CH656730A5 - Kommunikationsanlage mit datenbus. - Google Patents

Kommunikationsanlage mit datenbus. Download PDF

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CH656730A5
CH656730A5 CH2607/81A CH260781A CH656730A5 CH 656730 A5 CH656730 A5 CH 656730A5 CH 2607/81 A CH2607/81 A CH 2607/81A CH 260781 A CH260781 A CH 260781A CH 656730 A5 CH656730 A5 CH 656730A5
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CH
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data bus
communication system
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bit
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CH2607/81A
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Cecil Hertz Kaplinsky
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Philips Nv
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    • H04L25/38—Synchronous or start-stop systems, e.g. for Baudot code
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    • H04L25/49—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems
    • H04L25/4902—Pulse width modulation; Pulse position modulation
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kommunikationsanlage gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Kommunikationsanlagen werden meistens dort ange-ls wandt, wo eine Anzahl Geräte abwechselnd ein Transportmedium für gegenseitige Kommunikation benutzt. Dabei kann an die Kommunikation zwischen einer oder mehreren intelligenten Stationen («intelligent terminais») und einem zentralen Computer in einem Labor gedacht werden, aber 20 auch an die Steuerung von Haushaltgeräten in einer Wohnung, beispielsweise mit Hilfe eines sog. «home-computer», wobei auch Audio- und/oder Video-Anlagen mit dem Datenbus verbunden sein können, sowohl zum Bedienen dieser Geräte als auch zum Zuführen von Textdaten zu 2s einem Fernsehempfänger, welche Textdaten mit einem Tele-text-Demodulator, einem Viewdata-Anschluss u.dgl. erhalten worden sind.
Für den Datenbus kann ein Mehrkanalbus benutzt werden, über den parallel digitale Information läuft. 30 Wenn die mittlere Informationsdichte niedrig genug ist, kann meistens ein Einkanalbus ausreichen, wobei die Information seriell übertragen wird.
Eine Kommunikationsanlage der obengenannten Art ist aus dem Bericht des «Second Symposium on Micro Architec-35 ture <Euromicro>, 1976», Seiten 299-304, R. Sommer: «Cobus, a firmware controlied data transmission system» bekannt.
In dieser Veröffentlichung ist eine Kommunikationsanlage beschrieben, bei welcher der einfache Buskanal mit 40 einem Koaxialkabel gebildet ist, das mit daran angeschlossenen Sendeschaltern eine UND-Schaltung bildet, die zur Informationsübertragung mit Geschwindigkeiten von etwa 200 kBaud geeignet ist, was einschliesslich minimaler Wartezeiten, Prioritätsarbitrage, Adressen, eine Reinübertragungs-45 kapazität von etwa 10.000 Informationsworten, zuje8bis 10 Bits, je Sekunde bedeutet.
Dadurch, dass die Busschaltung eine UND-Schaltung bildet, wird der Bus nur dann «EIN» sein, wenn alle Sendeschalter den Ausgang «Ein» lassen, was bei Verwendung von so Transistoren als Sendeschalter im allgemeinen bedeutet, dass die Sendeschalter stromlos sind.
Wird ein Impuls verlangt, so wird der Sendeschalter durch Zuführung eines Basisstromes leitend gemacht, der Ausgang geht «AUS».
55 Sobald mindestens ein Sendeschalter einen «AUS»-Impuls liefert, wird die Busleitung «AUS», unbeachtet der Stellung anderer Sendeschalter.
Es werden sog. «offener Kollektor»-Sendeschalter verwendet, die zusammen mit dem Koaxialkabel ein sog. 60 «wired-AND-function» bilden.
Die Wahl eines «EIN»- und eines «AUS»-Pegels ist dabei beliebig. In diesem Artikel ist eine UND-Schaltung verwendet worden, wobei der Bus «EIN» ist, wenn alle gekoppelten Eingänge «EIN» sind. Diese Definition wird auch im 65 weiteren Teil dieser Beschreibung benutzt. Es ist bekannt, dass diese Definition einer ODER-Schaltung für «AUS»-Signale entspricht, die meistens als «wired-OR» bezeichnet wird.
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Fig. 2 der genannten Veröffentlichung zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines durch einen Mikroprozessor gesteuerten «Cobus interface», im Fachbereich meistens mit dem englischen Begriff «control-unit» bezeichnet. In dieser Beschreibung ist der Begriff Steuerschaltung statt des englischen Begriffes «Control-unit» gewählt worden.
Das dargestellte «Cobus-interface» weist u.a. eine Empfangsschaltung und einen «interference detector» auf. Damit wird überprüft, ob eine andere Steuerschaltung gleichzeitig die Busleitung beantragt, indem die ausgesendete eigene Adresse überprüft wird. Eine Prioritätsregelung sorgt dafür, dass das Gerät mit der niedrigsten Adresse Priorität erhält.
