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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Der
Steuer-Baustein wird im allgemeinen durch einen Mikrocontroller
gebildet, kann aber beispielsweise auch ein Mikroprozessor, ein
Signalprozessor, eine State Machine, oder eine sonstige Steuervorrichtung
sein.
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Im
Mikrocontroller wird ein Steuerprogramm ausgeführt, durch welches festgelegt
wird, wie die am Power-Baustein angeschlossenen elektrischen Verbraucher
anzusteuern sind. Der Mikrocontroller steuert die Verbraucher jedoch
nicht selbst an, sondern tut dies über den Power-Baustein.
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Der
Power-Baustein tut im wesentlichen nichts anderes, als die an ihm
angeschlossenen elektrischen Verbraucher entsprechend den Vorgaben des
Mikrocontrollers anzusteuern.
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Solche
Anordnungen kommen beispielsweise zum Einsatz, wenn der Mikrocontroller
nicht in der Lage ist, die elektrischen Verbraucher selbst anzusteuern.
Dies ist insbesondere der Fall, wenn die den Verbrauchern zuzuführenden
Spannungen und/oder Ströme
so groß sind,
daß sie
der Mikrocontroller nicht selbst erzeugen kann oder nur mit einem
nicht vertretbaren Aufwand selbst erzeugen könnte.
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Solche
Anordnungen werden beispielsweise, aber nicht ausschließlich in
Kraftfahrzeug-Steuergeräten
eingesetzt. Kraftfahrzeug-Steuergeräte müssen unter anderem eine ganze
Reihe von Verbrauchern durch Zuführen
von Energie und Unterbrechung der Energiezufuhr steuern. Die meisten
Verbraucher müssen
dabei mit so hohen Spannungen (beispielsweise 12 V) und/oder so
hohen Strömen (beispielsweise
1 A und größer) versorgt werden, daß sie nicht
von einem Mikrocontroller, aber sehr wohl von einem Power-Baustein
erzeugt werden können.
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Der
Power-Baustein ist durch den Mikrocontroller konfigurierbar, und
bekommt vom Mikrocontroller das Timing für die Verbraucher-Ansteuerung vorgegeben.
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Die
Konfigurierung des Power-Bausteins erfolgt durch die Übertragung
von im folgenden als Kontrolldaten bezeichneten Daten an den Power-Baustein.
Durch die Konfigurierung des Power-Bausteins kann in diesem beispielsweise
eingestellt werden, ob er im normalen Modus oder in einem besonderen
Modus, beispielsweise im Sleep-Modus arbeiten soll.
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Die
Vorgabe des Timings für
die Verbraucher-Ansteuerung erfolgt durch die Übertragung von im folgenden
als Verbrauchersteuerdaten bezeichneten Signalen oder Daten an den
Power-Baustein.
Als Verbrauchersteuerdaten können
beispielsweise von einem Timer des Mikrocontrollers erzeugte pulsweitenmodulierte
Signale verwendet werden.
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Es
gibt Power-Bausteine, die zusätzlich
an den Mikrocontroller Statusinformationen übermitteln, durch welche dem
Mikrocontroller im Power-Baustein herrschende Zustände oder
auftretende Ereignisse signalisiert werden. Die Statusinformationen werden
durch die Übertragung
von im folgenden als Diagnosedaten bezeichnete Daten an den Mikrocontroller übermittelt.
Durch diese Diagnosedaten kann dem Mikrocontroller beispielsweise
signalisiert werden, daß ein
Verbraucher zu viel Strom zieht, oder daß eine Übertemperatur vorliegt.
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Bei älteren Anordnungen
der vorstehend beschriebenen Art stellte unter anderem die Übertragung
der Verbrauchersteuerdaten ein Problem dar: bis vor nicht allzulanger
Zeit erfolgte die Übertragung derart,
daß für jeden
der am Power-Baustein
angeschlossenen Verbraucher auf einer eigenen Leitung ein eigenes
pulsweitenmoduliertes Signal zum Power- Baustein übertragen wurde. Diese Art
der Verbrauchersteuerdaten-Übertragung
erwies sich als nachteilig, weil der Mikrocontroller und der Power-Baustein
in diesem Fall über
sehr viele Leitungen miteinander verbunden sein müssen und
eine entsprechend große
Anzahl von Ein- und/oder Ausgabe-Anschlüssen aufweisen
müssen.
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Dieses
Problem wurde durch die Entwicklung des sogenannten Microsecond-Busses
abgeschwächt.
Der Microsecond-Bus weist die Besonderheit auf, daß die früher parallel
zum Power-Baustein übertragenen
Verbrauchersteuer-Signale in regelmäßigen zeitlichen Abständen, beispielsweise
in zeitlichen Abständen
von 1 μs
abgetastet werden, und daß die
Abtastwerte über
einen einzigen Übertragungskanal
seriell zum Power-Baustein übertragen werden.
Der Power-Baustein rekonstruiert aus den ihm zugeführten Daten
die abgetasteten pulsweitenmodulierten Signale und steuert die an
ihm angeschlossenen Verbraucher entsprechend an. Dadurch läßt sich
eine erhebliche Reduzierung der zwischen dem Mikrocontroller und
dem Power-Baustein vorzusehenden Leitungen erzielen und entsprechend
geringer ist auch die Anzahl der vorzusehenden Ein- und/oder Ausgabeanschlüsse des
Mikrocontrollers und des Power-Bausteins.
