DE3115455C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung digitaler Signale nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus dem Bericht von R. Sommer: "COBUS, A FIRMWARE CONTROLLED DATA TRANSMISSION SYSTEM", abgedruckt in "Second Symposium on Micro Architecture", EUROMICRO, 1976, North-Holland Publishing Company, S. 299-304. Darin ist ein Übertragungssystem beschrieben, wobei der einfache Buskanal durch ein 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, Prioritätsentscheidung und Adressen eine Reinübertragungskapazität von etwa 10 000 Informationsworten zu je 8 bis 10 Bits je Sekunde bedeutet.

Da die Busschaltung eine UND-Schaltung bildet, kann der Bus nur dann "EIN" sein, wenn alle Sendeschalter im Zustand "EIN" sind, was bei Verwendung von Transistoren als Sendeschalter im allgemeinen bedeutet, daß die Sendeschalter stromlos sind. Wird ein Impuls verlangt, so wird der Sendeschalter durch Zuführung eines Basisstromes leitend gemacht, der Ausgang geht auf "AUS". Sobald mindestens ein Sendeschalter einen "AUS"-Impuls liefert, wird die Busleitung "AUS", ungeachtet der Stellung anderer Sendeschalter. Dafür werden sog. "offene 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 der Veröffentlichung ist eine UND-Schaltung verwendet worden, wobei der Bus "EIN" ist, wenn alle gekoppelten Eingänge "EIN" sind. Diese Definition wird auch nachfolgend stets benutzt. Es ist bekannt, daß diese Definition einer ODER-Schaltung für "AUS"-Signale entspricht, die meistens als "wired-OR" bezeichnet wird.

Die genannte Veröffentlichung zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines durch einen Mikroprozessor gesteuerten "Cobus interface", das nachfolgend mit Steuerschaltung bezeichnet wird.

Das dargestellte "Cobus-interface" weist u. a. eine Empfangsschaltung und einen "interference detector" auf. Damit wird überprüft, ob eine andere Steuerschaltung gleichzeitig die Busleitung beantragt, indem die ausgesendete eigene Adresse überprüft wird. Eine Prioritätsregelung sorgt dafür, daß das Gerät mit der niedrigsten Adresse Priorität erhält.

Weiterhin weisen die Steuerschaltungen eine Schaltungsanordnung zum Rekonstruieren des Bit-Taktes und eine Synchronisationsschaltung auf. Diese werden meistens mit einer phasenverkoppelten Schleife mit einem Oszillator (PLLO) gebildet. Dazu ist es erforderlich, daß ein sehr stabiler Taktimpulsgenerator verwendet wird, was nur durch Verwendung eines kristallgesteuerten Generators verwirklicht werden kann.

Wegen der Synchronisation hat jedes Wort ein Startbit. Die Mikro- sowie Makrosynchronisation erfolgt zu dem Startbit und zu jedem anderen gesetzten Bit. In den Anlaufphasen ist die Bitgeschwindigkeit halbiert, damit Synchronisationsprobleme infolge u. a. der Signallaufzeit über das Buskabel weniger wirksam werden.

Durch den sendeseitig erforderlichen kristallgesteuerten Taktimpulsgenerator und den empfangsseitig erforderlichen 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 an nur einem Bus Geräte mit wesentlich verschiedenen Sollgeschwindigkeiten verwendet werden. Die engen Zeittoleranzen erfordern schließlich noch gut definierte und folglich steile Impulsflanken, wodurch es notwendig ist, ein Koaxialkabel als Busleitung zu verwenden, um Störstrahlung nach außen auf einem akzeptablen niedrigen Pegel halten zu können.

