DE2700144B2 - Datenübertragungssystem - Google Patents

Description

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einfachen Verbindungskabeln auskommt und außerdem ein Adressenschema hat, welches nicht die Übertragungsgeschwindigkeit von seriellen Datenverbindungskabeln reduziert. Außerdem sollen einzelne Daten-Empfangs- und Sendevorrichtungen auf einfache Weise ohne Beeinflussung anderer Vorrichtungen und/oder des ganzen Systems auswechselbar und änderbar sein. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist also ein Adressierungsschema für Daten-Sende- und Empfangsvorrichtungen vorgesehen, welches die Übertragung von Adressen über das Verbindungsleitungssystem vermeidet. Die Adressierung erfolgt durch die Stationen selbst auf eine einzige Synchronisationsnachricht hin, welche gleichzeitig zu allen Stationen gesandt wird Das System ist einerseits sehr einfach, ist aber andererseits wenig anfällig gegen Übertragungsfehler, Hochfrequenzstörungen und andere Fehler. Jede Art von gegenseitiger Kommunikation ist zwischen den Stationen und der Steuereinrichtung möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das eine Steuerung und daran über ein Datenverbindungsleitungssystem angeschlossene Terminals darstellt,

Fig. 2 ein Zeitfolgediagramm eines im erfindungsgemäßen System verwendeten Abfragezyklus,

Fig. 3 das Bitmuster eines Zeitfensters, in welchem die Steuerung ein Zeichen zu einem ausgewählten Terminal sendet,

Fig. 4 das Bitmuster eines Zeitfensters, in welchem ein ausgewähltes Terminal ein Zeichen zur Steuerung sendet,

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das den Betrieb der Steuerung gemäß Fig. 1 darstellt, und

Fig. nein Blockschaltbild, das den Betrieb der Terminals gemäß Fig. 1 darstellt.

In Fig. 1 ist ein Verbindungskabel 11 dargestellt, weiches sehr einfach als abgeschirmtes, verdrilltes Adernpaar mit einem Wellenwiderstand von ungefähr KK) Ohm bei einer übertragungsgeschwindigkeit von 25 kBits/s aufgebaut sein kann. Das Kabel 11 ist an seinen Enden durch Widerstände 13 und 15 abgeschlossen, die jeweils gleich dem Wellenwiderstand des Kabels sind, um Reflexionen zu vermeiden. Die maximale Länge des Kabels 11 beträgt in diesem Beispiel 4 km. Bis zu 64 identische Steckdosen 17,... 17_V können an beliebigen Stellen am Kabel 11 angeschlossen werden. Stecker 19,... 19_Ν lassen sich in die Steckdose 17,...17^ einsteckend und stellen einen ohmschen Kontakt zwischen Kabel 11 und Verbindungskabeln 21,...2I_n her, welche zu Terminals 23, ...23,,_|,23,, ₊1 ...23_V sowie zu einer Steuerung25 führen. Terminals und Steuerung sind weiter unten näher beschrieben.

Die Steuerung 25 kann an jeder beliebigen Stelle an das Kabel 11 (in diesem Beispiel Steckdose 17,,) angeschlossen werden, vorausgesetzt, die Entfernung zu jedem Ende des Kabels 11 ist nicht größer als 2 km. Wie man sieht, lassen sich bis zu 63 Terminals an das Kabel 11 anschließen und von der Steuerung 25 aus steuern. Eine Datenübertragung ist von der Steuerung zu den Terminals und umgekehrt möglich. Die Steckdosen 17,... 17_V und Stecker 19,... 19_Λ. sind einfache, handelsübliche Vorrichtungen. Die Terminals 23,...23p_,, 23,, ₊,...23_N und die Steuerung 25 können über einen beliebigen bekannten Interface 27,...27_Λ,, ζ. B. den obenerwähnten Standard-Interface IEEE Std. 488/1975 mit anderen Systemko.mponenten verbunden werden.