Weiterhin weisen die Steuerschaltungen einen «carrier detector» auf, d.h. eine Schaltungsanordnung zum Rekonstruieren der Bit-Taktimpulsschaltung und eine Synchronisationsschaltung. In den Anlaufphasen ist die Bitgeschwindigkeit halbiert, damit die Synchronisationsprobleme infolge u.a. der Signallaufzeit über das Buskabel weniger gespürt werden.
Ein «carrier-detector» wird meistens mit einem sog. Schwungradoszillator oder einem «phase locked loop»-Oszil-lator (PLLO) gebildet.
Dazu ist es erforderlich, dass ein sehr stabiler Taktimpulsgenerator verwendet wird, was nur durch Verwendung eines kristallgesteuerten Generators verwirklicht werden kann.
Wegen der Synchronisation hat jedes Wort ein Startbit. Die Mikro- sowie Makrosynchronisation erfolgt zu dem Startbit und zu jedem anderen eingestellten Bit («set bit»), Seite 300, rechte Spalte, Abschnitt 5.2).
Durch den sendeseitig erforderlichen kristallgesteuerten Taktimpulsgenerator und den empfangseitig erforderlichen Schwungradoszillator bzw. PLLO werden die Schaltungsanordnungen relativ kostspielig. Sie eignen sich dadurch zwar für den beschriebenen Laborgebrauch, aber sie sind zum Gebrauch in einfachen Anlagen unakzeptabel teuer. Ausserdem ermöglicht die beschriebene Anlage es nicht, dass nur an einem Bus Geräte mit völlig verschiedenen Sollgeschwindigkeiten verwendet werden. Die engen Zeittoleranzen erfordern zum Schluss noch gut definierte und folglich steile Impulsflanken, wodurch es notwendig ist, ein Koaxialkabel als Busleitung zu verwenden um Störstrahlung nach aussen auf einem akzeptabel niedrigen Pegel halten zu können. Eine preisgünstige gezwirnte Zweidrahtanlage kann wegen Störungsanforderungen von PTT und entsprechenden Instanzen nicht angewandt werden.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine preisgünstige Kommunikationsanlage zu schaffen, welche die Verwendung einfacher Taktimpulsgeneratoren ermöglicht, bei spielsweise mit einem RC-Netzwerk zur Frequenzbestimmung, weiterhin die Verwendung eines preisgünstigen Zweidrahtbusses, einer Anschlussmöglichkeit für Geräte, deren Sollgeschwindigkeit beispielsweise um eine Grössenordnung abweicht.
Die Kommunikationsanlage der eingangs erwähnten Art weist dazu nach der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf.
Dadurch, dass eine «0» sowie eine «1» einen Impuls herbeiführen, kann die Anfangsflanke eines Impulses als Startpunkt für eine Zeitschaltung wirken, wobei Synchronisation zwischen den Taktimpulsgeneratoren sendender und empfangender Geräte überflüssig ist. Nach Ermittlung einer Impulsflanke bestimmt der Empfänger nach beispielsweise etwa 3/4 Bitzeit, ob der Impuls beendet ist oder nicht, d.h. eine «1» bzw. «0» darstellt.
Der grosse Unterschied in der Länge zwischen einem «1»-und einem «0»-Impuls ermöglicht eine zuverlässige Detek-tion, trotz grosser Zeittoleranzen, die durch die untenstehenden Ursachen entstehen:
a) die Verwendung von RC-Taktimpulsgeneratoren, die in der Praxis eine Frequenztoleranz von maximal ± 25% aufweisen;
b) die Verwendung von Impulsflanken mit Flankenzeiten s von etwa 0,5 bis etwa 1,5 jxs, wobei kleine Schwankungen in einer Detektionsschwelle bereits eine Zeitungewissheit von einigen Zehnteln us ergeben können, d.h. manchmal mehr als eine ganze Taktimpulsperiode bei einer 4 MHz-MOS-Schaltung; und io c) Laufzeiteffekte über die Busleitung derselben Grössenordnung wie die bei b) genannten Zeiten.
Alle Bitzeiten in dem System sind in (is festgelegt; sie werden durch die Steuerschaltungen mit ganzen Anzahlen is Taktimpulsperioden angenähert, welche Anzahlen von dem Sollwert der Taktimpulsfrequenz des betreffenden Gerätes abhängig sind, so dass die Ist-Impulslängen und die Detek-tionszeitpunkte empfängerseitig im allgemeinen nur annähernd den definierten Zeiten entsprechen. 20 Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Kommuni-25 kationsanlage:
Fig. 2 eine schematische Übersicht der Zusammenstellung eines Paketes zu übertragender Information ;
Fig. 3 ein Schaltbild eines Teils einer Steuerschaltung mit Sendeschaltern und einem Empfangsteil;
30 Fig. 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Steuerschaltung nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Busstruktur dargestellt mit einem Datenbus 1, mit dem über Abgriffe 2 eine Anzahl Geräte mit 35 je mindestens einem Datenverarbeitungsteil 3, der eine Steuerschaltung (control-unit) 4 aufweist, verbunden sind.