Ein preisgünstiges verdrilltes Zweidrahtsystem kann wegen Störungsanforderungen der Post und entsprechenden Instanzen nicht angewandt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine Datenübertragung zwischen Geräten ermöglicht, deren Übertragungsgeschwindigkeit beispielsweise um eine Größenordnung voneinander abweicht, wobei einfache Taktimpulsgeneratoren verwendbar sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Verwendung des Modussymbols ist es möglich, die Informationsübertragung mit der maximal möglichen Geschwindigkeit der aktiven Geräte und der gleichen Zuverlässigkeit wie bei bekannten Verfahren durchzuführen, wobei sehr preisgünstige Mittel verwendbar sind, insbesondere eine verdrillte Zweidrahtbusleitung ohne Abschirmung, einfache RC-gekoppelte Taktimpulsgeneratoren und einfache Synchronisationsmittel auf der Empfangsseite. Durch die wesentlich größere Länge der Modus- und Adreßbits sind diese besonders gut auf der Empfangsseite erkennbar und von den Datenbits unterscheidbar.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet. Dabei ist durch die Auswertung der auf die Modussymbole folgenden Adressenbits in jedem Falle eine eindeutige Prioritätsentscheidung möglich. Durch die besonders lange Startbitzeit wird die Synchronisation vereinfacht, wobei die Startbitzeit zweckmäßig unabhängig von der Übertragungsgeschwindigkeit auf die niedrigste vorgesehene Übertragungsgeschwindigkeit bezogen ist. Ferner kann durch die stark unterschiedlichen Teilzeiten der Informationsbitzeit für eine "0" bzw. "1" sowie dadurch, daß eine "0" sowie eine "1" durch einen Impuls dargestellt ist, eine 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 ¾ Bitzeit, ob der Impuls beendet ist oder nicht, d. h. eine "1" bzw. "0" darstellt.

Der große Unterschied in der Länge zwischen einem "1"- und einem "0"-Impuls ermöglicht eine zuverlässige Detektion, trotz großer Zeittoleranzen, die durch die untenstehenden Ursachen entstehen:

• a) die Verwendung von RC-Taktimpulsgeneratoren, die in der Praxis eine Frequenztoleranz von maximal +25% aufweisen;
• b) die Verwendung von Impulsflanken mit Flankenzeiten von etwa 0,5 bis etwa 1,5 µs, wobei kleine Schwankungen in einer Detektionsschwelle bereits eine Zeitungewißheit von einigen Zehntel µs 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.

Es sei bemerkt, daß die Darstellung einer "0" bzw. einer "1" durch unterschiedliche Impulszeiten grundsätzlich bekannt ist aus der GB-Patentanmeldung 20 16 245. Darin sind jedoch mehere Geräte nicht über einen gemeinsamen Bus miteinander verbunden, sondern die einzelnen Geräte sind in einer geschlossenen Schleife miteinander verbunden.

Durch die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale ist es insbesondere möglich, eine Übertragung zwischen Geräten mit unterschiedlicher Übertragungsgeschwindigkeit durchzuführen, ohne daß im sendenden Gerät bekannt sein muß, mit welcher maximalen Übertragungsgeschwindigkeit das empfangende Gerät arbeiten kann.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie Ausgestaltungen davon sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Übertragungssystems,

Fig. 2 eine schematische Übersicht der Zusammenstellung eines Paketes zu übertragender Information,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Teils einer Steuerschaltung mit Sendeschaltern und einem Empfangsteil,

Fig. 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Steuerschaltung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Busstruktur dargestellt mit einem Datenbus 1, mit dem über Abgriffe 2 eine Anzahl Geräte mit 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 dargestellt, die als UNIT (1) und UNIT (N) bezeichnet sind. In Wirklichkeit ist die Anzahl im allgemeinen viel größer, einige Zehn bzw. Hundert sind möglich.

In dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden 2¹²=4096 adressierbare Geräte berücksichtigt, aber dies ist keineswegs eine theoretische oder andere Beschränkung.

Obwohl im allgemeinen nicht alle Geräte mit allen anderen kommunizieren können müssen, 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 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 verdrillter Drähte 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 unterschiedlichen Zeitpunkten innerhalb der Periode, in der die Busleitung von einem dritten Gerät belegt ist, ihre Benutzung beantragen. Sobald dieses dritte Gerät den Bus frei gibt, entdecken die wartenden Geräte dies alle "gleichzeitig" und versuchen alle gleichzeitig den Bus zur Verfügung zu bekommen.

Wenn ein Gerät den Bus braucht, wird es eine Nachricht aussenden, wobei die Nachricht die allgemeine Form hat, wie diese in Fig. 2 dargestellt ist.

Während der Überprüfungszeit 82 überprüft die Steuerschaltung 4, ob während einer gewissen Zeit keine Impulse an dem Bus eintreffen, und gibt dann ein Startbit 84. Dieses Startbit 84 hat für andere Geräte den Charakter einer Warnung ("interrupt"), daß nachfolgend eine Übertragung stattfindet.

