DE3828271A1 - Verfahren zum seriellen uebertragen von telegrammen - Google Patents

Description

Aus "Taschenbuch der Informatik" von Steinbuch und Weber, Springer-Verlag, 1974, Band 3, Seiten 405 bis 410 ist ein Puls- Lage-Modulationsverfahren bekannt, bei dem nur die bei der Pulsdauer-Modulation entstehenden Impulsflanken übertragen werden. Je Abtastperiode wird ein Impuls erzeugt und übertragen. In dem angegebenen Buch ist ferner die Puls-Frequenz-Modulation beschrieben, mit der Impulse mit einer der Amplitude eines Meßsignals entsprechenden Frequenz bzw. mit einem dem Meßwert entsprechenden zeitlichen Abstand erzeugt werden.

Aus der E-PS 01 34 174 ist es bekannt, Meldungen über eine zweiadrige Leitung zwischen einer Zentralstation und mehreren entfernt gelegenen Stationen zu übertragen. Die Zentralstation erzeugt nacheinander für jede der entfernt gelegenen Stationen eine Adresse und schaltet diese auf die Zweidrahtleitung, worauf die entfernt gelegenen Stationen als Antwort auf den Empfang der Adressen eine Meldung abgeben. Die in der Zentralstation erzeugten Adressen werden durch Modulation eines Taktsignals erzeugt, das zu einer Gleichspannung hinzugefügt wird, die permanent an der zweiadrigen Verbindung anliegt und die als Speisespannung der entfernt gelegenen Stationen verwendet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zum Übertragen von Datentelegrammen zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die durch Unterteilung der Telegramme entstehenden Wörter können unterschiedliche Längen haben. z. B. kann ein Telegramm von 16 Bit und einem Paritätsbit in vier Wörtern mit jeweils vier Bit und in ein Wort von einem Bit unterteilt werden. Das neue Verfahren gestattet, Daten über eine zweiadrige eigensichere Busleitung zwischen Teilnehmern zu übertragen, die vom Bus galvanisch getrennt sind und über den Bus mit Energie versorgt werden können. Wegen der geringen Zahl der für die Informationsübertragung notwendigen Impulse benötigt das Verfahren nur wenig Sendeenergie. Dies gilt vor allem dann, wenn zum Senden eines Impulses die über einen Widerstand an eine Speisespannung angeschlossene Übertragungsleitung kurzgeschlossen wird. Während der verhältnismäßig langen Impulspausen können die Teilnehmer mit Energie versorgt werden.

In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Anhand der Zeichnungen werden im folgenden die Erfindung sowie deren Ausgestaltungen und deren Vorteile näher beschrieben und erläutert.

In Fig. 1 und 2 sind Schaltbilder von für das neue Verfahren geeigneten Busleitungssystemen dargestellt.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen anhand eines Beispiels das neue Verfahren.

Fig. 5 zeigt das Schaltbild eines Senders zur Ausführung des neuen Verfahrens und

Fig. 6 das Schaltbild eines zugehörigen Empfängers.

In Fig. 1 sind mit BL 1, BL 2 die beiden Adern einer zweiadrigen Busleitung bezeichnet, an die mehrere Stationen ST 0, ST 1 . . . STn angeschlossen sind. Sie dient nicht nur zur Übertragung von Informationen, sondern auch zur Spannungsversorgung der Stationen. Da die Busleitung galvanisch von den Stationen und auch selbstverständlich die Stationen untereinander galvanisch getrennt sein sollen, enthält jede Station zwei Übertrager, einen U 0, U 1 . . . Un zum Ein- und Auskoppeln von Informationssignalen in die bzw. aus der Busleitung und einen zweiten in einem Gleichspannungswandler SW 0, SW 1 . . . SWn. Die Übertrager U 0, U 1 . . . Un weisen je drei Wicklungen W 01, W 02, W 03; W 11, W 12, W 13 . . . Wn 1, Wn 2, Wn 3 auf. Die an die Busleitungen angeschlossenen Wicklungen sind unterteilt und wechselstrommäßig mittels Kon­ densatoren C 01, C 02; C 11 C 12 . . . Cn 1, Cn 2 in Reihe geschaltet. An die dritten Wicklungen W 03, W 13 . . . Wn 3 sind die Sende- und Empfangseinrichtungen angeschlossen.

