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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Überwachen
eines eine Master-Einheit und mindestens eine Slave-Einheit aufweisenden
Bus-Systems bezüglich
mindestens einer Referenzspannung bzw. der Taktfrequenz der Master- und
Slave-Einheiten.
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Bei
bekannten Datenübertragungsanordnungen,
insbesondere für
den Einsatz in Insassenschutzsystemen von Kraftfahrzeugen, ist eine
Mehrzahl von Slave-Einheiten bildenden Aufprallsensoren mit einer
die Master-Einheit darstellenden zentralen Steuereinheit verbunden.
Die Steuereinheit fragt die Aufprallsensoren während eines Polling-Betriebs wiederholt
ab und wartet auf eine aktive Rückmeldung
der einzelnen Aufprallsensoren bei einer ihnen jeweils zugeordneten
Bitstelle eines Datenworts. Die Meldung eines Sensors kann beispielsweise
das Überschreiten
eines vorgegebenen Beschleunigungsschwellwertes und/oder die Größe der aktuell gemessenen
Beschleunigung repräsentieren.
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Wenn
mehrere Sensoren Meldungen übermitteln
wollen, werden sie nacheinander von der Steuereinheit abgefragt.
Bei diesem sequentiellen Abruf der Daten ergibt sich insbesondere
bei Messwertaufnahmesystemen mit konstanter Abtastfrequenz das Problem,
das die sequentiell übertragenen
Messgrößendaten
zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen worden sind oder gemessen
sein können.
Bei der Auswertung der Messwerte muss dann dieser zeitliche Versatz
zwischen den einzelnen Messdaten von der Steuereinheit berücksichtigt
werden, um eine genaue Messdatenerfassung zu ermöglichen. Für die Messdatenerfassung ist
es daher wichtig, dass zumindest die Zeittaktgeber und/oder die
Spannungsreferenzen in den einzelnen Aufprallsensoren und sonstigen
Komponenten einer ständigen Überwachung
unterliegen, so dass fehlerhafte Abweichungen erkannt und dem Fahrzeuglenker
mitgeteilt werden.
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Bei
bisher bekannten Systemen können
jedoch Abweichungen der Spannungsreferenzen nicht erkannt werden.
Die Zeittaktgeber können
nur dann überwacht
werden, wenn die Taktgeber auch für die Datenübertragung selbst verwendet
werden. Wenn die Taktfrequenz zur Messdatenerfassung zu stark von
dem Takt für
die Datenübertragung
abweicht, ist eine Kommunikation mit der entsprechenden Komponente
nicht mehr möglich.
In den meisten Anwendungsfällen
ist dies jedoch der Fall.
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Die
DE 44 33 013 A1 beschreibt
ein Bussystem mit einer Master- und zumindest einer Slave-Einheit,
bei dem die Master-Einheit
Diagnoseaufgaben übernehmen
soll und in der Lage ist, Fehler im System zu erkennen. Es ist jedoch
weder konkret ausgesagt, welche Fehler gemeint sind, noch wie diese
erkannt werden. Ein dort offenbarter Datenaustausch findet lediglich
zwischen der Master-Einheit und einer Host-Einheit statt.
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In
der
DE 42 25 834 A1 sind
Fehleranalyseeinrichtungen in der Master- und der Slave-Einheit
eines Bussystems offenbart, die ankommende Datentelegramme mit abgespeicherten
Telegrammmustern vergleichen. Dieser Vergleich von auf dem Bus übertragenen
Daten mit erwarteten Daten findet in den Slave-Einheiten statt.
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Die
DE 196 40 937 A1 offenbart
die Überprüfung der
richtigen Wandlung eines Analog-Digital-Wandlers, indem an seinen
Eingang eine definierte Spannung gelegt und der Ausgangswert mit
einem erwarteten Wert verglichen wird. Dies geschieht alles innerhalb
einer Steuereinheit und nicht in einem Bussystems.
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In
der WO 98/22877 wird eine Taktfrequenz auf einem Bus gemessen und
eine entsprechende Anpassung der Systemkomponenten vorgenommen. Die Überwachung
wird dort selbständig
von einer Slave-Einheit vorgenommen und das Überwachungsergebnis an die
Host-Einheit übermittelt,
die dann die entsprechende Anpassung vornimmt.