Von den Geräten mit den laufenden Nummern (1) bis einschliesslich (N) sind in der Figur nur zwei Stück dargestellt, die als UNIT (1) bzw. UNIT (N) bezeichnet sind. 40 In Wirklichkeit ist die Anzahl im allgemeinen viel grösser, einige zehn bzw. hundert sind möglich.
In dem untenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden 212= 4096 adressierbare Geräte berücksichtigt, aber dies ist keineswegs eine theoretische oder andere Beschrän-45 kung.
Obwohl im allgemeinen nicht alle Geräte mit allen anderen brauchen kommunizieren zu können, wird wohl jeweils ein Gerät ab und zu mit einem oder mehreren der übrigen verbundenen Geräte in Verbindung stehen. Manche so Geräte werden dabei ausschliesslich als «Hörer» auftreten, abgesehen vielleicht von einem etwaigen Meldesignal bzw. einer etwaigen Empfangsbestätigung, wie beispielsweise eine Waschmaschine. Andere Geräte werden oft ausschliesslich als «Sprecher» auftreten, wie beispielsweise eine Brand-55 und/oder Einbruchsicherungsanlage. Andere Geräte werden bald als «Sprecher», bald als «Hörer» auftreten, wie ein Minicomputer, eine Viewdata-Station u.dgl.
In der einfachsten Form ist der Bus mit einem einzigen Kommunikationskanal in Form beispielsweise eines Licht-60 leiters, eines Koaxialkabels oder eines Paares verzwirnter Drähte («twisted pair») versehen.
In einem derartigen Bus-System ist immer ein Zuteilungsverfahren notwendig. Ein «Sprecher», der die Leitung belegt fiS hat, darf nicht gestört werden durch andere Geräte, was zu einer Verstümmelung einer ausgesendeten Nachricht führen würde. Ob eine Leitung belegt ist, lässt sich jedoch mit bekannten Mitteln durch andere Geräte leicht ermitteln.
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4
Schwieriger wird es, wenn zwei «Sprecher» gleichzeitig die Verwendung des Busses beantragen, wobei «gleichzeitig» als gleichzeitig innerhalb beispielsweise weniger Mikrose-kunden bedeuten kann. Obwohl dies auf den ersten Blick als statistisch sehr unwahrscheinlich erscheint, tritt diese Situation in Wirklichkeit oft auf. Zwei oder mehr Geräte können nämlich zu stark unterschiedlichen Zeitpunkten innerhalb der Periode, in der die Busleitung von einem dritten Gerät belegt ist, ihre Benutzung beantragen. Sobald dieses dritte Gerät den Bus frei gibt, entdecken die wartenden Geräte dies alle «gleichzeitig» und versuchen alle gleichzeitig den Bus zur Verfügung zu bekommen.
Wenn ein Gerät den Bus braucht, wird es eine Nachricht aussenden, wobei die Nachricht die allgemeine Form hat, wie diese in Fig. 2 dargestellt ist.
Während der Überprüfungszeit 82, überprüft die Steuerschaltung, ob während einer gewissen Zeit keine Impulse an dem Bus eintreffen, und gibt dann ein Startbit 84. Dieses Startbit hat für andere Geräte den Charakter einer Warnung («interrupt»), dass möglicherweise eine Mitteilung eintrifft.
Daraufhin wird ein Modus-Symbol 86 ausgesendet. Wenn der «Meister» weiss, in welchem Modus der nächste «Sklave» empfangen kann, wird im allgemeinen das diesem Modus entsprechende Modussymbol ausgesendet werden. Alle vorübergehend hörenden Geräte mit einem niedrigeren Modus müssen nun während der Periode, die als «Zeitschlitz» bezeichnet ist, warten.
Wenn der Bus nicht gleichzeitig von einem anderen Gerät beantragt worden ist, wird daraufhin eine Identifikation 88 ausgesendet (Meister-Adresse) und darauf die Adresse 90 des nächsten Sklaven. Am Ende beispielsweise der «slave bits» wartet der Meister nur eine Bitzeit auf eine Rückmeldung, dass der Sklave empfangsbereit ist.
Wenn diese Rückmeldung nicht eintrifft, bedeutet dies, dass der betreffende Sklave nicht angeschlossen ist.
