DE3717886A1

DE3717886A1 - Verfahren zum uebertragen von daten

Info

Publication number: DE3717886A1
Application number: DE19873717886
Authority: DE
Inventors: Reinhard Engstler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1988-12-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten an mindestens einen Empfänger, insbesondere an eine Mehrzahl von Empfängern, bei dem der bzw. die Empfänger durch zwei Speisestromleitungen mit Gleichstrom versorgt wird bzw. werden und die Datenübertragung durch willkürliche Spannungswechsel hoch-niedrig zwischen zwei Datenübertragungsleitungen vorge nommen wird.

Bekannt ist diese Datenübertragung in Form eines Zusammenspiels von Spannungswechseln in den beiden neben den Speisestrom leitungen vorhandenen Datenübertragungsleitungen.

Bei der sogenannten synchronen Datenübertragung übt die eine Datenübertragungsleitung ("Clock"-Leitung) eine Grundfunktion aus, indem sie mit ihren Spannungswechseln den Spannungszustand der anderen ("Daten"-Leitung) abfragt, wobei Spannungswechsel der Daten-Leitung im höheren Spannungszustand der Clock-Leitung zuerst als Startsignal und dann als Stopsignal für die Auf nahme im Empfänger wirken und dementsprechend Spannungswechsel der Daten-Leitung im niedrigeren Spannungszustand der Clock- Leitung der Datenübertragung dienen.

Bei der sogenannten asynchronen Datenübertragung wird in dem Empfänger jeweils durch einen Spannungswechsel einer Datenüber tragungsleitung der Lauf eines Zeitrahmens ausgelöst, der in eine Mehrzahl von für ein Abfragen des Spannungszustandes der Datenübertragungsleitung vorgesehene Stellen verschiedener Be deutung unterteilt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Vorrichtungsaufwand zu verringern.

Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck erfüllt durch eine Be nutzung der Speisestromleitungen für die Datenübertragung in der Weise, daß die Speisespannung mit den genannten Spannungs wechseln beaufschlagt wird.

Die Beschränkung der Verdrahtung auf zwei Leitungen verringert die Montagearbeit und vereinfacht vor allem bewegliche Vor richtungen, beispielsweise mit Empfängern für eine Anzeige ver sehene Tasten.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Spannungswechsel als kurzzeitige Spannungserniedrigungen, vorzugsweise auf null, erzeugt (negative Impulse) und mit diesen die Bits dargestellt. Die Versorgung der Empfänger mit Speisestrom kann während der äußerst kurzen Impulslängen über brückt werden durch eine, ohnehin vorhandene und/oder mittels eines Kondensators eingerichtete, Kapazität im Empfänger. Das ist ein wesentlicher Aspekt dieser Erfindung.

Spannungserhöhungen (positive Impulse) sind stattdessen jedoch gleichfalls denkbar. In Betracht steht in beiden Fällen in erster Linie, daß die Spannungswechsel in der einen Leitung stattfinden und die andere ein Null-Leitung ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Übertragung in jeweils für ein Bit vorgegebenen Zeitrahmen er folgt, auf die der bzw. die Empfänger mit dem Sender synchroni siert ist bzw. sind, und die jeweils das Datenwort bildenden Bits vom Empfänger als Folge registriert und verarbeitet werden.

Der Empfänger braucht dann zunächst nur in jedem Zeitrahmen die Zahl der Impulse zu zählen:
Ein Impuls stellt beispielsweise das O-Bit dar, zwei Impulse stellen das 1-Bit dar oder umgekehrt.

Damit läßt sich eine Datenübertragung sehr schnell und mit ein fachen Mitteln bewerkstelligen.

Die Synchronisierung erfolgt zweckmäßig in der Weise, daß der Sender jeweils durch einen Impuls den Lauf des Zeitrahmens in dem Empfänger auslöst.

Dieser Impuls ist vorzugsweise der erste Impuls des Bits. Das ist am einfachsten und verlangt nur die kürzeste Bemessung des Zeitrahmens.

Es erlaubt allerdings keine Pausen der Datenübertragung, wenn man nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin dung durch den den Lauf des Zeitrahmens auslösenden Impuls in dem Empfänger den Lauf eines weiteren Zeitrahmens auslösen will, an dessen Ende bei Ausbleiben weiterer Impulse alle Empfänger in Aufnahmebereitschaft für die nächste Adressenüber tragung zurückkehren.