Die Stationen ST 1 . . . STn werden von der Station ST 0 mit Energie versorgt. Da im Ausführungsbeispiel alle Stationen galvanisch von der Busleitung getrennt sein sollen, enthält auch die Station ST 0 einen Gleichspannungswandler SW 0, dessen Ausgangsspannung über die Wicklungen W 01, W 02 des Übertragers U 0 in die Busleitung BL 1, BL 2 eingespeist wird. Entsprechend wird von den Teilnehmern die Energie über deren Wicklungen W 11, W 12 bzw. Wn 1, Wn 2 Gleichspannungswandlern SW 1 . . . SWn zugeführt. Die Induktivität der Übertragungswicklungen bildet für die Informationssignale eine im Vergleich zu den Kondensatoren C 11, C 12, . . . Cn 1, Cn 2 hohe Impedanz, so daß die Versorgungsspannung gesiebt wird. Im Ausführungsbeispiel liegen die Stationen ST 0, STn an den beiden Enden der Busleitung; demgemäß sind die dritten Wicklungen W 03, Wn 3 ihrer Übertrager mit Widerständen ZL 1, ZL 2 abgeschlossen, die unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses der Übertrager gleich dem Wellenwiderstand sind. Infolge der kapazitiven Erdung der Mittelanzapfungen der Wicklungen W 01, W 02; W 11, W 12 . . . arbeitet das Busleitungssystem streng symmetrisch. Gleichtaktimpulse durch Störfelder wirken sich praktisch nicht aus.

Fig. 2 zeigt ein Busleitungssystem, dessen Busleitung aus einer zweiadrigen geschirmten Leitung BL 3 besteht. Die nicht bezeichneten Stationen enthalten wieder jeweils einen Signalübertrager, der mit zwei Wicklungen L 01, L 02; L 11, L 12; . . . Ln 1, Ln 2 an die Adern der Busleitung angeschlossen ist. Die Mittelanzapfungen dieser Wicklungen liegen kapazitiv am Schirm der Busleitung. Die Speisespannung wird in die Busleitung über die Wicklungen L 01, L 02 eingespeist, die Mitte der Speisespannung kann an den Schirm gelegt sein. Für die Gleichspannung wirken die Wicklungen der Übertrager wie ein Widerstand, da diese Wicklungen bifilar sind. Für das Informationssignal aber wirken sie wie ein Differenzübertrager. Diese Schaltung ist im Gegensatz zu der nach Fig. 1 auf die Schirmleitung oder einen anderen dritten Leiter angewiesen.

In Fig. 3 ist als Beispiel eines zu übertragenden Telegramms ein 8-Bit-Datum mit einem Paritätsbit veranschaulicht. Das Telegramm ist in drei Wörter unterteilt, und zwar in ein erstes Wort mit den Bits der Wertigkeiten 2⁰ bis 2³ des Datums, ein zweites Wort mit den Wertigkeiten 2⁴ bis 2⁷ des Datums und ein drittes Wort, das nur aus dem Paritätsbit P besteht. Wie durch Schraffur angedeutet, hat das Datum den hexadezimalen Wert "3A" das Paritätsbit ist "0". Demgemäß sind drei Wörter mit den Wertigkeiten "3", "A", "0" zu übertragen.

Fig. 4 veranschaulicht das Impulsdiagramm bei der Übertragung des Telegramms nach Fig. 3. Im Ausführungsbeispiel arbeitet das Verfahren mit einem Grundtakt der Periodendauer dt. Selbstverständlich kann dieser Grundtakt aus einem Takt höherer Frequenz abgeleitet sein. Ein Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß nur Impulsflanken ausgewertet werden, so daß Impulsverbreiterungen, wie sie durch Gruppenlaufzeitverzerrungen auf langen Leitungen auftreten, nicht zu Übertragungsfehlern führen. Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Vorderflanken der Impulse ausgewertet werden, selbstverständlich können ebenso die Rückflanken für die Auswertung herangezogen werden, oder es kann auch ein kombiniertes Verfahren verwendet werden, bei dem die Vorder- und die Rückflanken getrennt ausgewertet und durch Vergleich der Ergebnisse die Übertragung überprüft wird. Auf jede auszuwertende Impulsflanke folgt zunächst eine Offset-Zeit t _Off, an die sich Zeitfenster 0, 1, 2, 3 . . . anschließen, die den Wertigkeiten der Wörter entsprechen. Im Zeitfenster der Wertigkeit des jeweiligen Wortes folgt der nächste Impuls. Im Beispiel der Fig. 3 beträgt die Wertigkeit des ersten Wortes "3"; demgemäß fällt die positive Flanke des auf einen Startimpuls A folgenden Impulses B in das Zeitfenster der Wertigkeit "3". Darauf folgt wieder eine Offset-Zeit t _Off, deren Ablauf in das Zeitfenster 0 fällt. Die Wertigkeit des zweiten Wortes des zu übertragenden Telegramms ist "A", demgemäß fällt die positive Flanke des nächsten Impulses C in das zugehörige Zeitfenster. Darauf folgt wieder eine Offset-Zeit t _Off, an die unmittelbar ein Impuls D anschließt, und die Offset-Zeit im zugehörigen Zeitfenster endet.

