DE3115455A1 - Kommunikationssystem mit datenbus - Google Patents

Kommunikationssystem mit datenbus

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Cecil Hertz 5621 Eindhoven Kaplinsky
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Description

S.V.Philips' 61oeilampenlai)i.ek3Oi EjHdhovea·.: _ .--. .: 311 5 Λ 5
PHN 9737 ■■'-'^if' : '■·" ■'■' 28.3.1981
Kommunikationssystem mit Datenbus
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationssystem zur Übertragung digitaler Information über einen Einkanal-Datenbus zwischen zwei oder mehreren einer Anzahl mit dem Datenbus verbundener, asynchron arbeitender Geräte, wobei jedes Gerät mindestens einen digitalen Datenverarbeitungsteil mit einem Taktgeber für die Erzeugung eines periodischen Taktsignals aufweist, und wobei der Datenverarbeitungsteil mittels einer digitalen Steuerschaltung mit dem Datenbus derart verbunden ist, dass Sendeschalter in den Steuerschaltungen mit dem Datenbus eine UND-Schaltung bilden und auf eine Steuerschaltung zum Verbinden eines Gerätes mit einem derartigen Datenbus.
Derartige Kommunikationssysteme werden meistens dort angewandt, wo eine Anzahl Geräte abwechselnd ein Transportmedium für gegenseitige Kommunikation benutzt. Dabei kann an die Kommunikation zwischen einer oder mehreren intelligenten Stationen ("intelligent Terminals")und einem zentralen Computer in einem Labor gedacht werden, aber 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 einem Fernsehempfänger, welche Textdaten mit einem Teletext-Demodulator, einem Viewdata-Anschluss u.dgl. erhalten worden sind.
Für den Datenbus kann ein Mehrkanalbus benutzt werden, über den parallel digitale Information läuft.
Wenn die mittlere Informationsdichte niedrig genug ist, kann meistens ein Einkanalbus ausreichen, wobei die Information seriell übertragen wird.
Ein Kommunikationssystem der obengenannten Art ist aus dem Bericht des "Second Symposium on Micro Architecture "Euromicro", 1976", Seiten 299-30^, R. Sommer: "Cobus,
PHN 9737 ■*/ 28.3.1981
a firmware controlled data transmission system" bekannt.
In dieser Veröffentlichung ist ein Kommunikationssystem beschrieben, wobei der einfache Buskanal mit 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 Reintibertragungskapazität von etwa 10.000 Informationsworten, zu je 8 bis 10 Bits,
W 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 Transistoren als Sendeschalter im allgemeinen bedeutet, dass
1^ die Sendeschalter stromlos sind.
Wird ein Impuls verlangt, so wird der Sendeschalter durch Zuführung eines Basisstromes leitend gemacht, der Ausgang geht "AUS".
Sobald mindestens ein Sendeschalter einen "AUS"-Impuls liefert, wird die Busleitung "AUS", unbeachtet der Stellung anderer Sendf§ohalt§r·
Es werden sog. "offener Kollektor"-Sendeschalter verwendet, die zusammen mit dem Koaxialkabel eine sog. "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 weiteren Teil dieser Beschreibung benutzt. Es ist be-
30kannt, dass diese Definition einer ODER-Schaltung für "AUS"-Signale entspricht, die meistens als "wired-0R" bezeichnet wird.
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.
PHN 9737 # 28.3.1981
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 Ge.rät mit der niedrigsten Adresse Priorität erhält.
¥eiterhin 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.ä. de? Sigßällaufsieit über das Buskabei wenigergespürt werden.
Ein "carrier-detector" wird meistens mit einem sog. Schwungradoszillator oder einem "phase locked loo.p"-Oszillator (PLLO) gebildet.
Dazu ist es erforderlich, dass ein sehr stabiler
■ " Tacktimpulsgenerator 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 kristallgesteuerter! 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 Systemen unakzeptabel teuer. Ausserdem ermöglicht das beschriebene System 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.