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Der
prinzipielle Aufbau einer Anordnung, bei welcher ein Mikrocontroller
und ein Power-Baustein über
einen Microsecond-Bus miteinander verbunden sind, ist in 1 veranschaulicht.
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Die 1 zeigt
einen Mikrocontroller MC, einen Power-Baustein PC, und einen den
Mikrocontroller und den Power-Baustein verbindenden Microsecond-Bus
MSB.
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Die
Anordnung gemäß 1 enthält darüber hinaus
einen oder mehrere elektrische Verbraucher, die am Power-Baustein
angeschlossen sind und von diesem entsprechend den Vorgaben des
Mikrocontrollers MC gesteuert werden. Diese elektrischen Verbraucher
sind in der 1 jedoch nicht gezeigt.
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Der
Mikrocontroller MC enthält
eine CPU CPU, einen Timer T, einen Microsecond-Bus-Controller MSC,
und diverse weitere Einheiten P1 bis Pn, wobei die genannten Komponenten über einen
internen System-Bus SYSBUS miteinander verbunden sind.
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Der
Timer T erzeugt das Timing der Verbraucher-Ansteuerung vorgebende
pulsweitenmodulierten Signale, und führt diese über den System-Bus SYSBUS dem
Microsecond-Bus-Controller MSC zu. Der Timer erzeugt im betrachteten
Beispiel insgesamt 16 Ausgangssignale, von welchen jedes ein Bit umfaßt, und
anzeigt, ob eine im Timer eingestellte, dem jeweiligen Timer-Ausgangssignal zugeordnete Bedingung
erfüllt
ist oder nicht. Die Timer-Ausgangssignale werden in bestimmten zeitlichen
Abständen, beispielsweise
in zeitlichen Abständen
von 1 μs
zum Microsecond-Bus-Controller MSC übertragen, welcher diese Signale
seriell über
den Microsecond-Bus MSB zum Power-Baustein PC überträgt.
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Der
Microsecond-Bus MSB umfaßt
einen ersten Übertragungskanal
TC1 und einen zweiten Übertragungskanal
TC2, wobei der erste Übertragungskanal
TC1 aus Leitungen DATA1a, DATA1b, CLK1, und CS1 besteht, und wobei
der zweite Übertragungskanal
TC2 aus Leitungen DATA2, CLK2, und CS2 besteht.
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Über die
Leitung CLK2 überträgt der Mikrocontroller
MC zum Power-Baustein PC ein Übertragungstaktsignal.
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Über die
Leitung DATA2 überträgt der Mikrocontroller
MC zum Power-Baustein PC im Takt des über die Leitung CLK2 übertragenen Übertragungstaktsignals
seriell die jeweils aktuellen Pegel der Timer-Ausgangssignale, also
die Verbrauchersteuerdaten.
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Über die
Leitung CS2 überträgt der Mikrocontroller
MC zum Power-Baustein PC ein Chip-Select-Signal, durch welches dem
Power-Baustein der Beginn und das Ende der Übertragung von für den Power-Baustein
bestimmten Daten über
die Leitung DATA2 signalisiert wird.
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Über die
Leitung CLK1 überträgt der Mikrocontroller
MC zum Power-Baustein PC ein Übertragungstaktsignal.
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Über die
Leitung DATA1a überträgt der Mikrocontroller
MC zum Power-Baustein PC im Takt des über die Leitung CLK1 übertragenen Übertragungstaktsignals
seriell Kontrolldaten, und synchron hierzu überträgt der Power-Baustein PC über die
Leitung DATA1b zum Mikrocontroller seriell Diagnosedaten.
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Über die
Leitung CS1 überträgt der Mikrocontroller
MC zum Power-Baustein PC ein Chip-Select-Signal, durch welches dem
Power-Baustein der Beginn und das Ende der Übertragung von für den Power-Baustein
bestimmten Daten über
die Leitung DATA1a signalisiert wird.
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Wie
aus den vorstehenden Erläuterungen
ersichtlich ist, läßt sich
durch die Verwendung des Microsecond-Bus die Anzahl der Leitungen
zwischen dem Mikrocontroller MC und dem Power-Baustein PC und damit
auch die Anzahl der Ein- und/oder Ausgabeanschlüsse des Mikrocontrollers und
des Power-Bausteins erheblich verringern. Zwischen dem Mikrocontroller
MC und dem Power-Baustein PC sind nur noch 7 Leitungen vorzusehen;
bei der Übertragung
der Timer-Ausgangssignale über
jeweils eine eigene Leitung wären
alleine schon für
die Übertragung
der Timer-Ausgangssignale 16 Leitungen vorzusehen.
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Weitere
Verbesserungen lassen sich erzielen, wenn der Power-Baustein und der
Mikrocontroller über
den sogenannten Microsecond-Bus der zweiten Generation miteinander
verbunden sind. Eine Anordnung, bei welcher dies der Fall ist, ist
in 2 dargestellt.
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Die
in der 2 gezeigte Anordnung enthält einen Mikrocontroller MCN,
einen Power-Baustein PCN, und einen die genann ten Bausteine miteinander
verbindenden modifizierten Microsecond-Bus MSBN.
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Die
Anordnung gemäß 2 enthält darüber hinaus
einen oder mehrere elektrische Verbraucher, die am Power-Baustein
PCN angeschlossen sind und von diesem entsprechend den Vorgaben
des Mikrocontrollers MC gesteuert werden. Diese elektrischen Verbraucher
sind in der 2 jedoch nicht gezeigt.