Im Ausführungsbeispiel beträgt die Breite der Wörter 4 Bit, d. h., es sind einschließlich des Zeitfensters für die Wertigkeit "0" 16 Zeitfenster vorzusehen. Je 4 Bit ist ein Impuls erforderlich und, wenn der letzte Impuls eines Telegramms nicht zugleich der Startimpuls für das folgende Telegramm ist, je Telegramm ein zusätzlicher Impuls. Man könnte auch mit weniger Impulsen auskommen, wenn man die Telegramme in längere Worte unterteilt, z. B. in Wörter von je 8 Bit, und eine entsprechende Anzahl von Zeitfenstern, z. B. 256, vorsieht. Die geringe Anzahl von Impulsen, die zur Informationsübertragung erforderlich sind, hat einen geringen Sendeenergiebedarf zur Folge. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dann mit besonderem Vorteil eingesetzt werden, wenn die Teilnehmer über die Busleitung mit Energie versorgt werden, da dann einerseits die verhältnismäßig langen Impulspausen für die Energieübertragung zur Verfügung stehen und andererseits die Teilnehmer zum Senden nur wenig Energie verbrauchen. Es ist z. B. möglich, daß die Teilnehmer während der Offset-Zeiten einen Schalter schließen, mit dem Pufferkondensatoren gegebenenfalls über strombegrenzende Widerstände an die Busleitung angeschlossen werden. Während der Zeit zwischen dem Ende der Offset-Zeit und dem Beginn der nächsten Offset-Zeit werden dann die Teilnehmer aus den Pufferkondensatoren mit Energie versorgt.

Bei dem bisher beschriebenen Verfahren hatten die Zeitfenster eine konstante Breite von dt. Demgemäß betrug, wenn die Wertigkeit eines Wortes n war, der zugehörige zeitliche Abstand zwischen zwei Impulsen t _Off + n · dt. Durch geeignete Wahl der Offset-Zeit t _Off kann erkannt werden, ob ein Impuls ausgefallen oder zusätzlich aufgetreten ist. Der erste Fall kann erkannt werden, wenn nach Ausfall eines Impulses die Zeit zwischen den verbleibenden Impulsen größer als ein maximaler Impulsabstand ist, und zwar auch dann, wenn das vor und das nach dem fehlenden Impuls übertragene Wort die Wertigkeit "0" hat. Unter der gleichen Bedingung kann auch ein zusätzlich auftretender Störimpuls erkannt werden, da dann mindestens einer der neu entstandenen Impulsabstände kleiner als die Offset-Zeit ist, und zwar auch dann, wenn mit dem ursprünglichen Impulsabstand ein Wort mit der maximalen Wertigkeit übertragen wird.

Bei dem bisher beschriebenen Verfahren wurde angenommen, daß alle Zeitfenster gleich Breite haben. Sollen auch Impulsverschiebungen erkannt werden, werden die Zeitfenster für die Worte eines Telegramms unterschiedlich breit gemacht. Bei drei Worten je Telegramm betragen die Breiten der Zeitfenster dt₁ = k · p₁, dt₂ = k · p₂ und dt₃ = k · p₃ · k bedeutet die Periodendauer eines gemeinsamen Grundtaktes, p _i sind Faktoren, die so gewählt sind, daß für alle Wertigkeiten innerhalb eines Telegrammes keine gleichen Zeitdauern auftreten, d. h., das paarweise kleinste gemeinsame Vielfache der Zeitfenster dt _i muß größer sei als n _max · dt _max (n _max ist die größte Wertigkeit, dt _max das breiteste Zeitfenster). Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man für die Faktoren p _i die nächsthöheren, über der maximalen Wertikeit n _max liegenden Primzahlen wählt. Man kann aber auch andere, über n _max liegende Kombinationen finden, für welche die Bedingung eingehalten wird. Die Faktoren p _i sollten aber dennoch möglichst klein gewählt werden.