Dann kann man in jedem Zeitrahmen dem Bit einen Impuls voraus schicken, der keinen Informationsinhalt hat und nur den weiteren Zeitrahmen auslöst, zweckmäßigerweise dann auch den erstge nannten Zeitrahmen.

Dieser Impuls läßt während Pausen der Datenübertragungen den weiteren Zeitrahmen immer wieder neu beginnen. Erst wenn nach dem gewollten Ende der Datenübertragung auch er ausbleibt, schalten nach Ablauf des weiteren Zeitrahmens die Empfänger in die Aufnahmebereitschaft zurück. Er erlaubt es auch, im bidirektionalen Betrieb die Zeit frei zu halten, bis ange forderte Daten gesendet werden können.

Die Aufnahmebereitschaft besteht während der Ruhezeiten ständig.

Bei Beginn der Datenübertragung mit der Adreßangabe werden, wie bisher, zunächst alle Empfänger erfaßt und schließlich alle bis auf die angegebene Adresse ausgeschieden. Das Ausschalten des Empfängers nach der Datenübertragung erfolgt dann aber nicht durch ein Stopsignal, sondern eben von selbst.

Es wäre allerdings auch möglich, jedoch aufwendiger, das Aus schalten des betreffenden Empfängers und das Rückschalten aller Empfänger in die Aufnahmbereitschaft durch eine entsprechende Informationsübertragung zu bewirken.

Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.

Fig. 1 zeigt in stärkerer Linie das O-Bit und in schwächerer Linie das 1-Bit,

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Datenübertragung,

Fig. 3 zeigt den Abschluß einer Datenübertragung,

Fig. 4 zeigt das Schaltbild eines Senders,

Fig. 5 zeigt das Schaltbild eines Empfängers und

Fig. 6 zeigt das Schaltbild eines an den Empfänger ange schlossenen Umsetzers zur Steuerung einer LCD-Anzeige.

Ein Zweileiter-Bus, für dessen Spannungsverlauf in Fig. 1 bis 3 Beispiele gegeben sind, ist zugleich Versorgungs- und Daten-Bus. Seine eine Leitung ist eine Masseleitung mit einem Potential V _SS (Fig. 1). Seine andere, im folgenden als Datenleitung be zeichnete Leitung hat ein Potential V _DD. Die Spannung zwischen V _DD und V _SS beträgt primär beispielsweise 5 Volt. Für die Daten übertragung wird sie kurzseitig abgesenkt auf 0 Volt. Die kurzzeitigen Absenkungen können verstanden werden als negative Impulse. Ihre Impulsdauer ist mit t ₁ bezeichnet und beträgt in unserem Beispiel 167 ns. Ebenso lang ist der Abstand zu einem ggf. folgenden Impuls, d.h. der Zeitabstand t ₂ zwischen dem Impulsbeginnen ist doppelt so groß wie die Impulsdauer.

Für jeweils einen oder zwei Impulse ist ein Zeitrahmen t ₃ von 1 µs vorgesehen, der mit dem ersten Impuls im Zeitpunkt t be ginnt. Bleibt der erste Impuls der einzige, stellt er ein O-Bit dar. Folgt ein zweiter Impuls, so ist damit ein 1-Bit dar gestellt.

Das nächste Bit folgt im nächsten Zeitrahmen t ₃.

Als Datenwort ist im vorliegenden Beispiel das Byte gewählt. Das heißt, der Sender sendet jeweils acht zusammengehörige Bits und der Empfänger sammelt sie und verarbeitet sie zusammen als eine Einheit. Ein Abstand zwischen den Bytes ist dafür nicht erforderlich.

Fig. 2 zeigt als Beispiel eine Übertragung der Werte 76, 49, 50 auf einen Teilnehmer mit der Adresse Nr. 173.

Das erste, zwischen den Zeitpunkten A und B übertragene Byte ist das Adreßwort. Im Zeitpunkt B ist der Teilnehmer mit der Adresse Nr. 173 bereit zur Datenaufnahme. Die übrigen Teil nehmer sind es nicht, sie ignorieren die ankommenden Daten.

Das erste Datenwort der Information beginnt in größerem Ab stand von B bei C. Der Abstand wäre nicht notwendig. Einge halten werden müßte nur der Abstand t ₃ vom Beginn des ersten Impulses des letzten Bits.

So schließt das nächste Byte unmittelbar an das Ende des vor angegangenen bei D an, ebenso das letzte bei F.