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Der
modifizierte Microsecond-Bus MSBN ist der erwähnte Microsecond-Bus der zweiten
Generation und wird im folgenden der Einfachheit halber als Microsecond-Bus
bezeichnet. Dies bedeutet jedoch nicht, daß es hierbei um den vorstehend
unter Bezugnahme auf die 1 beschriebenen Microsecond-Bus
handelt. Der hier im folgenden beschriebene Microsecond-Bus der
zweiten Generation weist gegenüber
dem eingangs beschriebenen Microsecond-Bus der ersten Generation
eine ganze Reihe von später
noch genauer beschriebenen Unterschieden auf.
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Der
Mikrocontroller MCN enthält
eine CPU CPU, einen Timer T, einen Microsecond-Bus-Controller MSCN,
und diverse weitere Einheiten P1 bis Pn, wobei die genannten Komponenten über einen
internen System-Bus SYSBUS miteinander verbunden sind, und wobei
der Timer T und der Microsecond-Bus-Controller MSCN über zusätzliche
interne Busse ALTIN0 und ALTIN1 miteinander verbunden sind.
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Der
Timer T erzeugt die zum Power-Baustein PC zu übertragenen Timer-Ausgangssignale,
und führt
diese dem Microsecond-Bus-Controller
MSCN über
die Busse ALTIN0 und ALTIN1 zu. Der Timer erzeugt im betrachteten
Beispiel insgesamt 32 Ausgangssignale, von welchen jedes ein Bit
umfaßt,
und anzeigt, ob eine im Timer eingestellte, dem jeweiligen Timer-Ausgangssignal
zugeordnete Bedingung erfüllt
ist oder nicht. Die Timer-Ausgangssignale werden in bestimmten zeitlichen
Abständen,
beispielsweise in zeitlichen Abständen von 1 μs zum Microsecond-Bus-Controller
MSCN übertragen,
welcher diese Signale seriell über
den Microsecond-Bus MSB zum Power-Baustein PC überträgt.
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Der
Microsecond-Bus MSBN umfaßt
einen ersten Übertragungskanal
TCN1 und einen zweiten Übertragungskanal
TCN2, wobei der erste Übertragungskanal
TCN1 aus einer einzigen Leitung SDI besteht, und wobei der zweite Übertragungskanal TCN2
aus Leitungen SO, FCL, und EN besteht.
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Über die
Leitung FCL überträgt der Mikrocontroller
MC zum Power-Baustein PC ein Übertragungstaktsignal.
Die Leitung FCL entspricht der Leitung CLK2 der in der 1 gezeigten
herkömmlichen
Anordnung. Allerdings wird das über
die Leitung FCL übertragene Übertragungstaktsignal
im allgemeinen eine höhere
Frequenz haben als der über
die Leitung CLK2 übertragene Übertragungstaktsignal.
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Über die
Leitung SO überträgt der Mikrocontroller
MC zum Power-Baustein PC im Takt des über die Leitung FCL übertragenen Übertragungstaktsignals
seriell Verbrauchersteuerdaten und Kontrolldaten. Die Verbrauchersteuerdaten
haben den selben Inhalt wie die über
die Leitung DATA2 der in der 1 gezeigten
Anordnung übertragenen
Daten. Allerdings können
zwischen den Verbrauchersteuerdaten Kontrolldaten übertragen
werden. Die Übertragung
der über
die Leitung SO zu übertragenden
Daten erfolgt also im Zeitmultiplex. Dies wird später noch
genauer beschrieben.
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Über die
Leitung EN überträgt der Mikrocontroller
MC zum Power-Baustein PC ein Chip-Select-Signal, durch welches dem
Power-Baustein der Beginn und das Ende der Übertragung von für den Power-Baustein
bestimmten Daten über
die Datenleitung SO signalisiert wird. Die Leitung EN entspricht der
Leitung CS2 der in der 1 gezeigten herkömmlichen
Anordnung.
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Über die
Leitung SDI überträgt der Power-Baustein
PC zum Mikrocontroller seriell Diagnosedaten. Die Übertragung
der Diagnosedaten erfolgt vorzugsweise asynchron. Diese und andere Übertragungsmöglichkeiten
werden später
noch genauer beschrieben.
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Wie
erwähnt
werden die über
die Leitung SO zu übertragenden
Daten, also die Verbrauchersteuerdaten und die Kontrolldaten im
Zeitmultiplex übertragen.
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Der
Microsecond-Bus-Controller MSCN generiert intern Zeitfenster konstanter
Länge und überträgt in jedem
Zeitfenster entweder Verbrauchersteuerdaten, Kontrolldaten, oder
keine Daten. Mit der Übertragung
der jeweils zu übertragenden
Daten wird immer zu Beginn eines Zeitfensters begonnen. Die Übertragung
der Verbrauchersteuerdaten erfolgt im betrachteten Beispiel so,
daß einem
Zeitfenster, in welchem Verbrauchersteuerdaten zum Power-Baustein übertragen
wurden, immer n Zeitfenster folgen, in welchem keine Verbrauchersteuerdaten
zum Power-Baustein übertragen
werden, so daß also
in jedem n + 1-ten Zeitfenster Verbrauchersteuerdaten zum Power-Baustein übertragen
werden. n ist eine durch die CPU des Mikrocontrollers einstellbarer Wert,
und liegt im betrachteten Beispiel zwischen 0 und 15. In den Zeitfenstern,
die nicht für
die Übertragung
von Verbrauchersteuerdaten reserviert sind, können Kontrolldaten zum Power-Baustein übertragen
werden.
