DE4020808C2 - Einrichtung zur bidirektionalen Datenübertragung im Halbduplexbetrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebene Übertragungseinrichtung zur bidirektionalen Übertragung von Daten.

Eine derartige Übertragungseinrichtung ist bereits aus der DE 34 20 795 C2 bekannt. Die bekannte Übertragungseinrich­ tung ermöglicht den bidirektionalen Austausch digitaler Daten über eine Zweidrahtleitung. Unterschieden werden Unterstationen und eine Zentrale, zwischen denen Informa­ tionen ausgetauscht werden. Auf der Leitung sind je nach Betriebszustand drei verschiedene Spannungszustände möglich. Wenn kein Datenaustausch stattfindet, besteht ein leistungsarmer mittlerer Spannungszustand, der im Falle des Sendens einer der Unterstationen durch Belastung der Leitung im Takt der gesendeten Daten auf eine niedrigere Spannung geführt wird. Sendet die Zentrale, wird eine gegenüber dem mittleren Spannungszustand höhere Spannung impulsförmig an die Zweidrahtleitung gelegt. Dies ge­ schieht niederohmig. Im Ruhezustand liegt eine mittlere Spannung zwischen den Adern der Leitung. Eine Steuerung von Teilnehmerstellen mit Hilfe einer in einer Zentrale erzeugten Taktimpulsfolge im Ruhezustand oder bei senden­ der Unterstation ist dabei nicht vorgesehen.

Ferner ist aus der DE 37 17 886 A1 bereits ein Verfahren zum Übertragen von Daten an eine Vielzahl von Empfängern bekannt, das die die Empfänger versorgenden Speisestrom­ leitungen zugleich für die Datenübertragung benutzt. Für die Datenübertragung wird die Speisespannung mit negativen Impulsen beaufschlagt. Die Übertragung der Bits erfolgt in jeweils für 1 Bit vorgegebenem Zeitrahmen. Der Lauf des Zeitrahmens wird jeweils durch den ersten Impuls des Bits oder einen vorangehenden Impuls ohne Informationsgehalt in dem Empfänger ausgelöst. Die Teilnehmer können in beliebi­ ger Anzahl auch selbst als Sender ausgerüstet und ab­ wechselnd als System-Master aktiv sein. Hat ein Teilnehmer Master-Funktion, so werden die Daten unidirektional an die Empfänger übertragen.

Eine Übertragungseinrichtung mit Übertragung einer Taktim­ pulsfolge und Datenbits ist bereits aus A. Gabor: "High-Density Recording On Magnetic Tape", Electronics, October 16, 1959, Seite 72 bis 75, insbesondere Seite 73, Fig. 6 bekannt. Die bekannte Übertragungseinrichtung ist Bestandteil einer Vorrichtung zur Aufzeichnung von Daten auf Magnetband. Die Daten werden daher nur in einer Richtung übertragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Übertragungseinrichtung zur taktgesteuerten Übertragung von Datenbits zu schaffen, die es gestattet, bei der bidirektionalen seriellen Über­ tragung von Daten zwischen wenigstens zwei Teilnehmerstel­ len mit nur einem Taktgeber auszukommen.

Gemäß der Erfindung wird die Übertragungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs zur Lösung dieser Aufgabe in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Weise ausgebildet. Dabei kann die Datenleitung je Datenbit mit dem anderen Logikpegel während der gesamten Zeit zwischen zwei Taktimpulsen kurzgeschlossen werden. Im Hinblick auf einen möglichst großen Störabstand ist es jedoch von Vorteil, für den Kurzschluß nur einen vorgegebenen zeitlichen Teilbereich der Bitzeit vorzusehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Übertragungseinrichtung, die mit Hilfe eines einzigen Taktgebers eine bidirektionale, takt­ gesteuerte Übertragung von Datenbits im Halbduplexbetrieb zwischen zwei oder mehreren Teilnehmerstellen gestattet. Die Art der Taktsteuerung gestattet die Steuerung einer Vielzahl von Teilnehmerstellen, kann jedoch bereits bei einer Übertragungseinrichtung mit nur zwei räumlich voneinander getrennten Teilnehmerstellen von Vorteil sein.

Für die Wahl der Spannungspegel gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, daß bei vorgegebener Signalamplitude ein beson­ ders großer Störabstand erzielt wird.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Übertragungseinrichtung mit mehreren Teilneh­ merstellen,

Fig. 2 eine Zentrale,

Fig. 3 eine Teilnehmerstelle und

Fig. 4 eine Impulsfolge mit Taktimpulsen und mit Datenim­ pulsen.