Das Adressierungs- und IComrrunikationsschema zwischen Steuerung und Terminals wird nun in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben, die das Zeitfolgediagramm eines Abfragezyklus darstellt, während welchem ein Zeichen von der Steuerung zu jedem Terminal bzw. umgekehrt gesendet werden kann. Der Abfragezyklus beginnt mit einer Synchronisierinformation, die aus einer 1, gefolgt von 32 Nullen besteht. Zum Zwecke einer fehlerfreien Erkennung ist die Anzahl der aufeinanderfolgenden Nullen in der Synchronisierinformation länger als jede mögliche Nullenfolge in einem der folgenden Zeitfenster, welche jeweils 28 Bits lang sind. Wenn von der Steuerung 25 die Synchronisierinformation ausgesandt wird, stellt sie in jedem Terminal einen Adressenzähler zurück und startet ihn, wodurch dieses Terminal während eines Zeitfensters für das Aussenden oder den Empfang eines Zeichens geöffnet wird. Die Zeitverzögerung zwischen der Synchronisierinformation und dem Öffnen des jeweiligen Zeitfensters läßt sich durch Voreinstellen jedes Adressenzählers auf einen festen Wert vorwählen. Die Zeitfenster selbst haben eine feste Länge von jeweils 28 Bits. In der Praxis erfolgt die Voreinstellung derart, daß das Zeitfenster jedes Terminal synchron mit einem und nur einem der Zeitfenster 1 bis M in Fig. 2 ist. Das Zeitfenster Null wird keinem Terminal zugeordnet, da seine am Anfang stehende »1« noch ein Teil der Synchronisierinformation ist.

Da jedem Terminal ein anderes Zeitfenster des Abfragezyklus zugeordnet ist, braucht von der Steuerung zu den Terminals keine Adresseninformation gesendet zu werden. Die Adresse jedes Terminals wird nur einmal nach dessen Installation eingestellt, indem der Adressenzähler dieses Terminals über einen externen Schalter entsprechend voreingestellt wird.

Es ist zu beachten, daß diese Adresse nicht mit der physikalischen Lage des Terminals längs des Kabels 11 zu tun hat, d. h. die Zeitfolge der Zeitfenster 1 bis /V-I braucht nicht der physikalischen Folge der Terminals längs des Kabels 11 zu entsprechen. Die Länge des Abfragezyklus gemäß Fi g. 2 hängt von der Anzahl der an das Kabel 11 angeschlossenen Terminals an. Das heißt, wenn 20 Terminals angeschlossen sind, beträgt die Anzahl der Zeitfenster in jedem Abfragezyklus M = 20.

In Fig. 3 und 4 sind die Bitmuster (Formate) während eines Zeitfensters dargestellt, währenddessen Daten von Steuerung zum Terminal bzw. umgekehrt übertragen werden.

Wenn sich die Steuerung im Ausgabebetrieb befindet, werden Informationsbits seriell entsprechend der Taktfrequenz der Steuerung herausgeschoben. Auf die Übertragungsverzögerung (in der Größenordnung von 19 μβ für das am weitesten entfernte Terminal) wird Rücksicht genommen. Wenn die Steuerung je- >J> >ch auf Eingabebetrieb umschaltet, nimmt sie Nachrichten entgegen, die bis zu einem Bit verzögert sein können. Um jeder Verzögerung Rechnung zu tragen, geht die Steuerung, wenn sie auf Empfang von einem Terminal geschaltet ist. zeitweilig in einen asynchro-

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nen Betrieb über und wartet auf ein Startbit zur Synchronisation seines Empfangs. Der Haupttaktgeber der Steuerung zählt zwischenzeitlich die Originalzeit weiter. Dadurch bleibt die nächste Information synchron mit dem Anfang des Zyklus, und es besteht keine Notwendigkeit, eine Adresse für das nächste Terminal auszusenden. Jeder Wechsel, sowohl zum Eingabe- als auch zum Ausgabebetrieb, beinhaltet einen solchen Richtungswechsel, da jedes Zeichen durch die empfangene Einheit bestätigt werden muß.

Innerhalb jedes Zeitfensters wird ein Block von entweder 13 Bits (Ausgabebetrieb: INT + IFC, REN, EOI, ATN, Datenbit 8 bis Datenbit 1) oder 12 Bits (Eingabebetrieb: INT + VALDA, Bit COl, Bit CO2, Datenbit 8 bis Datenbit 1) übertragen »dividiert« durch ein Polynom fünfter Ordnung, und der Rest wird mit den Datenbits zusammen gesendet. Die 18-Bit-(bzw. 17-Bit-)Nachricht wird am Empfangsende durch das gleiche Polynom dividiert. Wenn der Rest nicht gleich Null ist, wird ein Fehler festgestellt und das OK-Bit wird als »falsch« ausgesandt. Diese Polynom-Fehlerprüfung ist bekannt (siehe z. B. das Buch »Teleprocessing Network Organization« von James Martin, Prentice Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1970).

In den folgenden Tabellen sind die Definitionen der von der Steuerung und dem Terminal ausgesandten Bits angegeben.

I. Datenübertrag von der Steuerung zum Terminal
Biinummer: Bedeutung:

1.2 Synchronisationsbits;

ermöglichen dem lokalen Terminaltaktgeber die Korrektur irgendeines Phasenschlupfes seit der ursprünglichen Synchronisierinformation.

3.4 Richtungsbits;

zeigen dem Terminal an, ob das spezielle Zeitfenster für Eingabe oder Ausgabe benutzt werden soll.