PHN 9737
Χ« " 28.3.1981
Ein preisgünstiges gezwirntes Zweidrahtsystem kann wegen Störungsanforderungen von PTT und entsprechenden Instanzen nicht angewandt werden.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein preisgünstiges Kommunikationssystem zu schaffen, das die Verwendung einfacher Taktimpulsgeneratoren ermöglicht, beispielsweise mit einem RC-Netzwerk zur Frequenzbestimmung, weiterhin die Verwendung eines preisgünstigen Zweidrahtbusses, einer Anschlussmöglichkeit für Geräte, deren SoIlgeschwindigkeit beispielsweise um eine Grössenordnung abweicht.
Ein Kommunikationssystem der eingangs erwähnten Art weist dazu nach der Erfindung das Kennzeichen auf, dass eine Steuerschaltung derart eingerichtet ist, dass, wenn ein Gerät £nformationsbits über den Datenbus aussendet, der Sendeschalter zum Aussenden eines "O"-lnpulses während eines Teils einer Informationsbitzeit eingeschaltet wird, welche Teilzeit langer ist als die Hälfte der Informationsbitzeit ynd gleich mehr als zwei Perioden des Taktsignals ist, und zum Aussenden eines "1"-Impulses während eines Teils der Bitzeit, der mindestens um einen Faktor 2,1 kürzer ist als die Impulsdauer eines "O"-Impulses und wobei während eines "O"- oder eine "1"-Impulses der Datenbus durch den eingeschalteten Sendeschalter auf einen logischen "AUS"-Pegel gebracht wird.
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/k Bitzeit, ob der Impuls beendet ist oder nicht, d.h. ein "1" bzw. "0" darstellt.
Der grosse Unterschied in der Länge zwischen einem "1"- und einem "O"-Impuls ermöglicht eine zuverlässige Detektion, trotz grosser Zeittoleranzen, die durch die untenstehenden Ursachen entstehen:
a) die Verwendung von RC-Taktimpulsgeneratoren,
PHN 9737 '''-"-"JS'--' : '·-' "■ 28.3.1981
die in der Praxis eine Frequenztoleranz von maximal ,+ 25$ aufweisen;
b) die Verwendung von Impulsflanken mit Flankenzeiten von etwa 0,5 bis etwa 1,5/Us, 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
c) Laufzeiteffekte über die Busleitung derselben Grössenordnung wie die bei b) genannten Zeiten.
Alle Bitzeiten in dem System sind in /us festgelegt, sie werden durch die Steuerschaltungen mit ganzen Anzahlen Taktimpulsperioden angenähert, welche Anzahlen von dem Sollwert der Taktimpulsfrequenz des betreffenden Gerätes abhängig sind, so dass die Ist-Impulslängen und die Detektionszeitpunkte empfängerseitig im allgemeinen nur annähernd den definierten Zeiten entsprechen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Kommunikationssystems;
Fig. 2 eine schematische Übersicht der Zusammenstellung eines Paketes zu übertragender Information; 2S Fig. 3 ©in Schaltbild eines Teils einer Steuerschaltung mit Sendeschaltern und einem Empfangsteil;
Fig. h 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 Je mindestens einem Datenverarbeitungsteil 3» der eine Steuerschaltung (control-unit) 4 aufweist, verbunden sind.
Von den Geräten 1 bis einschliesslich N sind in der Figur nur zwei Stück dargestellt, die als UNIT (i) bzw. UNIT (Ν) bezeichnet sind.
In Wirklichkeit ist die Anzahl im allgemeinen viel grosser, einige Zehn bzw. Hundert sind möglich.
"■ : ■ :\:. " ■'■ 31 1B Λ Π ^
PHN 9737 *"' £λ * 28.3.1981
In dem untenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
12
wurden 2 = 4096 adressierbare Geräte berücksichtigt, aber dies ist keineswegs eine theoretische oder andere Beschränkung.
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 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- 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 Lichtleiters, 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 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.
Schwieriger wird es, wenn zwei "Sprecher" gleichzeitig die Verwendung des Busses beantragen, wobei "gleichzeitig" als gleichzeitig innerhalb beispielsweise weniger Mikrosekunden 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 unterschiedliehen 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"
PHN 9737 " "" /? rf ' " '" 28.3. 1981
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 ÜberprUfungszeit 82, überprüft die Steuerschaltung 4, ob während einer gewissen Zeit keine Impulse an dem Bus eintreffen, und gibt dann ein Startbit Dieses Startbit 84 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 80, die als "Zeitschlitz" bezeichnet ist, warten.