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Beim
Bussystem der
DE 196
19 441 A1 soll durch eine Master-Einheit geprüft werden, ob bei einem Ausgang
einer Slave-Einheit
ein Kurzschluss oder eine Leitungsunterbrechung vorliegt. Zu diesem Zweck
wird der Strom auf den Busleitungen gemessen und überprüft, ob er über einem
Maximalreferenzwert und unter einem Minimalreferenzwert liegt und
daraus abgeleitet, dass gegebenenfalls ein Kurzschluss bzw. eine
Leitungsunterbrechung vorliegt. Der Strom auf dem Bus könnte zwar
als Systemgröße angesehen
werden, er dient jedoch nur als Mittel, um einen Kurzschluss oder
eine Leitungsunterbrechung festzustellen. Ein solcher Kurzschluss
oder eine solche Leitungsunterbrechung stellen jedoch keine Systemgrößen dar,
die mit Vergleichsgrößen verglichen
werden können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben,
bei der ein eine Master-Einheit und mindestens eine Slave-Einheit aufweisendes
Bus-Systems bezüglich
einer Referenzspannung bzw. der Taktfrequenz der Master- und Slave-Einheiten überwacht
werden kann, das dabei einfach und kostengünstig arbeitet bzw. aufgebaut
ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren gemäß der nebengeordneten
Patentansprüche
1 und 2 bzw. durch eine Anordnung gemäß der nebengeordneten Patentansprüche 9 und
10. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind
Gegenstand von Unteransprüchen.
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Durch
das Abfragen einer Referenzspannung bzw. der Taktfrequenz der Master-
und Slave-Einheiten im gesamten Bus-System lassen sich diese Systemgrößen (Referenzen)
miteinander vergleichen. Damit ist es nicht nur möglich, eine
Aussage darüber
zu treffen, ob zwei Referenzen unterschiedliche Werte haben, sondern
es ist auch eine Aussage darüber
möglich,
welche Referenz- und damit, welche Systemgröße von ihrem Sollwert abweicht.
Außerdem
sind in der Bus-Komponente beispielsweise nur jeweils eine Taktreferenz
und eine Spannungsreferenz notwendig.
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Erreicht
wird dies bei einem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei einer
erfindungsgemäßen Anordnung
dadurch, dass die Referenzspannung bzw. die Taktfrequenz der Master-
und Slave-Einheiten
jeweils bei der Master-Einheit und bei der mindestens einen Slave-Einheit
durch die Master-Einheit abgefragt wird, die abgefragten Systemgrößen durch die
Master-Einheit jeweils mit einer Referenzgröße verglichen wird und bei
Abweichung der Referenzspannung bzw. der Taktfrequenz von der Referenzgröße um einen
bestimmten Wert ein Fehlersignal erzeugt wird.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung werden Zeitgeber in den Slave-Einheiten
und der Master-Einheit durch die Master-Einheit gestartet, wobei die Zeitgeber
nach einer bestimmten Zeitdauer durch die Master-Einheit wieder
gestoppt werden und die Zählwerte
der jeweiligen Zeitgeber an die Master-Einheit übertragen werden.
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Alternativ
dazu können
die Zeitgeber in den Slave-Einheiten und der Master-Einheit durch
die Master-Einheit gestartet werden, wobei die Zeitgeber nach einer
bestimmten Anzahl von Taktzyklen von selbst stoppen und dabei ein
entsprechendes Ende-Signal an die Master-Einheit senden. Die Master-Einheit
bestimmt dann die jeweilige Zeit zwischen Starten und Stoppen der
Zeitgeber.
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Zum
Abfragen der Referenzspannung als Systemgröße wird bei einer Weiterbildung
der Erfindung über
den Systembus die Versorgungsspannung an die Slave-Einheiten übertragen
und die Versorgungsspannung dann als Vergleichsgröße vorgesehen,
wenn alle Pegel am Bus eine geringe Stromaufnahme am Bus hervorrufen.
Dabei kann die Master-Einheit sich und die Slave- Einheit(en) derart steuern, dass eine
geringe Stromaufnahme am Bus gegeben ist und alle Slave-Einheiten
und die Master-Einheit
die Spannung zur gleichen Zeit messen.
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Alternativ
können
die Slave-Einheit(en) auch Stromimpulse, die proportional zur Referenzspannung
sind, erzeugen und diese zum Vergleich an die Master-Einheit senden.
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Schließlich wird
bevorzugt als Referenzgröße der jeweilige
Wert der Systemgröße der Master-Einheit
verwendet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 die
Struktur eines eine Master-Einheit und mehrere Slave-Einheiten aufweisendes Bus-System
zur Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. der erfindungsgemäßen Anordnung,
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2 den
Befehlsrahmen des Bus-Systems nach 2 und
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3 den
Spannungspegelverlauf auf den Busleitungen des Bus-Systems nach 2,
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 sind vier ausgelagerte Messwertaufnehmer 1 bis 4 (Slave-Einheiten) über einen
gemeinsamen Daten- und Steuerbus 5 mit einer zentralen
Steuereinheit 6 (Master-Einheit) verbunden. Die Messwertaufnehmer 1 bis 4 sind
dabei Beschleunigungssensoren bei einem Insassenschutzsystem für Kraftfahrzeuge.
