6 = 2,
    YEAR_7 = 1,
};

// 星期位权重
enum week {
    WEEK_0 = 4,
    WEEK_1 = 2,
    WEEK_2 = 1,
};

天数转月份与日期

由于 JJY 的天数位是从每年的第一天开始计数的，所以需要将天数转换成月份日期。

由于存在闰年，所以在调用函数时，除了传入天数，还需要传入是否为闰年的标记。

下方是天数转月份的代码，代码中，天数统一扩大了 1000 倍，这样可以避免浮点数运算带来的精度丢失问题。

uint8_t Days2Month(uint8_t days, uint8_t leap) {
    uint8_t rate = days * 1000 / 365;
    if (rate <= 31000 / 365) {
        return 1;
    } else if (rate <= (leap ? 60000 : 59000) / 365) {
        return 2;
    } else if (rate <= (leap ? 91000 : 90000) / 365) {
        return 3;
    } else if (rate <= (leap ? 121000 : 120000) / 365) {
        return 4;
    } else if (rate <= (leap ? 152000 : 151000) / 365) {
        return 5;
    } else if (rate <= (leap ? 182000 : 181000) / 365) {
        return 6;
    } else if (rate <= (leap ? 213000 : 212000) / 365) {
        return 7;
    } else if (rate <= (leap ? 244000 : 243000) / 365) {
        return 8;
    } else if (rate <= (leap ? 274000 : 273000) / 365) {
        return 9;
    } else if (rate <= (leap ? 305000 : 304000) / 365) {
        return 10;
    } else if (rate <= (leap ? 335000 : 334000) / 365) {
        return 11;
    }
    return 12;
}

下方是天数转日期的代码。

uint8_t Days2Date(uint8_t days, uint8_t leap) {
    switch (Days2Month(days, leap)) {
        case 1:
            return 31 - (31 - days);
        case 2:
            return (leap ? 29 : 28) - ((leap ? 60 : 59) - days);
        case 3:
            return 31 - ((leap ? 91 : 90) - days);
        case 4:
            return 30 - ((leap ? 121 : 120) - days);
        case 5:
            return 31 - ((leap ? 152 : 151) - days);
        case 6:
            return 30 - ((leap ? 182 : 181) - days);
        case 7:
            return 31 - ((leap ? 213 : 212) - days);
        case 8:
            return 31 - ((leap ? 244 : 243) - days);
        case 9:
            return 30 - ((leap ? 274 : 273) - days);
        case 10:
            return 31 - ((leap ? 305 : 304) - days);
        case 11:
            return 30 - ((leap ? 335 : 334) - days);
        default:
            return 31 - ((leap ? 366 : 28) - days);
    }
}

取得同步标记

前面也已经提到过，当连续收到两次标记符信号时，就可以确认 JJY 新的一帧数据已经开始。

所以，需要声明一个变量或者结构体，用来记录上一次脉冲的宽度，并与当前脉冲的宽度进行比较，若判断到上一次与这一次的脉冲宽度都是标记符信号，就可以确认 JJY 新的一帧数据已经开始。

下面是声明的用来存储状态的结构体。

struct JJYStatus {
    bool status;             // 是否有数据
    uint16_t time;           // 记录起始时间用于后续计算
    uint16_t previous;       // 记录上一次起始时间
    uint16_t cycle;          // 记录方波周期时间
    uint16_t pulse;          // 记录当前脉冲时间
    uint16_t previousPulse;  // 记录上次脉冲时间
} JJYStatus;

解码器缓存

解码器缓存也为一个结构体，用来保存解码数据，存储解码器的状态，记录是否已经完成解码，以及一个用于记录数据缓存位置的计数器。

由于实际解码时，由于标记符会直接丢弃，所以缓存大小为 53 个数据。

struct DecoderStatus {
    bool status;      // 解码器运行状态
    bool done;        // 解码是否完成
    uint8_t counter;  // 数据缓存位置计数器
    int data[53];     // 除去标记符后的数据缓存
} DecoderStatus;

由于抛弃了标记符，所以上文提到的时间位索引表，也应做相应的调整。

成果

最后附上博主的成果，数据透过串口终端输出，可以看到，数据已经成功解码。

I BCL.

记与一款 JJY 电波钟模块的邂逅