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 Identifikation 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 die 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 eigentliche Informationsübertragung 94. Am Ende des verfügbaren 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 mit einer Anzahl unterschiedlicher Geschwindigkeiten verbunden sind. Die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf dieses Beispiel, viel größer ausgelegte sowie einfachere Anordnungen können auf entsprechende Weise funktionieren.
Als Beispiel gilt folgendes:
Modus 0: Taktimpulsfrequenz 0,55 MHz ± 25%; 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 Tabelle I als Richtwert gegeben.

Tabelle I

MS

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 worden, daß, wenn zwei oder mehr Geräte den Bus beantragen, die niedrigere Moden, d. h. die langsameren Geräte, Priorität haben.

Dadurch, daß der Bus als UND-Schaltung AUS- präferent ist und "0"-Impulse wesentlich länger dauern als "1"-Impulse einschließlich aller Toleranzen, wird der Bus nämlich zugleich "0"-präferent.

Sobald also ein Gerät mit beispielsweise Modussymbol 10 im Modus 1 startet und ein anderes Gerät gleichzeitig mit einer 0 im Modus 0, so wird das Modus-1-Gerät bereits bei der Überprüfung der ersten 1 sehen, daß es wider Erwarten eine 0 auf der Leitung gibt, und wird unmittelbar zugunsten des Gerätes mit dem niedrigeren Modus nachgeben. Auf gleiche Weise wird ein Gerät mit einem Modus 2 beispielsweise statt 11 (0 noch nicht gesendet) 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 das Senden beenden. Dies bedeutet nun, daß bei gleichen Moden das Gerät mit der niedrigsten Adresse Priorität erhält. Ist beispielsweise die Adresse des Gerätes A 1010 0110 und die von B 1010 0011, so wird A bei der Überprüfung des sechsten Bits keine 1, sondern eine 0 lesen und das Senden beenden. B sieht ein einwandfreies Busverhalten und geht weiter. Das unmittelbare Beenden von A ist notwendig, um (in diesem Beispiel) zu vermeiden, daß das achte Bit, eine 0, das achte von B, eine 1, stören würde.

Das Gerät, das sein vollständiges Modussymbol und seine Identifikationsadresse ungestört von dem Bus zurückliest, darf den Bus nun während der restlichen Zeit des Zeitschlitzes belegen.

Es dürfte einleuchten, daß, sobald ein oder mehrere Geräte sich in der Auswahlperiode befinden, ein drittes Gerät, das deutlich später den Gebrauch beantragen will, entweder Impulse des Modussymbols und Identifikationsadressen oder eine nachfolgende Nachricht auf dem Bus sieht und warten muß, bis der Bus wieder einige Zeit impulsfrei ist. Die Auswahl ist nur bei gleichzeitigen oder nahezu gleichzeitigen Beantragungen notwendig.

In diesem Beispiel ist davon ausgegangen, daß die 4,43-MHz-Geräte einen kristallgesteuerten Taktimpulsgenerator aufweisen, beispielsweise ausgehend von einem Normkristall für die Fernseh-PAL-Frequenz von etwa 8,86 MHz, während die langsameren Geräte mit einem RC-gesteuerten Taktimpulsgenerator arbeiten.

Wenn ein Modus-2-Gerät eine Modus-1- oder -0- Nachricht sendet, wird dadurch keine Änderung in der Steuerung vorgesehen, sondern die Taktimpulsfrequenz wird auf einfache Weise zunächst durch 2 bzw. 8 geteilt.

Bei dem Modus 2 beträgt der Längenunterschied zwischen einem "0"-Impuls und einem "1"-Impuls in diesem Beispiel etwa ein Faktor 2,4; für die langsameren Geräte mit ihren größeren Frequenztoleranzen ist sogar ein Faktor von etwa 4 gewählt worden.

Für ein gutes Verständnis der Wirkungsweise reichen die Daten der Tabelle I.

In einer praktischen Ausführungsform sind viele Zeiten mit Hilfe eines Computerprogramms gewählt worden, wie dies in der Tabelle 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 Tabelle wird näher erläutert.

Wenn beispielsweise ein Modus-1-Gerät senden will, wird ein Startbit ausgesendet, bei dem der AUS-Zustand des Datenbusses eine Nennlänge von 249,2 µs hat. Nach einer gewissen Laufzeit und einem Teil einer Taktimpulsperiode eines anderen Gerätes kann dieses Startbit nach etwa 10,8 µs empfangen werden.