Kennt der Meister den Modus des Sklaven nicht, so startet er in dem für ihn höchsten Modus. Das Fehlen der Rückmeldung kann daher bedeuten, dass der Sklave nur in einem niedrigeren Modus empfangen kann. Der Meister startet die 5 Nachricht nun aufs neue in einem niedrigen Modus. Sollte letzten Endes sogar in dem niedrigsten Modus keine Rückmeldung eintreffen, so muss der Meister folgern, dass der Sklave nicht erreichbar ist, d.h. nicht mit dem Bus verbunden bzw. ausgeschaltet ist.
io Normalerweise trifft die Rückmeldung ein, und die Nachricht wird zu Ende geführt. Es folgen nötigenfalls einige Überprüfungs- oder Steuerbits 92 und zum Schluss die eigentliche Informationsübertragung 94. Am Ende des verfügbaren Zeitschlitzes 80 wird der Bus wieder freigegeben 96. is Wenn es zwei oder mehr Geräte gibt, die den Bus beantragen, tritt beim Aussenden des Modussymbols die Arbitrage in Wirkung.
Untenstehend wird als Beispiel ein Bus gewählt, mit dem Geräte verbunden sind mit einer Anzahl unterschiedlicher 20 Geschwindigkeiten. Die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf dieses Beispiel, viel grösser ausgelegte sowie einfachere Anordnungen können auf entsprechende Weise funktionieren. Wenn beispielsweise nur ein Modus auftritt, kann selbstverständlich das Modussymbol fortfallen. 25 Als Beispiel gilt folgendes :
Modus 0: Taktimpulsfrequenz 0,55 MHz ± 25%; Modussymbol 0
Modus 1 : Taktimpulsfrequenz 2,2 MHz ± 25%; Modus-30 symbol 10
Modus 2: Taktimpulsfrequenz 4,43 MHz ± 0,1%; Modussymbol 110
Die Längen der Informationsbitzeiten und der übrigen Bitzeiten ebenso wie die zugeordneten Impulsdauern sind in der 35 untenstehenden Tafel I als Richtwert gegeben.
MS
Modus 0 12
MHz 0,55 2,2 4,43
0- 1- 0- 1- 0- 1-
Bit Impuls Impuls Bit Impuls Impuls Bit Impuls Impuls
Ruhezeit
600
600
0
Start-Bit
750
250
750
250
750
250
Modusbit(s)
220
96
110
6
25
3,5
Meisterbits
220
96
24
55
24
6
12,5 8,5
3,5
übrige
110
64
16
27,5
16
4
8,32 6
2,5
Die Länge des Zeitschlitzes ist in diesem Beispiel im Auf gleiche Weise wird ein Gerät mit einem Modus 2 bei-
Durchschnitt etwa 7 Millisekunden, maximal etwa 10 Milli- spielsweise statt 11 (0) zurücklesen 10, wenn gleichzeitig ein Sekunden, gewählt worden. 55 Modus-l-Gerät gestartet ist.
Die Modussymbole sind dabei derart gewählt worden, dass Versuchen zwei Geräte mit demselben Modus die Leitung wenn zwei oder mehr Geräte den Bus beantragen, die niedri- zu belegen, so kann auf Basis des Modussymbols kein Untergeren Moden, d.h. die langsameren Geräte, Priorität haben. schied gemacht werden. Die beiden Geräte bewerten bei der Dadurch, dass der Bus als UND-Schaltung AUS-präferent Überprüfung das Modussymbol als gut und setzen ihre Iden-ist und «0»-Impulse wesentlich länger dauern als 60 tifikationsadresse bei noch immer gleichzeitiger Bit-für Bit-
« 1 »-Impulse einschliesslich aller Toleranzen, wird der Bus- Überprüfung fort. Auch nun wird wieder bei einer festge-kanal nämlich zugleich «0»-präferent. stellten Abweichung unmittelbar abgehakt. Dies bedeutet
Sobald also ein Gerät mit beispielsweise Modussymbol 10 nun, dass bei gleichen Moden das Gerät mit der niedrigsten im Modus 1 startet und ein anderes Gerät gleichzeitig mit Adresse Priorität erhält. Ist beispielsweise die Adresse des einer 0 im Modus 0, so wird das Modus-l-Gerät bereits bei 65 Gerätes A10100110 und die von B 10100011, so wird A bei der Überprüfung der ersten 1 sehen, dass es wider der Erwar- der Überprüfung des sechsten Bits keine 1, sondern eine 0 tung eine 0 an der Leitung gibt, und wird unmittelbar nach- lesen und abhaken. B sieht ein einwandfreies Busverhalten geben, zugunsten des Gerätes mit dem niedrigeren Modus. und geht weiter. Das unmittelbare Abhaken von A ist not-
5
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wendig um (in diesem Beispiel) zu vermeiden, dass das achte Bit, eine 0, das achte von B, eine 1, stören würde.
Das Gerät, das sein vollständiges Modussymbol und seine Identifikationsadresse ungestört zu dem Bus zurückliest, darf den Bus nun während der restlichen Zeit des Zeitschlitzes belegen.