Die Messwertaufnehmer 1 bis 4 sind am Fahrzeug
an unterschiedlichen Stellen angeordnet, um dort die auftretenden
Beschleunigungen zu messen und bei Überschreiten kritischer Werte
dies der Steuereinheit 6 melden. Die Steuereinheit 6 wertet
die von den Messwertaufnehmern 1 bis 4 erhaltenen
Daten aus und löst
bei Erkennen eines Aufpralls ein oder mehrere Insassenschutzmittel
(Airbag, Gurtstraffer, etc.) aus.
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Die
Steuereinheit 6 erzeugt unterschiedliche Kommandos, und
sendet diese über
den Daten- und Steuerbus 5 zu den Messwertaufnehmern 1 bis 4. Die
in den Messwertaufnehmern 1 bis 4 enthaltenen Steuereinrichtungen
(Prozessoren, Microcontroller, festverdrahtete Logik usw.) werten
und führen
die über
den Daten- und Steuerbus 5 empfangenen Befehle aus. Derartige
Befehle sind beispielsweise ein Befehl zum Starten der Messwertaufnahme
(synchron für
alle Messwertaufnehmer 1 bis 4) oder ein Befehl
zum Durchführen
des Diagnosebetriebs (beispielsweise Eigendiagnose und/oder Rückübermittlung
spezieller Diagnosewerte).
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Beim
gezeigten Ausführungsbeispiel
wird ein Datenwort mit 8 Bit Breite von der Steuereinheit 6 generiert,
die die Master-Einheit
eines Master-Slave-Systems darstellt, und über den Daten- und Steuerbus 5 parallel
an alle Messwertaufnehmer 1 bis 4 ausgegeben,
die die Slave-Einheiten des Master-Slave-Systems darstellen.
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Der
Befehlsrahmen umfasst gemäß 2 beispielsweise
acht Steuerbits b0 bis b7 sowie vier Datenbytes Data1 bis Data4.
Die Belegung der Steuerbits sieht dabei beispielsweise vor, das
Bit b7 als Startbit, die Bits b6 und b5 als Kommandobits, das Bit b4
als Paritybit sowie die Bits b3 bis b0 als Adressbits zu verwenden.
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Alle
Messwertaufnehmer 1 bis 4, die an den Daten- und
Steuerbus 5 angeschlossen sind, starten die Messwerterfassung,
wenn das Bit b7 Low (L) ist. Welcher Messwertaufnehmer bzw. welche
Messwertaufnehmer gezielt von der Steuereinheit 6 abgefragt
wird – werden,
bestimmt die mittels der Bits b0 bis b3 codierte Adresse. Es kann
Messwertaufnehmer geben, die während
der Messwerterfassung einen erhöhten
Energieverbrauch haben. Diese Messwertaufnehmer werten vorzugsweise
zusätzlich
zu dem Bit b7 noch die Adresse b0 bis b3 aus und starten die Messwerterfassung
erst dann, falls ihre Adresse als Adresse b0 bis b3 erscheint. Damit
kann sichergestellt werden, dass nur die Messwertaufnehmer aktiviert
werden, die auch einen neuen Messwert liefern sollen. In den folgenden
Datenbytes Data1 bis Data4 können
die Messwertaufnehmer 1 bis 4 ihre Messwerte an
die Steuereinheit 6 übermitteln.
Mit welchem Byte bzw. in welchem Bit ein Messwertaufnehmer 1 bis 4 antwortet,
wird vorher von der Steuereinheit 6 beispielsweise während des
Systemstarts oder in einer Initialisierungsphase beim ersten Systemstart
festgelegt.
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Zusätzlich zu
den durch die Bits b5 und b6 festgelegten drei Kommandotypen Polling,
Lesen und Schreiben lässt
sich mit dem Bit b7 die Messwerterfassung aktivieren (Low = L) bzw.
deaktivieren (High = H).
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Beim
Empfang eines Steuerwortes mit einem auf Low (L) gesetzten Bit b7
schalten die Messwertaufnehmer 1 bis 4 sofort
nach Erkennen des Low-Zustandes (L) zeitsynchron auf Messwertaufnahme
um, sofern es sich nicht wie oben um eine Ausnahmeadresse handelt.