Als Beispiel wird angenommen, daß die Periodendauer k des Grundtaktes eine Mikrosekunde beträgt und die maximale Wertigkeit der Wörter 7 ist. Die Faktoren sind dann: p₁ = 7, p₂ = 11, p₃ = 13. Das Produkt n _max · dt _max ist dann 91 µsec und die Offset-Zeit t _Off wird dann größer als diese Zeit gewählt.

Voraussetzung für die einwandfreie Übertragung ist, daß der erste Impuls eines Telegramms richtig erkannt ist. Zweckmäßig ist es daher, eine Mindestpausenzeit zwischen zwei Telegrammen vorzusehen, die länger ist als das maximale Zeitintervall zwischen zwei Impulsen, im obigen Beispiel also mehr als 182 µsec. Weiter ist ein definiertes Startzeichen erforderlich.

Ein zusätzliches Merkmal, das für die Prüfung der Übertragung herangezogen werden kann, ist die Anzahl der in einem Telegramm übertragenen Impulse.

Fig. 5 zeigt das Schaltbild eines für die Durchführung des neuen Verfahrens geeigneten Senders. Eine Steuereinheit STE bereitet das zu übertragende Telegramm auf, indem sie das Telegramm in Wörter vorgegebener Länge unterteilt und diese zur Übertragung in ein Register RG 1 einträgt. Vor Beginn der Übertragung des ersten Wortes setzt sie einen Wortzähler WZ zurück. Dessen Stand wird als Adresse einem Speicher SP zugeführt, in welchem drei Faktoren p₁, p₂, p₃, die jeweils einem zu übertragenden Wort zugeordnet sind, gespeichert sind. Der Faktor p₁ wird daher zusammen mit dem ersten Wort einem Multiplizierer MP zugeführt. Das Ergebnis wird in einem Addierer ADD zum Inhalt eines Registers RG 2, dessen Inhalt der Offset-Zeit entspricht, addiert. Ein Taktgeber TG liefert den Grundtakt an einen Zähler Z 1, dessen Stand von einem Vergleicher VGL mit dem Ausgangswert des Addierers ADD verglichen wird. Bei Gleichheit gibt der Vergleicher ein Signal auf einen Impulsformer IF, den Rücksetzeingang des Zählers Z 1 und die Steuereinheit STE. An den Impulsformer IF ist ein Leitungstreiber LT angeschlossen, der eine Wicklung W eines nicht dargestellten Übertragers speist, über den der Impuls in eine Busleitung eingekoppelt wird. Auf den Impuls des Vergleichers VGL erhöht die Steuereinheit STE den Stand des Wortzählers WZ um Eins, so daß der Faktor p₂ dem Multiplizierer MP zugeführt wird. Ferner trägt sie das zweite Wort des Telegramms in das Register RG 1 ein. Auf den nächsten Ausgangsimpuls des Vergleichers wird der Stand des Wortzählers WZ abermals erhöht und das dritte Wort des Telegramms in das Register RG 1 eingetragen. Der nächste Ausgangsimpuls des Vergleichers beendet das Telegramm und kann gleichzeitig der Startimpuls für das folgende Telegramm sein. Es kann aber auch ein Wert in das Register RG 1 eingetragen werden, aus dem durch Multiplikation mit einem der Faktoren p₁, p₂, p₃ und dem Inhalt des Registers RG 2 ein dem zeitlichen Abstand der Telegramme entsprechender Wert für den Vergleicher VGL gebildet wird.