Lücken innerhalb des Bytes wie bei E sind möglich. Die Zeit rahmen t ₃ für die einzelnen Bits brauchen nicht unmittelbar aneinanderzuschließen. Es muß nur für jedes Bit dieser Zeit rahmen zur Verfügung stehen. Bei lückenloser Übertragung ergibt sich eine Übertragungsrate von 1 M Baud. Realisiert ist der Zeitrahmen durch eine Torschaltung in den Empfängern, die je weils durch den ersten Impuls des Bits mit Beginn dieses Im pulses geöffnet wird. Damit ist auf einfache Weise der Sychron lauf der Zeitrahmen t ₃ zwischen dem Sender und den Empfängern gesichert.

Der erste Impuls jedes Bits öffnet ferner eine weitere, einen Zeitrahmen t ₄ setzende Torschaltung ständig neu in allen Empfängern. Wird der Zeitrahmen t ₄ überschritten, im vorliegen den Falle 20 µs, schalten alle Empfänger wieder in die Aufnahme bereitschaft zurück. Das ist in Fig. 3 dargestellt. Der Bus wird "zurückgesetzt". Eine neue Datenübertragung beginnt mit neuer Adreßwahl. Dafür muß über den Zeitrahmen t ₄ hinaus die Zeitspanne abgewartet werden, die für die Zurücksetzung er forderlich ist. Während dieser Zeitspanne werden keine Daten angenommen.

Pausen der Übertragung müssen innerhalb des Zeitrahmens t ₄ bleiben.

Das Beispiel sei fortgeführt als Einrichtung zur Steuerung der Bedeutungsanzeigen auf einer veränderbaren Tastatur, beispiels weise eines Computers, mit 8 Tasten.

Der Sender gemäß Fig. 4 ist mit dem Computer über einen Prozessor verbunden, der ihm die zu übertragenden Datenwörter jeweils mit ihren Bits 0 bis 7 zur Verfügung stellt.

Nach Freigabe durch den Prozessor (Eingang "P.-Belegung") so wie durch eine Ablaufsteuerung im Sender werden die Daten parallel in eine Schieberegister übernommen. Aus diesem werden sie dann nacheinander am Ausgang Datenleitung abgegeben.

Im Empfänger nach Fig. 5 werden die am Eingang einlaufenden Impulse in der Weise verarbeitet und getrennt, daß die einzelnen Bits eines Datenwortes in ein Schieberegister ein geordnet und anschließend für eine parallele Freigabe bereit gestellt werden können. Die der Bitzählung und der Zeitrahmen messung t ₃ und t ₄ dienenden Organe sind in Fig. 5 gleichfalls gekennzeichnet.

Weiter im einzelnen ergeben sich die Funktionen des Senders und des Empfängers aus den vorangegangenen Beschreibungen zu Fig. 1 bis 3 und aus den Schaltbildern gemäß Fig. 4 und 5.

Die Zeitsteuerung erhalten der Sender und die Empfänger je weils von außen, wie aus Fig. 4 bis 6 hervorgeht. Die Ablauf steuerungen im Sender und Empfänger vertragen bei dem neuen Datenübertragungssystem Tolzeranzen bis zu 50% zwischen Sender und Empfänger und erlaubt damit kostengünstige Herstellungen.

Die Impulssammlung und -verarbeitung ist sehr viel schneller möglich als das bekannte Abfragen im Clock-Rhythmus bzw. Zeit raster. Die Übertragungsrate läßt sich bei geeigneter Bemessung der Impulslänge t ₁, des Impulsabstandes t ₂ bzw. t ₂-t ₁, des Zeitrahmens t ₃ und des Zeitrahmens t ₄ verdoppeln.

Ein Mindestwert für die Impulsdauer ist dadurch vorgegeben, daß den Teilnehmern die zum Reagieren benötigte Zeit gewährt werden muß. Insbesondere müssen das Einschwingverhalten und die Gatterlaufzeit im Empfänger berücksichtigt werden. Die Impuls dauer soll die Gatterlaufzeit etwas übersteigen.

Möglichst kurz gehalten werden soll sie indessen mit Rücksicht nicht nur auf die Übertragungsrate, sondern vor allem auf die Energieversorgung.

Der Impulsabstand muß eine Mindestgröße haben, die eine Be ruhigung des Bussystems nach einem Impuls zuläßt.

Die Weiterverarbeitung der vom Empfänger gemäß Fig. 5 abge gebenen Daten kann in bekannter Weise erfolgen. Im vorliegenden Beispiel sei die LCD-Anzeigeschaltung gewählt, die in der Druckschrift PCF 8576 der Valvo Unternehmensbereich Bauelemente der Philips GmbH, Hamburg, beschrieben ist.