Wenn der Bus 1 nicht gleichzeitig von einem anderen Gerät beantragt worden ist, wird daraufhin eine Indentifikation 88 (Meister-Adresse) und danach die Adresse 90 des nächsten Sklaven ausgesendet. 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 di·^ 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.
Normalerweise trifft die Rückmeldung ein und die Nachricht wird zu Ende geführt. Es folgen nötigenfalls einige Überprüfungs- oder Steuerbits 92 und zum Schluss die
20 25 30
PHN 9737
28.3. 1981
eigentliche Informationsübertragung 94. Am Ende des verfüg-■ "baren Zeitschlitzes 80 wird der Bus wieder freigegeben (96).
Wenn es zwei oder mehr Geräte gibt, die den Bus beantragen, tritt beim Aussenden des Modussymbols die Auswahl in Wirkung.
Untenstehend wird als Beispiel ein Bus gewählt, mit dem Geräte verbunden sind mit einer Anzahl unterschiedlicher Geschwindigkeiten. Die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf dieses Beispiel, viel grosser ausgelegte sowie einfachere Anordnungen können auf entsprechende Weise funktionieren. Venn beispielsweise nur ein Modus auftritt, kann selbstverständlich das Modussymbol fortfallen.
Als Beispiel gilt folgendes:
Modus O: Takt impulsfrequenz 0,55 MHz _+ 25%j Modussymbol 0 Modus 1: Taktimpulsfrequenz 2,2 MHz _+ 25$; Modussymbol 10 Modus 2: Taktimpulsfrequenz 4,43 MHz _+ 0,1$; Modussymbol 110
Die Längen der Informationsbitzeiten und der übrigen Bitzeiten ebenso wie die zugeordneten Impulsdauern sind in der untenstehenden Tafel I als Richtwert gegeben. TAPEL I
MS
Modus Bit 0 1-
3mpuls		 Bit 1 > 1-
Inpuls		 Bit 2 43
MHz 600 0,55 600 2,; 0 4, 1-
Impuls
750 0-
Hmpuls		 250 750 0-
Hrnpuls		 250 750 0-
3mpuls
Ruhe
zeit		 220 110 6 25 250
Start-
Bit		 220 24 55 6 12,5 3,5
Modus-
bit(s)		 110 96 16 27,5 4 8,32 3,5
Meister
bits		 96 24 8,5 2,5
übrige 64 16 6
Die Länge des Zeitschlitzes ist in diesem Beispiel im Durchschnitt etwa 7 Millisekunden, maximal etwa 10 Millisekunden, gewählt worden.
Die Modussymbole sind dabei derart gewählt
PHN 9737 ^42 : '"" ''" 28.3.1981
worden, dass wenn zwei oder mehr Geräte den Bus beantragen, die niedrigeren Moden, d.h. die langsameren Geräte, Priorität haben.
Dadurch, dass der Bus als UND-Schaltung AUS-präferent ist, und "O"-Impulse wesentlich länger dauern als "1"-Impulse einschliesslich aller Toleranzen, wird der Buskanal nämlich zugleich "O"-pfäferent.
Sobald also ein Gerät mit beispielsweise Modussymbol 10 im Modus 1 startet und ein anderes Gerät gleichzeitig mit einer O im Modus 0, so wird das Modus-1-Gerät bereits bei der Überprüfung der ersten 1 sehen, dass es wider der Erwartung eine 0 an der Leitung gibt und wird unmittelbar nachgeben, zugunsten des Gerätes mit dem niedrigeren Modus.Auf gleiche Weise wird ein Gerät mit einem Modus 2 beispielsweise statt 11 (θ) zurücklesen 10, wenn gleichzeitig ein Modus-1-Gerät gestartet ist.