Daraufhin wird nach 177,0+55,5 µs die 1 des Modussymbols gegeben mit einer Impulslänge (AUS-Zustand des Datenbusses) von 4,1+1,8=5,9 µs. Das hörende Gerät erhält diesen Impuls mit Sicherheit innerhalb 4,1 µs, wenn es im Modus 1 arbeiten kann, und ermittelt etwa 9,9 µs 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. Wenn diese Überprüfung zu dem richtigen Ergebnis führt, wird danach der Modus "1"-"0"-Impuls mit einer Impulsdauer von etwa 22 µs gegeben.

Daraufhin wird mit den als "master-bits" bezeichneten Bits die Identifikationsadresse des Meisters gegeben und 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 symmetrischen Buskanals geeignet ist.

Tabelle II

Bitzeiten (in µs)

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 Differenz-Leseverstärkers 16 mit einem Ausgang 17 verbunden.

Wenn es auf dem Bus keine Impulse gibt, ist der Eingang 15 also nahezu auf dem Pegel der Speisespannung und der Eingang 14 nahezu auf Erdpegel, d. h., es herrscht der Zustand, der als EIN-Zustand des Busses definiert ist.

Weiterhin ist der Bus mit Ausgängen 18 bzw. 20 der Sendeschalter 21 bzw. 22 verbunden, die im Ruhezustand keinen Strom führen.

Von einer nicht dargestellten Torschaltung erzeugte positive digitale Signale werden einem Eingang 23 der Sendeschaltung zugeführt. Dieser Eingang ist unmittelbar mit einem Steuereingang 24 des Sendeschalters 21 und über eine Umkehrschaltung 25 mit einem Steuereingang 26 des Sendeschalters 22 verbunden.

Sobald an dem Eingang 23 ein positiver Impuls erscheint, werden die beiden Sendeschalter 21, 22 leitend. In dem beschriebenen Beispiel werden die Sendeschalter durch Transistoren gebildet, für die die Widerstände 13 bzw. 12 zugleich die Kollektorwiderstände bilden.

Sobald die Sendeschalter 21, 22 leitend sind, wird der Anschluß 10 vom Erdpegel auf fast die Speisespannung gebracht, während der Anschluß 11 gerade nach Erde geht. Dies ist der AUS-Zustand für den Bus.

Das Eingangssignal des Leseverstärkers 16 kehrt also das Vorzeichen um, und an dem Ausgang 17 erscheint ein AUS-Signal.

Der EIN-Zustand des Busses kann nur vorliegen, wenn alle Sendeschalter einen Ausgangszustand 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 dem Eingang 23 kein positives Signal zugeführt wird, kann der Ausgang 17 des Leseverstärkers 16 nur dann auf dem AUS-Pegel sein, wenn in einer anderen Steuerschaltung die Sendeschalter leitend sind; damit läßt sich überprüfen, ob ein anderes Gerät eine Nachricht sendet bzw. gleichzeitig Zugriff zum Bus beantragt.

Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Steuerschaltung.

Den Eingängen 50, 51 wird aus dem Datenverarbeitungsteil eines Gerätes der Steuerschaltung Information zugeführt, meistens in Form zu übertragender Daten zu 50 und in Form einer Bestimmungsadresse zu 51. Diese Anschlüsse können beispielsweise durch einen Datenbus bzw. Adressenbus eines Mikroprozessors gebildet werden.

Die Information wird einer logischen Einheit 53 zugeführt, die den Transport auszusendender und zu empfangender Information überwacht und regelt auf an sich bekannte Weise. Eine Anzahl fester Programmierungsdaten sowie beispielsweise eine Identifikationsadresse sind dazu in einem Festwertspeicher (read only memory, ROM, PROM oder in einem vergleichbaren Speicher) 55 gespeichert, der mit der logischen Einheit verbunden ist.

Diese 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 53 bildet.

Der Impulsformer führt die Impulse mit der richtigen Länge, abgezählt in Anzahlen ganzer Taktimpulsperioden, den Sendeschaltern 59 zu, die mit Ausgängen 18, 19 mit dem Bus 10 bzw. 11 verbunden sind. Für dieselben Punkte wie diejenigen aus den vorgehenden Figuren sind hier dieselben Bezugszeichen verwendet worden.