Fig. 6 zeigt das Schaltbild eines Empfängers zum Empfang von mit dem Sender nach Fig. 5 über eine Busleitung ausgesandten Telegrammen. Soweit für den Empfänger gleiche Baueinheiten wie für den Sender verwendet sind, sind sie mit gleichen Bezeichnungen versehen. Die über die Busleitung übertragenen Impulse werden von der Wicklung W einem Diskriminator DIS zugeführt, der die auszuwertende Impulsflanke ermittelt und regeneriert. Sein Ausgangsimpuls wird der Steuereinheit STE, dem Übernahmeeingang eines voreinstellbaren Zählers Z 2, der darauf den In­ halt eines Registers RG 3 übernimmt, und dem Übernahmeeingang eines Registers RG 4 zugeführt. Mit dem Inhalt des Registers RG 3 wird der Zähler Z 2 derart voreingestellt, daß es die Offset-Zeit dauert, bis er den Wert Null erreicht. Mit dem Anfangsimpuls eines Telegrammes wird der Wortzähler WZ wieder so eingestellt, daß der Faktor p₁ aus dem Speicher SP ausgelesen wird. Mit dem auf den Startimpuls folgenden Impuls wird der Stand des Zählers Z 2 in das Register RG 4 übernommen und der Zähler Z 2 wieder auf den im Register RG 3 enthaltenen Wert eingestellt. Der Inhalt des Registers RG 4 wird in einem Dividierer DV durch den Faktor p₁ dividiert, so daß der Steuereinheit STE das erste Wort des Telegramms zugeführt wird. Gleichzeitig wird der Stand des Wortzählers um Eins erhöht, so daß der beim nächsten Eingangsimpuls erreichte Stand des Zählers Z 2 durch den Faktor p₂ dividiert und das zweite Wort vom Dividierer DV gebildet wird. Entsprechend wird auch das dritte Wort des Telegrammes gewonnen. Auch die Telegrammpausen können auf diese Art ermittelt werden.

Anstattt den Zähler Z 2 voreinzustellen, kann er auch auf Null rückgestellt werden. Von seinem Zählerstand wird dann der Inhalt des Registers RG 3 subtrahiert. Es könnte dann der Zähler Z 1 des Senders nach Fig. 5 auch für den Empfänger verwendet werden. Umgekehrt kann auch der voreinstellbare Zähler Z 2 im Sender nach Fig. 5 eingesetzt werden. Anstatt den Sender und den Empfänger mit diskreten Bauelementen, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt, aufzubauen, wird man sie zweckmäßig mittels eines programmierten Rechners realisieren.

Claims (11)

1. Verfahren zum seriellen Übertragen von Telegrammen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Telegramm in Wörter unterteilt wird, daß die Übertragung des ersten Wortes mit einem Startimpuls (A) beginnt und daß dann je Wort ein Impuls (B, C, D) übertragen wird, wobei der zeitliche Abstand zum vorhergehenden Impuls der Wertigkeit des Wortes entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wertigkeiten der Wörter entsprechenden zeitlichen Abstände jeweils aus einer für alle Wörter gleichen Offset-Zeit (t _Off) und einer zur Wertigkeit des jeweiligen Wortes proportionalen Zeit gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichen Wertigkeiten entsprechenden Zeiten für die Wörter eines Telegramms unterschiedlich sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichen Wertigkeiten entsprechenden Zeiten derart unterschiedlich sind, daß eine Impulsverschiebung, die für ein Wort einen zulässigen Wert ergibt, für ein anderes Wort zu einem ungültigen Wert führt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zu gleichen Wertigkeiten von aufeinanderfolgend übertragenen Wörtern proportionalen Zeiten im Verhältnis von Primzahlen verhalten.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigste Primzahl die nächste über der maximalen Wertigkeit der Wörter liegende ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Offset-Zeit (t _Off) größer als die der maximalen Wertigkeit eines Wortes proportionale Zeit ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der Offset-Zeiten Energie von einer Station (ST 0) über eine Busleitung (BL 1, BL 2) zu Stationen (ST 1 . . . STn) übertragen wird.

9. Anordnung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stationen (STi) an eine zweiadrige Busleitung (BL 1, BL 2) über je einen Übertrager (Ui) angeschlossen sind, der zwei Wicklungen (W) gleicher Windungszahl (Wi 1, Wi 2) aufweist, die mit ihren einen Anschlüssen mit der Busleitung und mit ihren anderen Anschlüssen mit der Reihenschaltung von zwei Kondensatoren (Ci 1 Ci 2) gleicher Kapazität verbunden sind, deren Verbindung in der jeweiligen Station geerdet ist, daß eine Station (ST 0) über die Wicklungen ihres Übertragers die Versorgungsspannung für die anderen Stationen in die Busleitung einspeist und daß in den anderen Stationen die Versorgungsspannungen an den Verbindungen zwischen den Übertragungswicklungen und den Kondensatoren abgenommen sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Übertragerwicklungen so gepolt sind, daß der Versorgungsstrom die Übertragerkerne in gleicher Richtung magnetisiert.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen der Übertrager so gepolt sind, daß die Magnetisierungen durch den Versorgungsstrom sich gegenseitig aufheben, daß die Busleitung eine geschirmte zweiadrige Leitung (BL 3) ist und daß die Verbindungen der Kondensatoren mit dem Schirm verbunden sind.