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Ein
Sonderfall liegt vor, wenn n = 0 ist. In diesem Fall existieren
keine Zeitfenster, die nicht für
die Übertragung
von Verbrauchersteuerdaten reserviert sind. Daher wird bei n = 0
so vorgegangen, daß die Übertragung
von Kontrolldaten Vorrang vor der Übertragung von Verbrauchersteuerdaten
hat. D.h., wenn im Microsecond-Bus-Controller MSCN zum Power-Baustein
zu übertragende
Kontrolldaten vorliegen, werden diese Kontrolldaten anstelle der
eigentlich zu übertragenden
Verbrauchersteuerdaten übertragen.
Daß die Übertragung
von Kontrolldaten Vorrang vor der Übertragung von Verbaucher steuerdaten
hat, kann auch vorgesehen werden, wenn n zwischen 1 und 15 liegt.
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Die
pro Zeitfenster übertragenen
Verbrauchersteuerdaten umfassen im betrachteten Beispiel jeweils
32 Bits, von welchen jedes für
die Steuerung eines anderen Verbrauchers bestimmt ist; der Mikrocontroller
kann im betrachteten Beispiel bis zu 32 Verbraucher steuern. Die
pro Zeitfenster übertragenen
Kontrolldaten umfassen im betrachteten Beispiel ebenfalls jeweils
32 Bits, können
aber auch mehr Bits oder weniger Bits umfassen. Sowohl die Verbrauchersteuerdaten
als auch die Kontrolldaten werden zusammen mit einer Information übertragen,
anhand welcher der Power-Baustein ermitteln kann, ob es sich bei
den jeweils übertragenen
Daten um Verbrauchersteuerdaten oder um Kontrolldaten handelt.
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 der Aufbau
des Teils des Microsecond-Bus-Controllers MSCN beschrieben, welcher die über die
Leitungen FCL, SO, und EN übertragenen
Daten auf diese Leitungen ausgibt.
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Der
gezeigte Teil des Microsecond-Bus-Controllers MSCN umfaßt eine
Steuereinrichtung CTRL, eine Schieberegister SRH und SRL umfassende Schieberegistereinheit
SR, Auswahleinrichtungen SELH und SELL, ein Datenregister DD, und
ein Kommandoregister DC.
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Die
Steuereinrichtung CTRL
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- – erzeugt
aus einem der Steuereinrichtung zugeführten Taktsignal fMSC das über die
Leitung FCL zu übertragenden Übertragungstaktsignal
und gibt dieses auf die Leitung FCL aus,
- – erzeugt
das über
die Leitung EN zu übertragende
Chip-Select-Signal
und gibt dieses auf die Leitung EN aus, und
- – steuert
die Schieberegistereinheit SR.
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Das
Kommandoregister DC ist ein 32 Bits umfassendes Register, in welchem
zum Power-Baustein zu übertragende
Kontrolldaten gespeichert werden. Diese Daten werden durch die CPU
erzeugt und über
den Systembus SYSBUS in das Kommandoregister DC geschrieben.
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Das
Datenregister DD ist ein 32 Bits umfassendes Register, in welchem
Verbrauchersteuerdaten gespeichert werden. Diese Daten werden durch die
CPU erzeugt und über
den Systembus SYSBUS in das Datenregister DC geschrieben.
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Die
Auswahleinrichtungen SELH und SELL sind den Schieberegistern SRH
und SRL vorgeschaltete Einrichtungen, durch welche bestimmt wird,
welche Daten in die Schieberegister geschrieben werden.
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Der
Auswahleinrichtung SELL werden die 16 niederwertigsten Bits des
Kommandoregisters DC, die 16 niederwertigsten Bits des Datenregisters
DD, und die über
Bus ALTIN0 übertragenen,
16 Bits umfassenden Daten zugeführt.
Der Auswahleinrichtung SELH werden die 16 höchstwertigsten Bits des Kommandoregisters
DC, die 16 höchstwertigsten
Bits des Datenregisters DD, und die über Bus ALTIN1 übertragenen,
ebenfalls 16 Bits umfassenden Daten zugeführt. Die Auswahleinrichtungen
SELL und SELH weisen einen Steueranschluß SELCTRL auf, über welchen
einstellbar ist, welche der den Auswahleinrichtungen SELL und SELH
zugeführten
Daten zu den Schieberegistern SRL und SRH weitergeleitet werden.
Die Festlegung erfolgt bitweise. D.h., es ist für jedes einzelne Bit der zu
den Schieberegistern SRL und SRH weitergeleiteten Daten festlegbar,
aus welcher Quelle es stammt.
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Die
Steuerung de Auswahleinrichtungen SELL und SELH erfolgt durch die
CPU des Mikrocontrollers, oder durch die Steuereinrichtung CTRL.
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Die
zu den Schieberegistern SRL und SRH weitergeleiteten Daten werden
parallel in diese übernommen,
und anschließend seriell
im Takt des über die
Leitung FCL übertragenen Übertragungstaktsignals
auf die Leitung SO ausgegeben.
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Zeitgleich
mit dem Beginn der Übertragung von
Daten über
die Leitung SO geht das über
die Leitung EN übertragene
Chip-Select-Signal
vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel (oder umgekehrt). Nachdem
die innerhalb eines Zeitfensters zu übertragenden Daten übertragen
sind, genauer gesagt im wesentlichen zeitgleich hiermit geht das
Chip-Select-Signal vom hohen Pegel wieder auf den niedrigen Pegel
zurück
(oder umgekehrt). Das Chip-Select-Signal signalisiert dem Power-Baustein
den Beginn und das Ende der Übertragung
von für
den Power-Baustein bestimmten Daten über die Leitung SO.