Ein an dem Bus vorhandenes Signal wird dabei einem Empfänger 61 zugeführt, der mit einer Ausgangspufferschaltung 63 verbunden ist mit einem Ausgang 65 zum Übertragen von Information zu dem Datenverarbeitungsteil des Gerätes. Dieser Ausgangspuffer 63 ist ebenfalls zu dessen Steuerung mit der logischen Einheit 53 verbunden.

Die Ausgangssignale des Impulsformers 56 sowie die des Empfängers 61 werden weiterhin einer Vergleichsschaltung 67 zugeführt, von der ein Ausgang 69 mit einem Eingang für ein Stop-Signal 71 der logischen Einheit 53 verbunden ist. Diese Vergleichsschaltung 67 liefert ein Stop-Signal, sobald die Ausgangssignale des Impulsformers 56 und des Empfängers 61 voneinander abweichen, und zwar wegen der Tatsache, daß ein anderes Gerät den Bus benutzt bzw. dadurch, daß ein anderes Gerät mit höherer Priorität sich gleichzeitig um die Busbenutzung bewirbt, wie obenstehend beschrieben wurde.

Die eigentliche Form und der Aufbau der jeweiligen Torschaltungen, logischen Schaltungen, Speicher und Pufferregister ist für den Erfindungsgedanken nicht von Bedeutung. Damit werden Funktionen verwirklicht, die mit den Funktionen vergleichbar sind, die auch bei anderen Schaltungsanordnungen notwendig sind, wie beispielsweise diejenigen des in der Einleitung der Beschreibung beschriebenen Standes der Technik. Jeder Sachverständige kann und wird diese Funktion nach Bedürfnis verwirklichen.

Durch die Wahl des Verhältnisses der Länge von "0"- und "1"-Impulsen, welches Verhältnis größer ist als 2,1, beispielsweise 2,4, 4 oder mehr, kann eine zuverlässige Informationsübertragung gewährleistet werden, trotz großer Toleranzen in der Taktimpulsfrequenz des Taktimpulsgenerators 57, trotz Zeitunterschieden in der Flankendetektion von Flanken mit geringer Steilheit durch den Empfänger 61 und trotz Laufzeitunterschieden auf der Busleitung.

In der Praxis wurden die nachfolgenden Resultate erzielt:

Bei der gewählten Länge des Zeitschlitzes kann das langsame Gerät außer der Steuerinformation bestehend aus Startbits, Modussymbol und Adressen noch ein Informationsbyte von beispielsweise 9 oder 12 Bits aussenden. Dies scheint auf den ersten Blick wenig, ist aber durchaus schnell genug für beispielsweise die Behandlung von Information einer Tastatur, gegebenenfalls über Infrarot- oder Ultraschallfernsteuerung. Dabei wird im allgemeinen nicht mehr als ein Zeichen je 100 oder mehr Millisekunden 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. Im letzteren Fall wurde aus organisatorischen Gründen die Übertragung auf 2⁶ Bytes = 64 Bytes je Nachricht beschränkt.

Bei einer Taktimpulsfrequenz von 4,43 MHz, wie in diesem Beispiel angewandt, können diese Bytes zu je beispielsweise 8 Informationsbits und einem Paritätsbit mit einer Geschwindigkeit entsprechend 8,2 µs/Bit, d. h. etwa 120 kBaud gesendet werden.

Bei der gewählten Länge von 64 Bytes ergibt dies einschließlich Gemeinbits, eine mittlere Geschwindigkeit von etwa 10 000 Bytes/Sekunde. Bei einem längeren Zeitschlitz entsprechend 256 Bytes spielen die Steuerbits prozentual praktisch keine Rolle mehr, so daß eine 120 kBaud entsprechende Übertragungsgeschwindigkeit von etwa 13 000 Symbolen pro Sekunde erreicht wird.

Die 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 µs 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 (8)