Je nach benötigter Messzeit
können
die Bits b3 bis b0 unbenutzt bleiben oder sofort zur Rückmeldung
von Informationen von den einzelnen Messwertaufnehmern 1 bis 4 zur
Steuereinheit 6 verwendet werden. Derartige Rückmeldungen
können
beispielsweise besondere Situationen betreffen wie etwa "erfasster Messwert
im zulässigen,
unkritischen Bereich" oder "erfasster Messwert
kritisch/selektive Abfrage erforderlich" betreffen. Hierbei ist den Messwertaufnehmern 1 bis 4 beispielsweise
selektiv jeweils eines der Bits b3 bis b0 als Adresse a zugeordnet,
während
das Bit b4 ein Paritätsprüfbit p darstellt.
Die Messwertaufnehmer 1 bis 4 melden in diesem
Fall ihre Informationen in Form eines entsprechenden Impulses bei
der Ihnen jeweils zugeordneten Bitstelle. In diesem Fall signalisieren
die ersten drei Bits b7 bis b5 "LLL" nicht nur das Messkommando
sondern zugleich auch ein Polling-Kommando.
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Sofern
für die
Messwertgewinnung und/oder Übertragung
eine längere
Zeitdauer benötigt
wird, werden die jeweils gleichzeitig gewonnenen Messdaten in den
Messwertaufnehmern 1 bis 4 zwischengespeichert.
Die Steuereinheit 6 generiert dann ein Abfragekommando
(beispielsweise in Form eines Polling-Kommandos), dessen erste drei Bits beispielsweise
gleich "HLL" sind. Die Messwertaufnehmer 1 bis 4 sind
derart ausgelegt, dass sie bei Empfang eines solchen Abfrage-/Polling-Kommandos während der
ihnen zugeordneten nachfolgenden Bitstelle (b3 bis b0) ihre Meldung
abgeben, wenn ihr Messwert unkritisch ist. Wenn der Messwert jedoch
kritisch ist, wird kein Meldesignal bei der dem betreffenden Messaufnehmer 1 bis 4 zugeordneten
Bitstelle abgesetzt, woraufhin die Steuereinheit 6 selektiv
den oder die sich nicht meldenden Aufnehmer adressiert (Bits b7 bis
b5 = "HLH") und ihnen eine
Mehr-Bit-Übertragung ihrer
Messdaten ermöglicht.
Alternativ können
die einzelnen Messaufnehmer nach dem Messkommando sequentiell – ohne vorheriges
Polling-Kommando – adressiert/abgefragt
werden.
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Die
Messwertaufnehmer 1 bis 4 sind so ausgelegt, dass
sie bei Empfang eines Diagnosekommandos (Bits b7 bis b54 = "HHH") ihren Messbetrieb beenden,
wodurch ihre Leistungsaufnahme verringert wird. Die Bitstellen b3
bis b0 können
nun zur Übermittlung
spezieller Diagnosebefehle und/oder zur Rückmeldung von durch die einzelnen
Messwertaufnehmer 1 bis 4 ermittelten Diagnoseergebnissen benutzt
werden oder auch unbenutzt bleiben. Es ist auch eine Diagnose mit
Messwerterfassung möglich (Bits
b7 bis b5 = "LHH").
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Um
analoge Messwerte in digitale Informationen umwandeln zu können, ist
ein Analog-Digital-Umsetzer notwendig. Dieser benötigt seinerseits eine
genaue Spannungsreferenz. Deshalb ist auch in jeder Buskomponente,
die analoge Messwerte erfast, eine genaue Spannungsreferenz enthalten.
Um diese Spannung überwachen
zu können,
ist eine zweite Referenzquelle notwendig. Mit dieser lässt sich
wenigstens die Abweichung einer der beiden Spannungsreferenzen feststellen.
In einem Bus-System,
bei dem auch die Energieversorgung über den Bus erfolgt, lässt sich
die Spannungsüberwachung ohne
eine zweite Referenzspannungsquelle in den einzelnen Komponenten
erreichen. Da die Information von der Master-Einheit zu den Slave-Einheiten der Versorgungsspannung überlagert
ist, kann unter bestimmten Bedingungen die Versorgungsspannung als
Referenzspannung dienen.