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Der
Microsecond-Bus-Controller MSCN ist in der Lage, mehrere Power-Bausteine
anzusteuern. Dadurch können
durch den Microsecond-Bus-Controller MSCN auch mehr Verbraucher
angesteuert werden als es der Fall wäre, wenn der Microsecond-Bus-Controller
MSCN nur einen einzigen Power-Baustein ansteuern könnte.
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Wenn
der Microsecond-Bus-Controller MSCN an unterschiedlichen Power-Bausteinen
angeschlossene Verbraucher ansteuern können soll, muß für jeden
weiteren Power-Baustein eine zusätzliche
Chip-Select-Leitung EN vorgesehen werden. Wenn der Microsecond-Bus-Controller
MSCN also beispielsweise an vier Power-Bausteine Verbrauchersteuerdaten übertragen
können
soll, müssen vier
Chip-Select-Leitungen EN1 bis EN4 vorgesehen werden, wobei jede
dieser Chip-Select-Leitungen mit genau einem Power-Baustein verbunden
ist, also beispielsweise die Chip-Select-Leitung EN1 mit dem ersten Power-Baustein
PCN1, die Chip-Select-Leitung EN2 mit dem zweiten Power-Baustein
PCN2, die Chip-Select-Leitung EN3 mit dem dritten Power-Baustein
PCN3, und die Chip-Select-Leitung EN4 mit dem vierten Power-Baustein PCN4. Es
müssen
jedoch nicht mehrere Leitungen FCL und auch nicht mehrere Leitungen
SO vorgesehen werden. Die vorhandene einzige FCL-Leitung und die
vorhandene einzige SO- Leitung
sind jeweils mit allen Power-Bausteinen verbunden. Für welchen
Power-Baustein die über
die Leitungen FCL und SO übertragenen
Daten bzw. Signale bestimmt sind, wird den Power-Bausteinen durch
die über
die Chip-Select-Leitungen EN1 bis EN4 übertragenen Chip-Select-Signale
signalisiert. Eine Anordnung, die einen Mikrocontroller und vier
daran angeschlossene Power-Bausteine umfaßt, ist in 5 dargestellt.
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Der
Microsecond-Bus-Controller MSCN weist die Besonderheit auf, daß die innerhalb
eines Zeitfensters ausgegebenen Verbrauchersteuerdaten für verschiedene
Power-Bausteine bestimmt sein können,
also beispielsweise die ersten 16 Bits dieser Daten für einen
ersten Power-Baustein, und die restlichen 16 Bits für einen
anderen Power-Baustein. D.h., der betrachtete Microsecond-Bus-Controller MSCN
ist in der Lage, die Chip-Select-Signale
während
der Übertragung
einer als zusammenhängende Einheit übertragenen
Verbrauchersteuerdaten umzuschalten. Dies ist übrigens der Grund dafür daß die Schieberegistereinheit
SR nicht nur ein einziges, 32 Bits umfassendes Schieberegister enthält, sondern zwei
16-Bit-Schieberegister SRL und SRH.
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Wie
vorstehend bereits erwähnt
wurde, werden die vom Power-Baustein über die
Leitung SDI zum Mikrocontroller übertragenen
Diagnosedaten vorzugsweise asynchron übertragen. Die Diagnosedaten
werden in Einheiten von Frames übertragen, die
im betrachteten Beispiel jeweils 12 Bits umfassen. Der Aufbau eines
solchen Frame ist in 4 veranschaulicht.
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Der
in der 4 gezeigte Frame enthält
- – ein zur
Synchronisation dienendes Start-Bit SB, welches im betrachteten
Beispiel immer den Wert "0" aufweist,
- – 8
Bits umfassende Diagnosedaten D0 bis D7,
- – ein
zur Fehlerkontrolle dienendes Parity-Bit PB,
- – zwei
zur Synchronisation dienende Stop-Bits EB1 und EB2, welche im betrachteten
Beispiel immer den Wert "1" aufweisen.
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Es
dürfte
einleuchten und bedarf keiner näheren
Erläuterung,
daß der
Frame auch einen anderen Aufbau aufweisen könnte. Insbesondere können die
Diagnosedaten beliebig viel mehr oder weniger Bits aufweisen, und
muß der
Frame nicht unbedingt ein Parity-Bit enthalten. Darüber hinaus
könnte
vorgesehen werden, daß der
Frame nur 1 Stop-Bit enthält.
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Den Übertragungstakt,
mit welchem der Power-Baustein die Bits der Diagnosedaten-Frames überträgt, generiert
der Power-Baustein aus dem ihm über
die Leitung FCL übermittelten Übertragungstakt:
der Power-Baustein teilt den ihm über die Leitung FCL zugeführten Übertragungstakt
durch einen ihm vorgegebenen Teilerfaktor und verwendet den daraus
resultierenden Takt als Übertragungstakt
für die Übertragung
der Diagnosedaten. Der Teilerfaktor wird dem Power-Baustein durch
den Mikrocontroller vorgegeben. Der Mikrocontroller übermittelt
an den Power-Baustein bei der Initialisierung desselben Kontrolldaten,
die unter anderem den zu verwendenden Teilerfaktor enthalten.