1. Verfahren zur Übertragung digitaler Signale über einen Einkanal-Datenbus, an dem zwei oder mehrere asynchron arbeitende Geräte angeschlossen sind, die mindestens einen Sendeschalter aufweisen, der für die Übermittlung digitaler Signale zum Datenbus zwischen einem AUS- und einem EIN-Zustand geschaltet wird, wobei die Sendeschalter der Geräte zusammen mit dem Datenbus eine UND-Verknüpfung der von den Geräten zum Datenbus übermittelten Signalen bilden derart, daß der Datenbus im EIN-Zustand ist, wenn alle Ausgänge der mit dem Datenbus verbundenen Sendeschalter im EIN-Zustand sind, und im AUS-Zustand, wenn mindestens einer dieser Ausgänge im AUS-Zustand ist, und die digitalen Signale als elektrische Impulse zum Datenbus übermittelt werden, indem der Ausgang eines Sendeschalters in den AUS-Zustand geschaltet wird während einer von dem Wert des Signals abhängigen Teilzeit jeweils einer Informationsbitzeit mit mindestens einer fest vorgegebenen Länge, die einer ganzen Anzahl von Taktperioden entspricht, wobei eine Datenübertragung mit einem Startbit anfängt und vor den Daten Adreßbits übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Startbit ein oder mehrere Bits eines Modussymbols folgen, das die Übertragungsgeschwindigkeit angibt, wobei die Länge der Modus- und Adreßbits mindestens das 1,5fache der Länge eines Datenbits beträgt, und daß bei einer Kollision gleichzeitig sendender Geräte durch Auswerten der Modusbits das Gerät mit der niedrigsten Übertragungsgeschwindigkeit den Buszugriff behält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adreßbits die Senderadresse angeben und daß bei einer Kollision bei gleichen Modussymbolen durch eine folgende Auswertung der Adressenbits das Gerät mit der niedrigsten Adresse den Buszugriff behält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Startbitzeit mindestens das Fünffache der Informationsbitzeit beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeschalter nur nach einem EIN-Zustand auf dem Datenbus zum Senden eines "0"-Bits während einer Teilzeit der Informationsbitzeit den Datenbus in den AUS-Zustand schaltet, wobei die Teilzeit länger als die Hälfte der Informationsbitzeit und länger als zwei ganze Perioden des Taktsignals ist, und zum Senden eines "1"-Bits während einer anderen Teilzeit, die um mindestens einen Faktor 2,1 kürzer ist als die Teilzeit beim Aussenden eines "0"-Bits.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Startbit zunächst die Modusbits für die höchste Übertragungsgeschwindigkeit des Senders und danach die Senderadresse und die Empfängeradresse ausgesendet werden, wobei ein Empfänger mit mindestens dieser Übertragungsgeschwindigkeit anschließend ein Bestätigungssignal an den Sender zurücküberträgt, und daß bei fehlendem Bestätigungssignal danach die Modusbits für jeweils die nächstniedrigere Übertragungsgeschwindigkeit übertragen werden.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Einkanal-Datenbus, an den mehrere Geräte angeschlossen sind, von denen jedes Gerät einen digital adressierbaren digitalen Datenverarbeitungsteil, einen Taktgenerator für die Erzeugung eines periodischen Taktsignals und eine Steuerschaltung für die Kopplung des Datenverarbeitungsteiles mit einem Anschluß des Einkanal-Datenbusses enthält, wobei die Steuerschaltung mindestens einen Sendeschalter aufweist, der von der Steuerschaltung für die Übermittlung digitaler Signale zum Datenbus zwischen einem AUS- und einem EIN-Zustand geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung durch Abzählen von Taktimpulsen einen Startimpuls, ein Modussymbol, ein Adreßsymbol, Steuersymbole und/oder Informationsbits erzeugt, wobei der Sendeschalter zum Senden eines "0"-Impulses während eines Teils einer Informationsbitzeit in den AUS-Zustand geschaltet ist, der länger als die Hälfte der Informationsbitzeit und gleich mehr als zwei ganze Perioden des Taktsignals ist, und zum Senden eines "1"-Impulses während eines Teils einer Informationsbitzeit, der um mindestens einen Faktor 2,1 kürzer ist als die Impulsdauer eines "0"-Impulses, in den EIN-Zustand geschaltet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung weiter eine Empfangsschaltung für den Empfang digitaler Signale auf dem Einkanal-Datenbus, eine Vergleichsschaltung zum Vergleich der elektrischen Impulse auf dem Datenbus mit den vom Gerät gesendeten elektrischen Signalen und eine Unterbrecherschaltung für das Unterbrechen der Sendesignale aufweist, falls die Vergleichsschaltung ein Unterschied zwischen gesendeten und auf dem Datenbus vorhandenen Signalen detektiert.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkanal-Datenbus durch zwei verdrillte Leiter gebildet ist und jede Steuerschaltung für die symmetrische Steuerung des Leiterpaares einen ersten und einen zweiten Sendeschalter aufweist.