Es dürfte einleuchten, dass sobald ein oder mehrere Geräte sich in der Arbitragepriode befinden, ein drittes Gerät, das deutlich später den Gebrauch beantragen will, entweder Impulse des Modussymbols und Identifikationsadressen oder eine nachfragende Nachricht an dem Bus sieht, warten muss, bis der Bus wieder einige Zeit impulsfrei ist. Die Arbitrage ist nur bei gleichzeitigen oder nahezu gleichzeitigen Beantragungen notwendig.
In diesem Beispiel ist davon ausgegangen, dass die 4,43-MHz-Geräte einen kristallgesteuerten Taktimpulsgenerator aufweisen, beispielsweise ausgehend von einem Normkristall für die Fernseh-PAL-Frequenz von etwa 8,86 MHz, während die langsameren Geräte mit einem RC-gesteuerten Taktimpulsgenerator arbeiten.
Wenn ein Modus-2-Gerät eine Modus-1- oder -O-Nachricht sendet, wird dadurch keine Änderung in der Steuerung vorgesehen, sondern die Taktimpulsfrequenz wird auf einfache Weise zunächst durch 2 bzw. 8 geteilt.
Bei dem Modus 2 beträgt der Längenunterschied zwischen einem «0»-Impuls und einem «1 »-Impuls in diesem Beispiel etwa ein Faktor 2,4 für die langsameren Geräte, und mit ihren grösseren Frequenztoleranzen ist sogar ein Faktor von etwa 4 gewählt worden.
Für ein gutes Verständnis der Wirkungsweise reichen die Daten der Tafel I.
In einer praktischen Ausführungsform sind viele Zeiten mit Hilfe eines Computerprogramms gewählt worden, wie dies in der Tafel II angegeben ist. Die darin gegebenen Sollzeiten sind derart gewählt worden, dass sie bei den Sollfre-s quenzen für jedes Gerät jeweils einer ganzen Anzahl Taktimpulsperioden entsprechen.
Nur der Anfang der Tafel wird näher erläutert.
Wenn beispielsweise ein Modus -1-Gerät senden will, wird ein Starbit 5 ausgesendet mit einer Nennlänge von 249,2 us. io Nach einer gewissen Laufzeit und einem Teil einer Taktimpulsperiode eines anderen Gerätes kann dieses Startbit nach etwa 10,8 [xs empfangen werden.
Daraufhin wird nach 177,0 + 55,5 us die 1 des Modussymbols gegeben (6) mit einer Impulslänge von 4,1 + 1,8 = 5,9 |is. is Das hörende Gerät erhält diesen Impuls mit Sicherheit innerhalb 4,1 p.s, wenn es im Modus 1 arbeiten kann, und ermittelt etwa 9,9 n,s nach dem Anfang des empfangenen Impulses, ob dies eine 0 oder eine 1 ist. Auch das sendende Gerät macht diese Überprüfung zu etwa demselben Augen-20 blick 7. Wenn diese Überprüfung zu dem richtigen Ergebnis führt, wird danach der Modus l-«0»-Impuls mit einer Impulsdauer von etws 22 jxs gegeben.
Daraufhin wird mit den als «master-bits» bezeichneten Bits die Identifikationsadresse des Meisters gegeben, nötigen-25 falls unterbrochen, sobald die Überprüfung angibt, dass ein anderes Gerät mit einer niedrigeren Adresse Priorität haben soll.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Sende-/Empfangsteils einer Steuerschaltung, die zur Ansteuerung eines symmetrischen 30 Buskanals geeignet ist.
Tafel II Bitzeiten
MASTER
Gesamtbitzeit (usek)
SLAVE
STARTBIT
ARBITING Modus 0 Bit Modus 1 Bit
Modus 2 Bit
Master Bits Modus 0 Modus 1 Modus 2
MASTER—
332.31 10.81238.41177.0 ^5
253116.3|7.2
32.5
32.5
77.6
55Ì51 4.111.81 8.11 8.1119.4
— 6 |7
551 2.510.9
4.0
0.9
4.3
5Ü116.417.2132.5132.5| 77.6 1331. 4.111.81 8.11 8.1119.4 ~Ö9l 2.510.9 [ 4.01 0.91 4.3
-> SLAVE
Master parity bit Modus 0 Modus 1 Modus 2
54Ü1 16.3
52.4
34.3
13.51 4.1113.11 8.6
0.91 2.51 3.2| 2.5
758.5
191.4 97.0
24.6
220.4 55.0 13.5
157.2 39.3 9.1
139.1
4.9
32.5
8.1
3.6
656 730
Tafel II (Fortsetzung) Bitzeiten
MASTER Gesamtbitzeit SLAVE
(usek)
Slave, control, data Modus 0 Modus 1 Modus 2
Control D, lst, data Modus 0 Modus 1 Modus 2
Öl 16.3152.4134.3 Ö~1 4.1113.11 8.6 "Öl 2.51 3.21 2.5
"Öl. 16.3152.4| 34.3 "Öl 4.1|13.11 8.6 "Öl 2.51 3.21 2.5
SLAVE-
-> MASTER
Acknowledge Modus 0 Modus 1 Modus 2
Data Modus 0 Modus 1 Modus 2
Öl 16.31 19.9181.3
Öl- 4.11 5.0120.3 Öl 2.51 2.71 3.8
~Ö~1 16.3] 19.9181.3
0 | 4.11 5.0120.3 Öl 2.5) 2.71 3.8
103.0 25.8 8.2
117.5 29.4 9.0
117.5 29.4 9.0
32.5
8.1
3.6
32.5
103.0
25.8 .