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Da
der für
die Übertragung
der Diagnosedaten verwendete Übertragungstakt
im Power-Baustein nach den Vorgaben des Mikrocontrollers erzeugt
wird und dem Mikrocontroller folglich bekannt ist, muß weder
vom Mikrocontroller zum Power-Baustein, noch vom Power-Baustein
zum Mikrocontroller ein Taktsignal übertragen werden, das den für die Diagnosedaten-Übertragung
zu verwendenden bzw. verwendeten Übertragungstakt repräsentiert.
Dadurch kann die beim Microsecond-Bus der ersten Generation noch
vorhandene Übertragungstakt-Leitung
CLK1 ersatzlos entfallen.
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Da über die
Leitung SDI nur Daten vom Power-Baustein zum Mikrocontroller übertragen
werden, kann auch die beim Micro second-Bus der ersten Generation
noch vorhandene Chip-Select-Leitung CS1
ersatzlos entfallen.
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Die
selben positiven Effekte ließen
sich erzielen, wenn in den Diagnosedaten-Frames die Start- und Stop-Bits
weggelassen werden, und der Mikrocontroller die Phasenlage der Diagnosedaten
durch eine Überabtastung
der Diagnosedaten ermittelt.
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Eine
weitere Alternative besteht darin, daß auch der erste Übertragungskanal
TCN1 eine Übertragungstakt-Leitung
umfaßt, über welche
der Mikrocontroller zum Power-Baustein, oder Power-Baustein zum
Mikrocontroller ein Übertragungstaktsignal überträgt, und
daß der
Power-Baustein die Diagnosedaten im Takt dieses Übertragungstaktsignals überträgt. Hierzu
muß zwar
eine zusätzlich
Leitung vorgesehen werden, doch ist die Gesamtanzahl der zwischen
dem Mikrocontroller und dem Power-Baustein vorzusehenden Leitungen dabei
immer noch geringer als bei dem eingangs beschriebenen Microsecond-Bus
der ersten Generation.
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Insbesondere
der Microsecond-Bus der zweiten Generation, aber auch der Microsecond-Bus der
ersten Generation ermöglichen
eine sehr effiziente Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller
und einem oder mehreren Power-Bausteinen.
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Beim
Anschluß mehrerer
Power-Bausteine an einen Mikrocontroller kann es aber unter gewissen Umständen zu
Problemen kommen. Insbesondere kann es sich unter gewissen Umständen als
problematisch erweisen, wenn durch verschiedene Power-Bausteine gesteuerte
elektrische Verbraucher synchron arbeiten müssen. Dieses Problem ließe sich
dadurch lösen,
daß der
Mikrocontroller und die Power-Bausteine über zusätzliche Lei tungen verbunden
sind, über
welche mehreren Power-Bausteinen gleichzeitig Synchronisationssignale
zugeführt
werden. Hierzu müßte aber
eine Vielzahl zusätzlicher Leitungen
vorgesehen werden, wodurch die durch den Microsecond-Bus erzielbaren
Vorteile zumindest teilweise wieder verloren gingen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit
zu finden, die es mit geringem Aufwand ermöglicht, daß zuverlässig gewährleistet werden kann, daß von verschiedenen Power-Bausteinen
angesteuerte elektrische Verbraucher synchron angesteuert werden
und arbeiten.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den
in Patentanspruch 1 beanspruchten Power-Baustein gelöst.
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Dadurch
können
mehrere Power-Bausteine und mit diesen auch die durch die Power-Bausteine gesteuerten
elektrischen Verbraucher auf einfache Art und Weise perfekt synchronisiert
werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der
folgenden Beschreibung, und den Figuren entnehmbar.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Figuren näher
erläutert.
Es zeigen
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1 den
Aufbau der vorstehend beschriebenen Anordnung mit einem Microsecond-Bus
der ersten Generation,
-
2 den
Aufbau der vorstehend beschriebenen Anordnung mit einem Microsecond-Bus
der zweiten Generation,
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3 den
Aufbau eines im Mikrocontroller der Anordnung gemäß 2 enthaltenen
Microsecond-Bus-Controllers,
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4 den
Aufbau eines Diagnosedaten-Frame,
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5 den
Aufbau einer Anordnung, bei welcher mehrere Power-Bausteine über einen
Microsecond-Bus der zweiten Generation mit einem Steuer-Baustein
verbunden sind, und
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6 ein
Timing-Diagramm zur Erläuterung der
im folgenden beschriebenen Power-Baustein-Synchronisierung.
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Der
im folgenden beschriebene Power-Baustein ist dazu ausgelegt, über den
Microsecond-Bus der zweiten Generation mit einem Steuer-Baustein verbunden
zu werden. Hierauf besteht jedoch keine Einschränkung. Die Besonderheiten des
hier vorgestellten Power-Bausteins lassen sich auch in Power-Bausteinen
realisieren, die dazu ausgelegt sind, über den Microsecond-Bus der
ersten Generation oder auf beliebige andere Art und Weise mit dem Steuer-Baustein
verbunden zu werden.
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Der
Steuer-Baustein wird im betrachteten Beispiel wiederum durch einen
Mikrocontroller gebildet, genauer gesagt durch den Mikrocontroller
MCN gemäß 2.
Der Steuer-Baustein könnte
aber auch ein beliebiger anderer Mikrocontroller, oder ein Mikroprozessor,
ein Signalprozessor, eine State Machine, oder eine sonstige Steuervorrichtung
sein.
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Der
hier vorgestellte Power-Baustein kann beispielsweise einer der Power-Bausteine
der in der 5 gezeigten Anordnung sein.