5 bis 8 Servicebits für Standard-Interface

y bis 16 8 Datenbits

17 bis 21 Rest der Division durch das Polynom

23. 24, 25 Bestätigung (3 Bits für die Abdek-

kung der maximalen Zeitverzögerung)

22. 26 bis 28 Freizeit für Richtungsumkehr

II. Datenübertragung vom Terminal zur Steuerung

Bitnummer: Bedeutung:

1 bis 4 Wie in Tabelle I

5 Freizeit für Richtungsumkehr

9, K)

1 1 bis 18

19 bis 23

24 bis 28

Rückwärtssynchronisierungs-Bits; synchronisieren zeitweilig den Empfänger der Steuerung
Servicebit;

zeigt an, ob die Datenbits vom Tormial angenommen oder vernachlässigt werden sollen.
VALDA =1 COl = EOI

CO2 = ATN
VALDA = O COI = STQ

CO2 = O

Codierte Servicebits für Standard-Interface
8 Datenbits

Rest der Division durch das Polynom Bestätigung
Freizeit für Richtungsumkehr

Es ist zu beachten, daß die Servicebits ein Teil des übertragenen Zeichens sind und für die vorliegende Erfindung nicht relevant sind.

Zum Zwecke der Fehlerprüfung wird jedes Bit aut der Empfangsseite achtmal abgetastet. Einige kritische Bits (SYN, START) werden nur dann als gültig angesehen, wenn sieben aufeinanderfolgende brauchbare Abtastwerte vorliegen. Bei den anderen Bits wird lediglich ein Mehrheitstest durchgeführt. Das bedeutet, daß jedes Bit siebenmal abgetastet wird. Wenn ein Bit mindestens viermal als »1« oder als »0« abgetastet wird, wird ihm der Wert »1« bzw. »0« zugeordnet.

Der Betrieb sowohl der Steuerung als auch der Terminals läßt sich leicht mit Hilfe der Flußdiagramme in Fi g. 5 bzw. 6 verstehen. Auf der Basis dieser Flußdiagramme und der obigen Beschreibung lassen sich leicht Schaltungen aufbauen, die die gewünschten Bedingungen erfüllen. Der Schaltungsaufbau kann mit handelsüblichen Zählern, Schieberegistern, Gattern, Festwertspeichern usw. erfolgen. Es ist zu beachten, daß Steuerung und Terminals je einen internen lokalen Taktgeber mit einer Taktfrequenz von 200 kHz besitzen, was der achtfachen Bitübertragungsrate von 25 kBits/s entspricht. Dadurch wird die achtmalige Abtastung jedes Bit erleichtert.

Eine wechselseitige Synchronisation der lokalen Taktgeber ist nicht erforderlich. Wegen der Synchronisationssignale am Beginn jedes Zeitfensters, ist eine Langzeitphasenverschiebung aufgrund von Frequenzdifferenzen zwischen den Terminal-Taktgebern und dem Steuerungs-Taktgeber unkritisch. Da die Taktfrequenz achtmal so hoch wie die Bitübertragungsrate ist, erfolgt jede Resynchronisierung des Terminals mit einer Genauigkeit von V_s Bit, was für diesen Zweck ausreicht.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. System zum Verbinden von Datensende- und -empfangsvorrichtungen mit einer Daten seriell übertragenden Leitungsanordnung zum Verbinden aller angeschlossenen Vorrichtungen, einur mit der Leitungsanordnung verbundenen Steuerung, die mit der Leitungsanordnung während aufeinanderfolgender, mit einer Synchronisierinformation beginnender Zeitmultiplex-Abfragezyklen in Verbindung steht, sowie einer Vielzahl von an die Leitungsanordnung über Torschaltungen parallel angeschlossenen Stationen, die über die Leitungsanordnung während durch die Torschaltung freigegebener Zeitfenster innerhalb jedes Abfragezyklus mit der Steuerung ;n Verbindung treten können, wobei jede Station einen internen Adressenzähler enthält, der nach Zählung auf einen stationsspezifischen Wert die Torschaltung für die Dauer eines Zeitfensters öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Adressenzähler auf die empfangene Synchronisierinformation hin selbständig auf den jeweiligen stationsspezifischen Wert zählen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während jedes Zeitfensters zusätzliche Synchronisiersignale von der Steuerung zur Station und/oder umgekehrt zusammen mit den übertragenen Daten übertragen werden, so daß die die Daten empfangende Station auf die die Daten sendende Steuerung bzw. umgekehrt genau synchronisiert wird ohne Rücksicht auf die Zeitverzögerungen aufgrund der Leitungslänge.