8.2 ) 3.6
8.1
Die Schaltungsanordnung ist bei 10 und 11 an den Bus angeschlossen. Der Punkt 10 ist über einen Widerstand 12 mit Erde verbunden und der Punkt 11 über einen Widerstand 13 mit der Speisespannung +. Zugleich ist der Bus mit den Eingängen 14 bzw. 15 eines differentiellen Lese Verstärkers 16 mit dem Ausgang 17 verbunden.
Wenn es an dem Bus keine Impulse gibt, ist der Ausgang 15 also nahezu auf dem Pegel der Speisespannung und der Eingang 14 nahezu auf Erdpegel, d.h. der Zustand, der als EIN-Zustand des Busses definiert ist.
Weiterhin ist der Bus mit Ausgängen 18 bzw. 20 der Sendeschalter 21 bzw. 22 verbunden, die im Ruhezustand keinen Strom führen.
Von einer nicht dargestellten Torschaltung erzeugte positive digitale Signale werden einem Eingang 23 der Sendeschaltung zugeführt. Dieser Eingang ist unmittelbar mit einem Steuereingang 24 des Sendeschalters 21 und über eine Umkehrschaltung 25 mit einem Steuereingang 26 des Sendeschalters 22 verbunden.
Sobald an dem Eingang 23 ein positiver Impuls erscheint, werden die beiden Sendeschalter 21,22 leitend. In dem beschriebenen Beispiel werden die Sendeschalter durch Transistoren gebildet, für die die Widerstände 13 bzw. 12 zugleich die Kollektorwiderstände bilden.
Sobald die Sendeschalter 21,22 leitend sind, wird der Anschluss 10 vom Erdpegel auf fast die Speisespannung gebracht, während der Anschluss 11 gerade nach Erde geht. Dies ist der AUS-Zustand für den Bus.
Die Eingangspolarität des Leseverstärkers 16 kehrt also das Vorzeichen um, und an dem Ausgang 17 erscheint ein AUS-Signal.
Der EIN-Zustand des Busses kann nur vorliegen, wenn alle Sendeschalter einen Ausgang EIN aufweisen, d.h. nicht leitend sind, so dass die Kombination von Sendeschaltern und Bus sich tatsächlich verhält wie eine UND-Schaltung für EIN-Signale.
Wenn der Ausgang 17 des Leseverstärkers 16 auf dem AUS-Pegel ist, während dem Eingang 23 kein positives Signal zugeführt wurde, kann dies nur, wenn in einer anderen Steuerschaltung die Sendeschalter leitend sind; damit lässt sich überprüfen, ob ein anderes Gerät eine Nachricht sendet bzw. gleichzeitig die Aufmerksamkeit des Busses beantragt.
Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer erfin-dungsgemässen Steuerschaltung.
Den Eingängen 50,51 wird aus dem Datenverarbeitungsteil eines Gerätes der Steuerschaltung Information zugeführt, meistens in Form zu übertragender Daten zu 50 und in Form einer Bestimmungsadresse zu 51. Diese Anschlüsse können beispielsweise durch einen Datenbus bzw. Adressenbus eines Mikroprozessors gebildet werden.
Die Information wird einer logischen Einheit 53 zugeführt, die den Transport auszusendender und zu empfangender Information überwacht und regelt auf an sich bekannte Weise. Eine Anzahl fester Programmierungsdaten sowie beispielsweise eine Identifikationsadresse sind dazu in einem Festwertspeicher (read only memory, ROM, PROM oder in einem vergleichbaren Speicher) 55 gespeichert, der mit der logischen Einheit verbunden ist.
Die auszusendende Information wird durch die logische Einheit 53 einem Impulsformer 56 zugeführt, der mit einer logischen Torschaltung gebildet ist, die dafür sorgt, dass die Impulse die entsprechend der Tafel I oder Tafel II erforder45
50
55
60
liehe Länge erhalten. Der Impulsformer ist dazu mit einem Taktimpulsgenerator 57 verbunden, der zugleich den Taktimpulsgenerator für die logische Einheit 53 bildet.