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In 3 sind
die unterschiedlichen Spannungspegel, die auf zwei Busleitungen
a, b des in 1 gezeigten Bussystems vorhanden
sind. Die Versorgung der Slave-Einheiten 1 bis 4 mit
Energie erfolgt dabei nur zu den Zeitabständen, in denen hohe Spannungspegel
(z. B. 10 V, 2,5 V) auf den Busleitungen vorhanden sind. In den
Zeitabständen, in
denen niedrige Spannungspegel (z. B. 7,5 V, 0 V) auf den Busleitungen
sind, fließt
praktisch kein Strom und es gibt damit keine nennenswerten Spannungsabfälle auf
den Busleitungen. Während
dieser Zeitabschnitte kann die Spannung als Referenz für alle Komponenten
am Bus verwendet werden.
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Mit
Hilfe eines entsprechenden Kommandos (z. B. das in 2 gezeigte
Kommando) werden alle Slave-Einheiten und die Master-Einheit dazu
veranlasst, zum gleichen Zeitpunkt die Spannung während des
Low-Pegels L zu messen. Die Master-Einheit (Steuereinheit 6)
fragt nach der Messung alle Werte von jeder Slave-Einheit (Messwertaufnehmer 1 bis 4) ab
und vergleicht sie gegeneinander mit ihrem eigenen Messwert. Wenn
größere Abweichungen
der einzelnen Messwerte untereinander auftreten, kann das verschiedene
Ursachen haben. Zum einen können die
Spannungsreferenzen in den einzelnen Komponenten von ihrem Sollwert
abweichen oder der zugehörige
Analog-Digital-Umsetzer
ist defekt. Jedenfalls ist ein Fehlverhalten der jeweiligen Slave-Einheit (Messwertaufnehmer 1 bis 4)
durch diese Art der Spannungsmessung festzustellen und es kann als Folge
dessen ein Warnsignal an den Fahrer ausgegeben werden.
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Eine
andere Möglichkeit,
die Referenzspannung in den Slave-Einheiten zu erfassen ist, die Informationen
der Slave-Einheiten
als Stromimpulse an die Master-Einheit zu senden. Wenn nun die Amplituden
dieser Stromimpulse proportional der Amplitude der Referenzspannungen
sind, kann also der Master direkt die Amplituden der Referenzspannungen
ermitteln. Jeder Slave-Einheit ist ein bestimmtes Bit für die Rückantwort
in einem Polling-Kommando zugewiesen. Mit Hilfe dieser Kommando-Struktur ist es nun
möglich,
mehrere Slave-Einheiten zum gleichen Zeitpunkt abzufragen.
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Bei
der Zeitreferenzerfassung sendet zu Beginn die Master-Einheit einen globalen
Startbefehl an alle Slave-Einheiten. Damit starten zur gleichen
Zeit alle Slave-Einheiten einen Timer (Zeitgeber), der mit einem
eigenen internen Takt getaktet wird. Alle Timer werden entweder
durch das Ende des Startbefehls oder durch einen globalen Stoppbefehl
angehalten. Anschließend
fragt die Master-Einheit nacheinander die Inhalte der einzelnen
Timer ab und vergleicht die Werte miteinander sowie mit seiner eigenen
Taktreferenz. Durch diesen Vergleich ist es möglich, festzustellen, ob und
welcher Zeittakt von seinem Sollwert abweicht. Da es auch Slave-Einheiten
geben kann, die einen langsameren Zeittakt haben als die Master-Einheit,
erhalten diese Slave-Einheiten einen eigenen Stoppbefehl, damit
auch diese mit dem Takt der Master-Einheit verglichen werden können. Alternativ
kann auch jeder Slave-Einheit
ein separater Start- und/oder Stoppbefehl zugeführt werden.
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Alternativ
kann die Timerlänge
in den einzelnen Slave-Einheiten
dadurch begrenzt werden, dass die zu messende Slave-Einheit einen
Startbefehl erhält.
Im gleichen Befehlsrahmen werden dann ausschließlich High-Bits (H) bzw. ausschließlich Low-Bits
(L) gesendet. Während
dieser Sendezeit meldet sich die Slave-Einheit nach einer bestimmten Anzahl
von Taktzyklen des eigenen Taktes (beispielsweise 100 Takte) mit
einem Stromimpuls. Durch diese Verfahrensweise wird der Schaltungsaufwand
in der Master-Einheit zwar erhöht,
jedoch verringert sich der Aufwand in den Slave-Einheiten und ab
einer gewissen Anzahl von Slave-Einheiten ist der Schaltungsaufwand
insgesamt geringer.
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Durch
eine erfindungsgemäße Struktur
des Busses und/oder die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens
sind mit geringem Aufwand die entsprechenden Referenzen der Slave-Einheiten
mit hoher Genauigkeit zu überwachen.