Die in Fig. 1 gezeigte Übertragungseinrichtung umfaßt meh­ rere Teilnehmerstellen, die über die Datenleitung 3 mit­ einander verbunden sind. Eine der Teilnehmerstellen ist als Zentralstation 1 ausgebildet. Die weiteren Teilnehmer­ stellen sind Unterstationen 21′. . .2n′.

Die Zentrale nach Fig. 2 enthält den Mikro-Controller 11, den Sendebaustein 12 und den Fensterkomparator 15. Die Datenleitung 3 liegt am Abgriff des aus den Widerständen 13 und 14 bestehenden, zwischen den Potential U und Masse angeordneten Spannungs­ teilers. Die Werte der beiden Widerstände sind gleich groß und betragen 100 Ohm. Der Fensterkomparator 15 ist mit seinem ver­ gleichsweise hochohmigen Eingang an den Abgriff des Spannungs­ teilers 13, 14 angeschlossen.

Der Sendebaustein 12 ist mit seinem Eingang an den Taktausgang des Mikrocontrollers 11 angeschlossen und mit seinem Ausgang an den Abgriff des Spannungsteilers 13, 14 geführt. Der Sende­ baustein 12 ist im Ruhezustand am Ausgang hochohmig, so daß das Potential der Datenleitung durch den Spannungsteiler 13, 14 bestimmt wird und U/2 beträgt. Während der Dauer der Takt­ impulse nimmt der Ausgang des Sendebausteins 12 das Potential U an. Dabei ist der Widerstand 13 kurzgeschlossen.

Der Sendebaustein 12 ist ferner mit einem "output enable"-Ein­ gang an einen "enable"-Ausgang des Mikrocontrollers angeschlos­ sen.

Mit diesem Enable-Signal erwirkt der Mikrocontroller die Hoch­ ohmigkeit des Sendebausteins 12 im Ruhezustand bzw. das Durch­ geben der Clock- oder Nullbitinformation an den Ausgang in der Sendephase.

Die in Fig. 3 gezeigte Sende-/Empfangsanschaltung eines E/A- Bausteines enthält den Fenstercomparator 21, den Sendebaustein 23 und das UND-Glied 22. Der Sendebaustein 23 ist mit seinem "output enable"-Eingang an den Ausgang des UND-Gliedes 22 an­ geschlossen. Einem weiteren Eingang D des Sendebausteines 23 werden Datenbits zugeführt. Den Eingängen S und TZ des UND- Gliedes 22 werden ein Kriterium "Senden" und ein Kriterium "Tor-Zeit" zugeführt.

Der Ausgang der Sendevorrichtung 23 ist mit der Datenleitung 3 verbunden. Der Fensterkomparator 21 ist mit seinem vergleichs­ weise hochohmigen Eingang an die Datenleitung 3 angeschlossen und hat 3 Ausgänge T, D1, T0.

Liegt am Eingang der Sendevorrichtung 23 ein "0"-Datenbit an und meldet das UND-Glied 22 eine Koinzidenz der Kriterien "Senden" und "Torzeit", so nimmt der Ausgang der Sendevorrich­ tung das Potential 0 an. Dabei wird der in der Zentrale nach Fig. 2 enthaltene Widerstand 14 kurzgeschlossen.

Der Fensterkomparator 15 der Zentrale 10 und der Fensterkompa­ rator 21 der Sende-/Empfangsanschaltung des E/A-Bausteines haben jeweils drei Ausgänge. Liegt das Potential der Datenlei­ tung 3 im Bereich von 2/3 U bis U, so erscheint am Ausgang T ein Taktimpuls. Liegt das Potential der Datenleitung im Bereich von 1/3 U bis 2/3 U, so erscheint am Ausgang D1 ein Impuls, der der logischen "1" des Datensignals entspricht. Liegt das Potential der Datenleitung 3 im Bereich von 0 bis 1/3 U, so erscheint am Ausgang D0 ein Datenimpuls, der der logischen Null des Datensignals entspricht.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, enthält die Zentralstation 1 eine Taktimpulsquelle, Sende- und Empfangsvorrichtung. Wie Fig. 3 zeigt, enthalten die Unterstationen jeweils eine Sende- und eine Empfangsvorrichtung.

In den durch Taktimpulse einer Taktimpulsfolge begrenzten Zeit­ abschnitten wird jeweils ein Datenbit übertragen. Bei einem Da­ tenbit mit dem einen Logikpegel bleibt die Taktimpulsfolge un­ verändert. Bei einem Datenbit mit dem anderen Logikpegel er­ fährt die Taktimpulsfolge in dem zum Datenbit gehörenden Zeit­ abschnitt eine Änderung.