Der Impulsformer führt die Impulse mit der richtigen Länge, abgezählt in Anzahlen ganzer Taktimpulsperioden, den Sendeschaltern 59 zu, die mit Ausgängen 18,19 mit dem Bus 10 bzw. 11 verbunden sind. Für dieselben Punkte wie diejenigen aus den vorgehenden Figuren, sind hier dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
Ein an dem Bus vorhandenes Signal wird dabei einem Empfänger 61 zugeführt, der mit einer Ausgangspufferschaltung 63 verbunden ist mit einem Ausgang 65 zum Übertragen von Information zu dem Datenverarbeitungsteil des Gerätes. Dieser Ausgangspuffer 63 ist ebenfalls zu dessen Steuerung mit der logischen Einheit 53 verbunden.
Die Ausgangssignale des Impulsformers 56 sowie die des Empfängers 61 werden weiterhin einer Vergleichsschaltung 67 zugeführt, von der ein Ausgang 69 mit einem Eingang für ein Stop-Signal 71 der logischen Einheit 53 verbunden ist. Diese Vergleichsschaltung 67 liefert ein Stop-Signal, sobald die Ausgangssignale des Impulsformers 56 und des Empfängers 61 voneinander abweichen, und zwar wegen der Tatsache, dass ein anderes Gerät den Bus benutzt bzw. dadurch, dass ein anderes Gerät mit höherer Priorität gleichzeitig einen Busbenutzungsantrag einreicht, wie obenstehend beschrieben wurde.
Die eigentliche Form und der Inhalt der jeweiligen Torschaltungen, logischen Schaltungen, Speicher und Pufferregister ist für den Erfindungsgedanken nicht von Bedeutung. Damit werden Funktionen verwirklicht, die mit den Funktionen vergleichbar sind, die auch bei anderen Schaltungsanordnungen notwendig sind, wie beispielsweise diejenigen des in der Einleitung der Beschreibung beschriebenen Standes der Technik. Jeder Sachverständige kann und wird diese Funktion nach Bedürfnis verwirklichen.
Das Wesentliche der Erfindung liegt in der Wahl des Verhältnisses der Länge von «0»- und «1 »-Impulsen, welches Verhältnis grösser ist als 2,1, beispielsweise 2,4; 4 oder mehr, wodurch eine zuverlässige Informationsübertragung gewährleistet werden kann, trotz grosser Toleranzen in der Taktimpulsfrequenz des Taktimpulsgenerators 57, trotz Zeitunterschieden in der Flankendetektion von Flanken mit geringer Steilheit durch den Empfänger 61 und trotz Laufzeitunterschieden an der Busleitung.
Es stellt sich dabei heraus, dass es möglich ist, die Informationsübertragung mit derselben Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit wie die des Standes der Technik erfolgen zu lassen, trotz der Tatsache, dass namentlich im Hinblick auf Heimge-
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brauch mit äusserst preisgünstigen Mitteln gearbeitet werden muss, wobei die grossen Einsparungen in einer preisgünstigen gezwirnten Zweidrahtbusleitung ohne Abschirmung, in einfachen RC-gekoppelten Taktimpulsgeneratoren und in s dem Fortlassen kostspieliger Synchronisationsmittel an der Empfangsseite gefunden werden.
In der Praxis wurden die nachfolgenden Resultate erzielt:
Bei der gewählten Länge des Zeitschlitzes kann das lang-lo same Gerät ausser der Gemeininformation an Startbits, Modussymbol und Adressen noch ein Informationsbyte von beispielsweise 9 oder 12 Bits aussenden. Dies scheint auf den ersten Blick wenig, aber ist durchaus schnell genug für beispielsweise die Behandlung von Information eines Taktim-15 puises, gegebenenfalls über Infrarot- oder Ultraschallfernsteuerung. Dabei wird im allgemeinen nicht mehr als ein Zeichen je 100 Millisekunden (oder viel mehr) angeboten. Dies kann in nominell 7 und maximal 10 Millisekunden verarbeitet werden.
20 Ein Gerät in der Gruppe mit Modus 1 kann ausser der Gemeininformation bereits etwa 16 Bytes in nur einem Zeitschlitz senden und ein Gerät mit dem Modus 2 etwa 71. Im letzteren Fall wurde aus organisatorischen Gründen die Übertragung auf 26Bytes = 64 Bytes je Nachricht beschränkt. 25 Bei einer Taktimpulsfrequenz von 4,43 MHz, wie in diesem Beispiel angewandt, können diese Bytes zu je beispielsweise 8 Informationsbits und einem Paritätsbit mit einer Geschwindigkeit entsprechend 8,2 jis/Bit, d.h. etwa 120 KBaud gesendet werden.
30 Bei der gewählten Länge von 64 Bytes ergibt dies, einschliesslich Gemeinbits, eine mittlere Geschwindigkeit von etwa 10.000 Bytes/Sekunde. Bei einem längeren Zeitschlitz entsprechend 256 Bytes spielen die Gemeinbits prozentual praktisch keine Rolle mehr, so dass eine 120 kBaud entspre-35 chende Übertragungsgeschwindigkeit von etwa 13.000 Symbolen/Sekunde erreicht wird.