Fig. 6 der vorliegenden Anmeldung ist dieser Druckschrift, auf die dazu verwiesen wird, entnommen.

Die wenigen erforderlichen Anpassungen der bekannten LCD-An zeigeschaltung an die neue Datenübertragung sind in Fig. 6 in den bekannten Schaltplan eingetragen:

An die strichpunktiert eingerahmte Stelle des I²C-Bus-Empfängers mit 8bit-Schieberreg. tritt der Empfänger gemäß Fig. 5.

Der Anschluß SDA bleibt als Eingang der Datenleitung in den Empfänger erhalten. Er übernimmt außerdem die Energiever sorgung und läßt damit den Anschluß U _DD entfallen. Die vorher mit diesem verbundene Versorgungsleitung ist nun stattdessen mit dem Eingang SDA verbunden worden über die mit der Kenn zeichnung V _DD versehene Verbindungsleitung.

Die Clock-Leitung SCL entfällt.

Der Masseleitungsanschluß SOA zum Empfänger kann gleichfalls entfallen.

Neu hergestellt ist eine Verbindung des Empfängers mit der Zeit steuerung.

Der Widerstand R _OSC wird nicht benötigt.

Die Steuerung nach Fig. 6 steuert mit ihren Ausgängen eine auf einer Taste angeordnete LCD-Anzeige. Acht solche Tasten einer Tastatur, d.h. acht Empfänger nach Fig. 5 sind an dem Bus in Reihe geschaltet.

Die Wortlänge von acht Bits erlaubt an sich die Unterscheidung und Ansteuerung von 2⁸-1=255 Teilnehmern.

Die Teilnehmer können in beliebiger Anzahl auch selbst mit Master-Funktion, d.h. als Sender, ausgerüstet sein und im Wechsel mit dem Sender nach Fig. 4 als System-Master aktiv sein.

Eine vollständige Darstellung des Systems erübrigt sich. Die Teilnehmer sind in an sich bekannter Weise - jetzt einmal um gekehrt betrachtet als am Anfang - an einem Zweitleiter-Daten übertragungsbus in Reihe geschaltet, der nun darüber hinaus über einen Abschlußwiderstand in der spannungsführenden Daten leitung an eine Spannungsquelle angeschlossen ist.

Claims

1. Verfahren zum Übertragen von Daten an mindestens einen Empfänger, insbesondere an eine Mehrzahl von Empfängern, bei dem der bzw. die Empfänger durch zwei Speisestrom leitungen mit Gleichstrom versorgt wird bzw. werden und die Datenübertragung durch willkürliche Spannungswechsel hoch-niedrig zwischen zwei Datenübertragungsleitungen vor genommen wird, gekennzeichnet durch eine Benutzung der Speisestromlei tungen für die Datenübertragung in der Weise, daß die Speisespannung mit den genannten Spannungswechseln beauf schlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungswechsel als kurzzeitige Spannungser höhungen (positive Impulse) oder Spannungserniedrigungen, vorzugsweise auf null, (negative Impulse) erzeugt werden und mit diesen die Bits dargestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Längen der negativen Impulse eine, ohnehin vor handene und/oder mittels eines Kondensators eingerichtete, Kapazität im Empfänger bzw. in den Empfängern derart abge stimmt ist, daß diese die mangelnde Versorgung überbrückt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung in jeweils für ein Bit vorgegebenen Zeitrahmen erfolgt, auf die der bzw. die Empfänger mit dem Sender synchronisiert ist bzw. sind, und die jeweils das Datenwort bildenden Bits vom Empfänger als Folge registriert und verarbeitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das O-Bit durch einen Impuls und das 1-Bit durch zwei Impulse dargestellt ist oder umgekehrt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lauf des Zeitrahmens jeweils durch einen Impuls in dem Empfänger ausgelöst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den Lauf des Zeitrahmens auslösende Impuls der bzw. der erste Impuls des Bits ist oder ein vorangehender Impuls ohne Informationsgehalt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Impuls, vorzugsweise den den Lauf des ge nannten Zeitrahmens auslösenden Impuls, in dem Empfänger der Lauf eines weiteren, mehrfach längeren Zeitrahmens aus gelöst wird, an dessen Ende bei Ausbleiben weiterer Im pulse alle Empfänger in Aufnahmebereitschaft für die nächste Adressenübertragung zurückkehren.