Versuchen zwei Geräte mit demselben Modus die Leitung zu belegen, so kann auf Basis des Modussymbols kein Unterschied gemacht werden. Die beiden Geräte bewerten bei der Überprüfung das Modussymbol als gut und setzen ihre Identifikationsadresse bei noch immer gleichzeitiger Bit-für Bit-Überprüfung fort. Auch nun wird wieder bei einer festgestellten Abweichung unmittelbar abgehakt. Dies bedeutet nun, dass bei gleichen Moden das Gerät mit der
" niedrigsten Adresse Priorität erhält. Ist beispielsweise die Adresse des Gerätes A 10100110 und die von B 10100011, so wird A bei der Überprüfung des sechsten Bits keine 1 sondern eine 0 lesen und abhaken. B sieht ein einwandfreies Busverhalten und geht weiter. Das unmittelbare Abhaken von A ist notwendig um (in diesem Beispiel) zu vermeider, 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, dari' den Bus nun während der restlichen Zeit des Zeltschlitzes belegen.
Es dürfte einleuchten, dass sobald ein oder mehrere Geräte sich in der Arbitrageperiode befinden, ein
PHN 9737 *©
28.3.1981
drittes Gerät, das deutlich später den Gebrauch beantragen will entweder Impulse des Modussymbols und Identifikationsadressen oder eine nachfolgende 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 kristallgeeteuerten 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 Taktimpulsgenarator 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 "O"-Impuls und einem "1"-Impuls in diesem Beispiel etwa ein Faktor 2,4 für die langsameren Geräte
2" 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 Sollfrequenzen 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 Startbit 5 ausgesendet mit einer Nennlänge von 249>2 /us. Nach einer gewissen Laufzeit und einem Teil einer Taktimpulsperiode eines anderen Gerätes kann dieses Startbit nach etwa 10,8 /US empfangen werden.
Daraufhin wird nach 177»O + 55 > 5/us die 1 des Modussymbols gegeben (6) mit einer Impulslänge von 4,1 + 1,8 a 5,9yus. Das hörende Gerät erhält diesen Impuls
PHN 9737
28.3.1981
mit Sicherheit innerhalb 4,1 /us wenn es im Modus 1 arbeiten kann und ermittelt etwa 9.9/Us nach dem Anfang des empfangenen Impulses, ob dies eine 0 oder eine 1 ist. Auch das sendende Gerät macht diese Überprüfung zu etwa demselben Augenblick 7· Wenn diese Überprüfung zu dem richtigen Ergebnis führt, wird danach der Modus 1-"O"-Impuls mit einer Impulsdauer von etwa 22/us gegeben.
Daraufhin wird mit den als "master-bits" bezeichneten Bits die Identifikationsadresse des Meisters gegeben, nötigenfalls 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
15 symmetrischen Buskanals geeignet ist. TAFEL II
Bitzeiten
STARTBIT 332.3hO.8J238.4
177.0
Gesamtbitzeit ( /usek)
758.5 !
SLAVE
139. 1
ARBITING
Modus O Bit 25.3 ii6.3?7.2 (32.5(32.5 77.6 191.4
j 39,7 !
Modus 1 Bit 55. 5l_4. 111.8 1 8.1 1 8.1 (19.4 97.O
9.9
Modus 2 Bit 1 2. O I2. 5 \ O. 9 ! 4 !θ. 9 J4. 3 24.6 Master Bits
Modus 0 5k. 2I 16.4,'7.2?32.5Ϊ32.5 177.6 220.4
Modus 1 T3.5I4. 1?1.8,'8.1 ! 8.1 J19.4 55-0
Modus 2 0.9 2. 5! 0.91 4. OJ 0.9 i 4.3 13-5
MASTER SLAVE
Master parity bit
Modus 0 54.2 j 16.3 Γ52.4 ( 34.3 157.2
4.1
I 4.9 (
I 39.7
ί 9.9
5.0 j
i 32.5 I
Modus 1 Modus 2
13.5
13. 1
8.6
39.3
0.9 ! 2.5 Γ 3.2 I 2.5 9.1
8.1 j 3.6 ί
cont]
O
1
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PHN 9737
Fortsetzung		 O
1
2		 O I 1 6·: 28.3.1981
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Modus Modus ~~o~L_ 2.[ 117.5
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Modus Modus 4. 117.5
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Modus Modus f MASTER 6.:
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Modus 6.: 2.7 L 34.3
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Alle Zeiten in /u-Sekunden
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 Leseverstärkers 16 mit dem Ausgang 17 verbunden.