Anwendung der Erfindung beschränkt sich jedoch keineswegs auf derartige Geschwindigkeiten, die gewählte Geschwindigkeit ist in dem Beispiel wegen der Anwendung 40 von MOS-Logik gewählt worden.
Bei Flankenzeiten von etwa 1 jas ist jedoch eine Bitfrequenz von etwa 500 kBaud erreichbar und bei Anwendung steilerer Flanken entsprechend mehr. Im letzteren Fall ist im Hinblick auf Störungsanforderungen dann im allgemeinen 45 eine Abschirmung des Busses erforderlich.
Die erforderlichen elektronischen Schaltungen können einschliesslich der Sendeschalter in einer einzigen integrierten Schaltung untergebracht werden.
B
1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

  1. 656730
    2
    PATENTANSPRÜCHE
    1. Kommunikationsanlage zur Übertragung digitaler Information über einen Einkanal-Datenbus (1) zwischen zwei oder mehreren, mit dem Datenbus verbundenen, asynchron arbeitenden Geräten, von welchen jedes mindestens einen digitalen Datenverarbeitungsteil (3) aufweist, welcher mittels einer digitalen, einen Taktgenerator (57) für die Erzeugung eines periodischen Taktsignals aufweisenden Steuerschaltung (4) mit dem Datenbus (1) derart verbunden ist, dass Sendeschalter (59) in den Steuerschaltungen mit dem Datenbus (1) eine UND-Schaltung bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung derart eingerichtet ist, dass dann, wenn ein Gerät Informationsbits über den Datenbus (1) sendet, der Sendeschalter (59) zum Senden eines «0»-Impulses während eines Teils einer Informationsbitzeit eingeschaltet wird, welche Teilzeit länger als die Hälfte der Informationsbitzeit und länger als zwei Perioden des Taktsignals ist, und dass der Sendeschalter (59) zum Senden eines
    «1 »-Impulses während eines Teils der Bitzeit eingeschaltet wird, welche Teilzeit um mindestens einen Faktor 2,1 kürzer als die Umpulsdauer eines «0»-Impulses ist, wobei während eines «0»- oder eines «1»-Impulses der Datenbus (1) durch den eingeschalteten Sendeschalter (59) auf einen logischen «AUS»-Pegel gebracht wird.
  2. 2. Kommunikationsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (4) derart eingerichtet ist, dass dann, wenn der Datenverarbeitungsteil (3) eines Geräts Information zu senden hat, zunächst ein Busbenutzungsantrag gesendet wird, der aus einem Startimpuls und mindestens einem Adressenbit gebildet ist, wobei der Startimpuls eine Länge von mindestens der fünffachen Informationsbitzeit und das Adressenbit eine Länge von mindestens der anderthalbfachen Informationsbitzeit hat.
  3. 3. Kommunikationsanlage nach Anspruch 1 oder 2, zur Informationsübertragung zwischen Geräten mit Datenverarbeitungsteilen mit voneinander abweichenden Informationsbit-Sollzeiten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gerät mit einer kürzeren Informationsbitzeit mit Impulsen sendet, deren Länge der eigenen Informations-Sollzeit oder der längeren Informationsbit-Sollzeit eines langsameren empfangenden Gerätes entspricht.
  4. 4. Kommunikationsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein sendendes Gerät am Anfang einer Sendeperiode ein Modussymbol sendet, das mit mindestens einem Modusbit gebildet ist, dessen Bitzeit mindestens anderthalbmal länger als eine Informationsbitzeit ist, wobei das Modussymbol angibt, mit welcher Informationsbitzeit das sendende Gerät daraufhin sendet.
  5. 5. Kommunikationsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modussymbol nach dem Startbit und vor dem ersten Adressenbit gesendet wird.
  6. 6. Kommunikationsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenbuskanal mit zwei gezwirnten Leitern gebildet ist, die durch die Sendeschalter symmetrisch gesteuert werden.
  7. 7. Kommunikationsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenbuskanal derart abgeschlossen ist, dass die ansteigenden und senkenden Flanken ausgesendeter Impulse Flankenzeiten länger als 0,5 us aufweisen.
  8. 8. Gerät für eine Kommunikationsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale, die dem Gerät nach dem Anspruch 1 zukommen.
  9. 9. Steuerschaltung für ein Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Merkmale, die der Steuerschaltung nach dem Anspruch 1 zukommen.
  10. 10. Steuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folgeschaltung vorhanden ist, um die genannten Impulse in einer bestimmten Folge zu erzeugen.
  11. 11. Steuerschaltung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Empfangsteil zum Empfangen von über den Datenbus geleiteter Information und s zur Überprüfung aufweist, ob die von dem Sendeschalter dem Datenbus zugeführten Informationsimpulse nicht durch weitere, über den Datenbus geleitete Impulse gestört werden.
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