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Der
hier vorgestellte Power-Baustein zeichnet sich dadurch aus, daß er erst
eine vorbestimmte Zeit nach dem Empfang der Verbrauchersteuerdaten damit
beginnt, die elektrischen Verbraucher unter Berücksichtigung der betreffenden
Verbrauchersteuerdaten anzusteuern.
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Dies
wird nachfolgend anhand des in der 6 gezeigten
Timing-Diagramms erläutert.
Das Timing-Diagramm zeigt den Verlauf der Signale EN1, EN2, FCL
und SO während
der Übertragung
der in der Schieberegister-Einheit SR (siehe 3) gespeicherten
32 Bits an die Power-Bausteine PCN1 und PCN2 der Anordnung gemäß 5.
Es sei angenommen, daß die
ersten 16 Bits, d.h. die im Schieberegister SRL gespeicherten Bits
an den ersten Power-Baustein PCN1 zu übertragen sind, und die restlichen
16 Bits, d.h. die im Schieberegister SRH gespeicherten Bits an den
zweiten Power-Baustein PCN2 zu übertragen
sind.
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Die
Ausgabe der in der Schieberegister-Einheit SR, genauer gesagt der
im Schieberegister SRL gespeicherten Daten auf die Leitung SO beginnt
zu einem Zeitpunkt t1. Die Daten werden im Takt des Taktsignals
FCL auf die Leitung SO ausgegeben. Da diese Daten für den ersten
Power-Baustein PCN1 bestimmt sind, wechselt das diesem Power-Baustein zugeordnete
Chip-Select-Signal
EN1 zum Zeitpunkt t1 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel. Dadurch
wird dem ersten Power-Baustein PCN1, und zwar nur diesem Power-Baustein
signalisiert, daß die über die
Leitung SO übertragenen
Daten für
ihn bestimmt sind; das dem zweiten Power-Baustein PCN2 zugeordnete
Chip-Select-Signal EN2 bleibt auf dem niedrigen Pegel. Der erste
Power-Baustein PCN1 übernimmt
die über
die Leitung SO übertragenen
Daten und speichert sie.
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Nachdem
die 16 Bits des Schieberegisters SRL auf die Leitung SO ausgegeben
wurden, also zu einem in der 5 mit t2
bezeichneten Zeitpunkt, werden ohne eine Unterbrechung die im Schieberegister
SRH gespeicherten Bits auf die Leitung SO ausgegeben. Gleichzeitig
schaltet der Mikrocontroller MCN die Chip-Select-Signale EN1 und
EN2 um. D.h., das Chip-Select-Signal
EN1 wechselt vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel, und das Chip-Select-Signal
EN2 wechselt vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel. Dies hat zur
Folge, daß die
ab dem Zeitpunkt t2 auf die Leitung SO ausgegebenen Daten vom zweiten Power-Baustein
PCN2, und zwar nur von diesem übernommen
und gespeichert werden.
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Nachdem
auch die 16 Bits des Schieberegisters SRH auf die Leitung SO ausgegeben
wurden, also zu einem in der 5 mit t3
bezeichneten Zeitpunkt schaltet der Mikrocontroller MCN das Chip-Select-Signal
EN2 um, so daß nun
beide Chip-Select-Signale
EN1 und EN2 den niedrigen Pegel aufweisen. Darüber hinaus endet zum Zeitpunkt
t3 auch die Ausgabe von Daten auf die Leitung SO.
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Nach
einer kurzen Pause, die der Mikrocontroller MCN benötigt, um
neue Daten in die Schieberegister SRH und SRL zu laden, werden über die
Leitung SO weitere Daten zu einem oder mehreren der Power-Bausteine
PCN1 bis PCN4 übertragen.
Dabei wiederholen sich die vorstehend beschriebenen Vorgänge.
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Herkömmliche
Power-Bausteine würden
unmittelbar nach erfolgter Übertragung
der für
sie bestimmten Daten damit beginnen, die von ihnen gesteuerten elektrischen
Verbraucher unter Verwendung der soeben erhaltenen Daten anzusteuern. D.h.,
- – der
erste Power-Baustein PCN1 würde
unmittelbar im Anschluß an
die fallende Flanke des ihm zugeordneten Chip-Select-Signals EN1, also
zum Zeitpunkt t2 mit der Steuerung der von ihm gesteuerten elektrischen
Verbraucher unter Verwendung der zwischen t1 und t2 erhaltenen Verbrauchersteuerdaten
beginnen, und
- – der
zweite Power-Baustein PCN1 würde
unmittelbar im Anschluß an
die fallende Flanke des ihm zugeordneten Chip-Select-Signals EN2, also zum Zeitpunkt
t3 mit der Steuerung der von ihm gesteuerten elektrischen Verbraucher
unter Verwendung der zwischen t2 und t3 erhaltenen Verbrauchersteuerdaten
beginnen.
-
Dies
ist im betrachteten Beispiel jedoch nicht der Fall. Die hier vorgestellten
Power-Bausteine beginnen erst eine vorbestimmte Zeit nach dem Empfang
der Verbrauchersteuerdaten damit, die elektrischen Verbraucher unter
Berücksichtigung
der betreffenden Verbrauchersteuerdaten anzusteuern.
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Die
bestimmte Zeit wird dem Power-Baustein durch einen bestimmten Vergleichswert
vorgegeben. Dieser Vergleichswert und damit auch die durch diesen
definierte Zeit ist vorzugsweise durch den Benutzer des Power-Bausteins
einstellbar und veränderbar,
wobei eine Veränderung
vorzugsweise beliebig oft und zu beliebigen Zeitpunkten erfolgen kann.