Eine der Teilnehmerstellen, nämlich die Zentralstation enthält eine taktsteuerbare Taktimpulsquelle, die an die Übertragungs­ leitung angeschlossen ist. Mit Hilfe der Taktimpulsquelle wird ein erster Spannungspegel im Takt eines Taktgebers impulsweise auf einen zweiten Spannungspegel erhöht.

Die weiteren Teilnehmerstellen enthalten jeweils eine durch Datenimpulse steuerbare Schaltvorrichtung. Diese Schaltvor­ richtung wird jeweils während eines Teils des zwischen zwei Taktimpulsen liegenden Zeitabschnittes durch die Datenimpulse derart gesteuert, daß sie bei einem Datenbit mit dem anderen Logikpegel die Übertragungsleitung kurzschließt. Gegebenen­ falls kann in dieser Weise der gesamte Zeitabschnitt zwischen zwei Datenimpulsen gesteuert werden.

Die Teilnehmerstellen enthalten ferner eine an die Übertragungs­ leitung angeschlossene Empfangsvorrichtung, die in Abhängigkeit von dem auf der Übertragungsleitung herrschenden Spannungspegel Takt-/oder Datenimpulse abgibt.

Der zweite Spannungspegel beträgt das Doppelte des ersten Spannungspegels. Die Empfangsvorrichtung enthält einen Spannungsdiskriminator, der bei einem Spannungspegel im Be­ reich von 2/3 bis zum vollen Betrag des zweiten Spannungspe­ gels an einem Taktausgang einen Taktimpuls abgibt. Der Logik­ pegel am Datenausgang des Spannungsdiskriminators hat bei einem Eingangsspannungspegel im Bereich von 0 V bis zu 1/3 des ersten Spannungspegels den Wert "0" und bei einem Eingangsspannungs­ pegel im Bereich von 1/3 bis zu 2/3 des zweiten Spannungspe­ gels den Wert "1".

Für die Datenimpulse ist ein vorgegebener zeitlicher Teilbe­ reich des Zeitabschnittes vorgesehen. Gegebenenfalls können die Datenimpulse den gesamten Zeitabschnitt umfassen.

Fig. 4 zeigt eine Spannungspegel-, Bit- und Takt-Darstellung für die über den lokalen Bus übertragenen Daten. Impulse im Be­ reich von 2/3 U bis U werden als Taktimpulse gewertet. Blieb der Pegel der Datenleitung im Bereich von 1/3 U bis 2/3 U, so wird ein Datenbit "1" angenommen. War der Pegel der Datenlei­ tung zwischen zwei Taktimpulsen für eine vorgegebene Zeit im Bereich von 0 bis 1/3 U, so wird ein Datenbit "0" angenommen.

Claims (2)

1. Einrichtung zur bidirektionalen Datenübertragung im Halbduplexbetrieb mit wenigstens zwei über eine Datenlei­ tung (3) miteinander verbundenen Teilnehmerstellen (1, 21. . .2n), dadurch gekennzeichnet, daß nur eine der Teilnehmerstellen eine Taktimpulsquelle enthält, mit deren Hilfe ein erster Spannungspegel (U/2) auf der Datenleitung (3) fortwährend impulsweise auf einen zweiten Spannungspegel (U) erhöht wird, daß in einer Takt­ impulsperiode jeweils ein Datenbit übertragen wird, daß wenigstens eine der Teilnehmerstellen eine durch zu über­ tragende Information steuerbare Schaltvorrichtung (23) enthält, die bei einem Datenbit mit dem einen Logikpegel das Signal auf der Datenleitung unverändert läßt und die bei einem Datenbit mit dem anderen Logikpegel die Daten­ leitung während wenigstens eines Teils der Zeit zwischen zwei Taktimpulsen kurzschließt und daß die Teilnehmerstel­ len jeweils eine an die Übertragungsleitung angeschlossene Empfangsvorrichtung (21) enthalten, die in Abhängigkeit von dem auf der Datenleitung (3) herrschenden Spannungs­ pegel (U, U/2, 0) Takt- und Datensignale unterscheidet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannungspegel (U) wenigstens näherungs­ weise das Doppelte des ersten Spannungspegels (U/2) ist, und daß die Empfangsvorrichtung (21) einen Fensterkompa­ rator enthält, der bei einem Spannungspegel im Bereich von 2/3 bis zum vollen Betrag des zweiten Spannungspegels (U) an einem Taktausgang (T) einen Taktimpuls, und an wenig­ stens einem Datenausgang bei einem Spannungspegel im Be­ reich von 0 V bis zu 1/3 des ersten Spannungspegels (U) Logikpegel "0" und bei einem Spannungspegel im Bereich von 1/3 bis zu 2/3 des zweiten Spannungspegels (U) Logikpegel "1" abgibt.