Wenn es an dem Bus keine Impulse gibt, ist der Ausgang I5 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
PHN 9737 """ "* V* Jk * 28.3.1981
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
c der Sendeschaltung zugeführt. Dieser Eingang ist unmittelbar mit einem Steuereingang 24 des Sendeschalters 21 und über eine Umkehrschaltung 25 mit einem Steuereingang 26 des Sendesciialtera 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 ¥iderstände 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 k*hrt 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 zuge±"ührt 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 erfindungsgemässen 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
PHN 9737 *" "' Uf" Ja " "" 28.3.1981
können beispielsweise durch einen Datenbus bzw. Adressenbus eines Mikroprozessors gebildet werden.
Die Information wird einer logischen Einheit 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 a i iieifH JTtsia-b-Miia* fcojJp lt>HßV (t-<=c*iX Ü*44-1f Wetiflu^y, ICiM1 J-1IiDRJ ntlö*· IrI 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 erforderliche Länge erhalten. Der Impulsformer ist dazu mit einem Taktimpulsgenerator 57 verbunden, der zugleich den Taktimpulsgenerator für die logische Einheit 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 und des Empfängers 61 voneinander abweichen und zwar wegen der Tatsache, dass ein anderes Gerät den Bus benutzt bzw.
PHN 9737 .:.--·^.-- ^ -..- .:. 28.3.1981
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 Tür den Erfindungsgedanken nicht von Bedeutung. Damit werden Punktionen 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"-Impulse, welches Verhältnis grosser ist als 2,1, beispielsweise 2.,k; k oder mehr, wodurch eine zuverlässige Informationsübertragung gewährleistet werden kann, trotz grosser Toleranzen in der Taktimpulsfrequenz des Taktimpulsgenerators 57, trotz Zeitunterschiede in der Flankendetektion von Flanken
2" mit geringer Steilheit durch den Empfänger 61 und trotz Laufzeitunterschiede 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 Heimgebrauch mit äusserst preisgünstigen Mitteln gearbeitet werden muss, wobei die grossen Einsparungen in einer preisgünstigen gzwirnten Zweidralitbus —
leitung ohne Abschirmung, in einfachen RC-gekoppelten Takton
impulsgeneratoren und in dem Fortlassen kostspieliger Sychronisationsmittel an der Empfangsseite gefunden werden.
In der Praxis wurden die nachfolgenden Resultate erzielt:
Bei der gewählten Länge des Zeitschlitzes kann
das langsame 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
PHN 9737 '"" *6~~ fa 28.3.1981
ί'ϋΐ beispielsweise die Behandlung von Information eines Taktimpulses, 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.
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· -W Im letzteren Fall wurde aus organisatorischen Gründen die Übertragung auf 2 Bytes = 6k Bytes je Nachricht beschränkt.
Bei einer Taktimpulsfrequenz von k,k3 MHz, wie in diesem Beispiel angewandt, können diese Bytes zu je beispielsweise 8 Informationsbits und einem Paritätsbit mit ^ einer Geschwindigkeit entsprechend 8,2/Us/Bit, d.h. etwa 120 kBaud gesendet werden.
Bei der gewählten Länge von 6k 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 praktiseh keine Rolle mehr, so dass eine 120 kBaud entsprechende Übertragungsgeschwindigkeit von etwa 13.ΟΟΟ Symbole/Sekunde erreicht wird.
Anwendung der Erfindung beschränkt sich jedoch
keineswegs auf derartige Geschwindigkeiten, die gewählte Geschwindigkeit ist in dem Beispiel wegen der Anwendung von MOS-Logik gewählt worden.
Bei Flankenzeiten von etwa 1 /us 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 eine Abschirmung des Busses erforderlich.
Die erforderlichen elektronischen Schaltungen
können einschliesslich der Sendeschalter in einer einzigen integrierten Schaltung untergebracht werden.