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Im
betrachteten Beispiel übermittelt
der Mikrocontroller MCN diesen Vergleichswert an die Power-Bausteine
PCN1 bis PCN4. Dies geschieht beispielsweise durch die Übermittlung
entsprechender Kontrolldaten vom Mikrocontroller an die Power-Bausteine.
Dabei kann jedem Power-Baustein unabhängig von allen anderen Power-Bausteinen
ein beliebiger Vergleichswert übermittelt
werden.
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Die
Power-Bausteine enthalten jeweils einen Zähler, der die Takte eines bestimmten
Taktsignals zählt.
Dieses Taktsignal ist vorzugsweise das vom Mikrocontroller MCN über die
Leitung FCL an die Power-Bausteine PCN1 bis PCN4 übertragene
Taktsignal. Die Verwendung dieses Taktsignals hat den Vorteil, daß alle Power-Bausteine
mit der selben Zeitbasis arbeiten und somit unter allen Umständen eine optimale
zeitliche Synchronisation der Power-Bausteine untereinander gewährleistet
werden kann. Prinzipiell wäre
es jedoch auch möglich,
daß die
in den Power-Bausteinen vorhandenen Zähler die Takte eines beliebigen
anderen Taktsignals, beispielsweise die Takte eines den Power-Bausteinen
von anderswo zugeführten
Taktsignals oder die Takte eines intern erzeugten Taktsignals zählen. Der
Zähler
jedes Power-Bausteins wird mit der fallenden Flanke des dem jeweiligen
Power-Baustein zugeordneten Chip-Select-Signals ENx zurückgesetzt.
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Die
Power-Bausteine enthalten darüber
hinaus eine Vergleichseinrichtung, durch welche der jeweils aktuelle
Zählstand
des Zählers
mit dem die bestimmte Zeit definierenden Vergleichswert verglichen wird.
Wenn bei diesem Vergleich eine Übereinstimmung
festgestellt wird, und zwar genau dann, beginnt der betreffende
Power-Baustein mit der Ansteuerung der von ihm gesteuerten elektrischen
Verbraucher unter Verwendung der zuletzt erhaltenen Verbrauchersteuerdaten.
Bis zu diesem Zeitpunkt werden die elektrischen Verbraucher unter
Verwendung der vorletzten Verbrauchersteuerdaten angesteuert.
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Auf
diese Art und Weise kann erreicht werden, daß ein Power-Baustein die ihm zugeführten Verbrauchersteuerdaten
nicht unmittelbar nach dem Empfang derselben, sondern erst eine
beliebige Zeit später
verwendet. Dadurch ist es möglich,
daß von den
Power-Bausteinen PCN1 bis PCN4 zwei oder mehrere Power-Bausteine
gleichzeitig oder in einem frei wählbaren zeitlichen Abstand
mit der Verwendung der ihnen zuletzt zugeführten Verbrauchersteuerdaten
beginnen, und zwar unabhängig
davon, wann die einzelnen Power-Bausteine die betreffenden Verbrauchersteuerdaten
empfangen haben.
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Dadurch
läßt sich
die Ansteuerung von an verschiedenen Power-Bausteinen angeschlossenen elektrischen
Verbrauchern optimal synchronisieren. Insbesondere bereitet es auch
keinerlei Schwierigkeiten, wenn verschiedene Komponenten des selben elektrischen
Verbrauchers durch verschiedene Power-Bausteine gesteuert werden.
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Der
hier vorgestellt Power-Baustein kann auch problemlos mit herkömmlichen
Power-Bausteinen kombiniert werden.
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- ALTIN0
- Bus
zur Verbindung von T und MSCN
- ALTIN1
- Bus
zur Verbindung von T und MSCN
- CLK1
- Übertragungstakt-Leitung
von TC1
- CLK2
- Übertragungstakt-Leitung
von TC2
- CS1
- Chip-Select-Leitung
von TC1
- CS2
- Chip-Select-Leitung
von TC2
- CTRL
- Steuereinrichtung
- CPU
- CPU
- Dx
- Daten-Bit
- DATA1a
- Daten-Leitung
von TC1
- DATA1b
- Daten-Leitung
von TC1
- DATA2
- Daten-Leitung
von TC2
- DC
- Kommandoregister
- DD
- Datenregister
- EBx
- Stop-Bits
- EN
- Chip-Select-Leitung
von TCN2
- FCL
- Übertragungstakt-Leitung
von TCN2
- MC
- Mikrocontroller
- MCN
- Mikrocontroller
- MSB
- Microsecond-Bus
- MSBN
- modifizierter
Microsecond-Bus
- MSC
- Microsecond-Bus-Controller
- MSCN
- modifizierter
Microsecond-Bus-Controller
- Px
- Einheiten
von MC
- PB
- Parity-Bit
- PC
- Power-Baustein
- PCN
- Power-Baustein
- SB
- Start-Bit
- SDI
- Daten-Leitung
von TCN1
- SELCTRL
- Steuerleitung
für SELH
und SELL
- SELH
- Auswahleinrichtung
- SELL
- Auswahleinrichtung
- SO
- Daten-Leitung
von TCN2
- SR
- Schieberegister-Einheit
- SRH
- Schieberegister
- SRL
- Schieberegister
- SYSBUS
- interner
Systembus
- T
- Timer
- TC1
- erster Übertragungskanal
- TCN1
- erster Übertragungskanal
- TC2
- zweiter Übertragungskanal
- TCN2
- zweiter Übertragungskanal