3. System nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Station (23) zur Steuerung (.25) bzw. umgekehrt Bestätigungsmeldungen auf empfangende Daten hin übertragen werden, welche Bestätigungsmeldungen aus Bitmustern bestehen, die ohne Rücksicht auf die Verzögerungszeiten aufgrund der Leitungslänge erkennbar sind.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Station (23) für die Kommunikation mit der Steuerung (23) und auf ein anfängliches Synchronisiersignal hin freigegeben wird, welches sich am Beginn jedes der Station zugeordneten Zeitfensters befindet.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit den übertragenen Datenbits ein Fehlererkennungscode übertragen wird.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes von einer Station (23) und/oder der Steuerung (25) empfangene Bit mehrfach abgetastet wird und daß die Mehrheit von entweder 1 - oder 0-Abtastungen für die Entscheidung benutzt wird, ob das Bit eine Eins oder eine Null ist.

7. System nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß eine qualifizierte Mehrheit von aufeinanderfolgenden Abtastwerten benutzt wird, um die Entscheidung im Falle von herausragend wichtigen Bits zu treffen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Datenübertragungs- und Verteilungssysteme sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Ein Beispiel ist »IEEE Standard Digital Interface for Progiammable Instrumentation« (IEEE Std. 488/1975, veröffentlicht am 4. April 1975 durch The Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York. Gemäß

i» dieser Norm werden digitale Daten in Byte-serieller, Bit-paralleler Form innerhalb einer Gruppe von Meßgeräten und Systemkomponenten übertragen. Dieses System dient als Geräte-Interface für Systemkomponenten, welche sich relativ nahe beieinander befinden

i^r> und über ein Sammelschienen-System mit kurzen Wegen verbunden sind. Der Nachteil dieses Systems besteht darin, daß es wegen der in Betracht zu ziehenden Verzögerungszeiten nicht für die Datenübertragung über Entfernungen von z. B. mehreren Kilome-

■?» tern benutzt werden kann, was für die Verbindung von Daten- und Sendestationen an verschiedenen Plätzen innerhalb einer Fabrik erforderlich sein kann.

Ein anderes bekanntes Datenübertragungssystem

ist beschrieben in dem Artikel »CAMAC: Modular

-'"> Standard«, IEEE Spectrum, April 1976, Seiten 50 bis 55. Dieses System kann bis zu 62 Stationen über eine serielle Datenübertragungsleitung verbinden. Diese serielle Datenübertragung ist jedoch sehr kompliziert, da zusammen mit den Daten ein Takt und die Adres-

ici sen für die Auswahl spezieller Stationen übermittelt werden müssen. In einem seriellen Übertragunssystemen erfordert dies einen zusätzlichen Übertragungsweg, was zu höheren Leitungskosten führt.

Aus den DE-OS 2000898 und 2015511 sind Sy-

r> sterne bekannt, bei denen die Stationen und die Zentrale aneinandergereiht in einer geschlossenen Leitungsschleife liegen. Bei solchen Systemen müssen entweder den einzelnen Zeitfenstern zugeordnete Adressen zusammen mit den Daten übertragen wcr-

4(i den, damit die Stationen die für sie bestimmten Zeitfenster erkennen können, oder die Stationen werden streng nacheinander aufgerufen, was durch Zählung von entsprechenden übertragenen Taktimpulsen in den einzelnen Stationen ermöglicht wird. Im ersten

-π Fall ist wieder eine durch die Adressenübertragung verursachte Verlangsamung der Übertragungsgeschwindigkeit zu verzeichnen, während in beiden Fällen sich Schwierigkeiten ergeben, wenn Stationen aus der Schleife entfernt werden sollen oder zusätzliche

ίο Stationen eingebaut werden sollen, denn dies ist nicht ohne Rückwirkung auf die übrigen Stationen möglich.

Aus der DE-OS 2259223 ist ein System bekannt,

bei dem die einzelnen Stationen parallel an eine Daten seriell übertragende Leitungsanordnung angeschlos-

^r)> sen sind. Bei diesem System enthalten die Stationen jeweils einen internen Adressenzähler, der nach Zählung auf einen stationsspezifischen Wert für die Dauer eines Zeitfensters eine Torschaltung öffnet und die Station mit der Leitungsanordnung in Verbindung

Wi treten läßt. Nachteilig ist bei diesem System jedoch, daß ein zentraler Taktgeber erforderlich ist, der über die Leitungsanordnung alle internen Adressenzählcr der Stationen ansteuert. Das bedeutet, daß die Leitungsanordnung die Taktimpulse zusätzlich zu den zu

h^r> übertragenden Daten weiterleiten muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zum Verbinden von Datensende- und Empfangsvorrichtungen zu schaffen, welches mit