Claims (1)

  1. PHN 9737 -'"'■■'JfT-' : *.."-:. 28.3.198I
    PATENTANSPRÜCHE:
    / Il Kommunikationssystem zur Übertragung digitaler
    ^information über einen Einkanal-Datenbus zwischen zwei oder mehreren einer Anzahl mit dem Datenbus verbundener, asynchron arbeitender Geräte, wobei jedes Gerät mindestens einen digitalen Datenverarbeitungsteil mit einem Taktgenerator für die Erzeugung eines periodischen Taktsi.jnals aufweist und wobei der Datenverarbeitungsteil mittel.-? einer digitalen Steuerschaltung mit dem Datenbus derart verbunden ist, dass Sendeschalter in den Steuerschaltungen mit dem Datenbus eine UND-Schaltung bilden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerschaltung derart eingerichtet ist, dass, wenn ein Gerät Informationsbits über den Datenbus sendet, der Sendeschalter zum Senden eines "O"~Impulses während eines Teils einer Informationsbitzeit eingeschaltet wird, welche Teilzeit langer ist als die Hälfte der Informationsbitzeit und gleich mehr als zwei Perioden des Taktsignals ist, und - zum Senden eines "1"-Impulses während eines Teils der Bitzeit, der um mindestens einen Faktor 2,1 kürzer ist als die Impulsdauer eines "O"-Impulses und wobei während eines "0"- oder eines "!"-Impulses der Datenbus durch den eingeschalteten Sendeschalter auf einen logischen "AUS"-Pegel gebracht wird.
    2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerschaltung derart eingerichtet ist, dass, wenn der Datenverarbeitungsteil eines Gerätes Information senden muss, zunächst ein Busbenutzungsantrag gesendet wird, der mit einem Startimpuls gebildet ist, der eine Länge hat von mindestens der fünffachen Informationsbitzeit und mit mindestens einem Adressenbit, das eine Länge hat von mindestens der 1,5 fachen Informationsbitzeit .
    3. Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Informationsübertragung zwischen Geräten mit
    PHN 9737 -ζ·~>-~ UL·-' : "--" "- 28.3.1981
    Xj
    Datenverarbeitungsteilen mit voneinander abweichenden Informationsbit-Sollzeiten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gerät mit einer kürzeren Informationsbitzeit mit Impulsen sendet, deren Länge der eigenen Informations-Sollzeit entspricht oder der längeren Informationsbit-Sollzeit eines langsameren empfangenden Gerätes.
    K. Kommunikationssystem nach Anspruch 3f dadurch
    gekennzeichnet, dass ein sendendes Gerät am Anfang einer Sendeperiode ein Modussymbol sendet, das mit mindestens einem Modusbit gebildet ist, dessen Bitzeit mindestens 1,5-mal langer ist als eine Informationsbitzeit, wobei das Modussymbol angibt, mit welcher Informationsbitzeit das sendende Gerät daraufhin sendet.
    5. Kommunikationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modussymbol nach dem Startbit und vor dem ersten Adressenbit gesendet wird.
    6. Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Datenbuskanal m±t zwei gezwirnten Leitern gebildet ist, die durch die Sendeschalter symmetrisch gesteuert werden,
    7. Kommunikationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Buskanal derart abgeschlossen ist, dass die ansteigenden und sinkenden Flanken ausgesendeter Impulse Flankenzeiten länger als 0,5/us aufweisen.
    8. Steuerschaltung zur Verbindung des Datenver-
    arbeitungsteils eines Gerätes mit einem Buskanal eines Kommunikationssystems nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung mindestens einen Sendeschalter aufweist, der derart mit dem Buskanal verbunden werden kann, dass der Buskanal und die Sendeschalter mindestens zweier mit dem Buskanal verbundener Geräte eine UND-Schaltung bilden und weiterhin eine digitale Torschaltung aufweist zum Bilden einer Anzahl Impulse für ein Startbit, ein Modussymbol, Adressenbits, Steuerbits und/oder Informationsbits mit Hilfe eines Taktimpulsgenerators, derart, dass ein "O"-Impuls mindestens 2,1-mal langer ist als ein "1"-Impuls und eine Folgeschaltung aufweist zum in der richtigen Folge Erzeugen der Impulse.
    PHN 9737 Vf 28.3.1981
    9. Steuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung weiterhin einen Empfangsteil aufweist zum Empfang von einem anderen Gerät über den Datenbus gesendeter Information und zur Überprüfung, ob die von dem Sendeschalter einem Buskanal zugeführten Informationsimpuls nicht durch Impulse eines anderen mit dem Datenbus verbundenen Gerätes gestört werden.
    10. Gerät mit mindestens einem digitalen Datenverarbeitungsteil zur Verbindung mit einem Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät eine eingebaute Steuerschaltung nach Anspruch 8 oder 9 aufweist.
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