JP2010028196A - シリアル通信方法及び双方向リアル通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で高速化を図りつつ誤動作を防止したシリアル通信方法及び双方向リアル通信システムを提供する。
【解決手段】双方向シリアル通信システムは、第１モジュールと、第２モジュールと、上記第１モジュール及び第２モジュールが接続される幹線バスとを有する。上記第１及び第２モジュールは、それぞれ送信部及び受信部をそれぞれ有する。上記送信部は、送信データの先頭部にプリアンブルを有し、上記送信データの最後尾にフレーム終了信号を挿入して信号伝達線路をハイインピーダンス状態にする。上記受信部は、上記終了信号を検知し、一定期間受信回路の受信動作を停止ないし受信データを無効にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリアル通信方法及び双方向リアル通信システムに関し、例えばＥＩＡ−４８５（ＲＳ−４８５規格）に適合したシリアル通信方法及び双方向リアル通信に利用して有効な技術に関するものである。

ＥＩＡ−４８５（ＲＳ−４８５規格）は、ドライバとレシーバの電気的特性を定めたものである。データプロトコルについては規定も推奨もしていない。この規格は、高速データ通信速度が可能であり、ツイストペアを用いた平衡型伝送路を採用することにより、比較的遠距離（４０００フィート）の通信が可能である。このようなシリアル通信方法に関しては、例えば２００６年１月、ＣＱ出版社発行の「デジタル・データ伝送路技術入門」がある。
２００６年１月、ＣＱ出版社発行「デジタル・データ伝送路技術入門」

本願発明者は、自動販売機の開発において、自動販売機に搭載された各モジュールのデータ通信にシリアルおよび差動シリアル通信方式を検討した。バス接続による双方向シリアル通信は配線が少なく済み、自動販売機内のような狭い空間において非常に有効な段である。つまり、従来より比較的低速な転送レートで、バス接続による双方向シリアル通信がモジュール問で行われていた。低速なデータ通信では不要反射によるノイズの影響が小さく、反射ノイズの対策をしない場合でもプリアンブルが誤検出さることはない。しかしながら、近年各モジュールの性能向上により、モジュール間のデータ転送量が増大しており通信速度が高速化している。高速なデータ通信では、不要反射がデータ通信に与える影響が大きく動作が不安定になる。

複数台のモジュールを接続した環境で通信の評価を行った際、上記不要反射ノイズが増大し、受信側モジュールでプリアブルの誤検出が発生するという問題に直面した。すなわち、信号の不要反射を防ぐために正確にインピーダンス整合を試みたが、図７の波形図に示したように、送信イネーブル信号ＳＥＮをロウレベル（オフ）にして伝送路をハイインピーダンス状態にする際に不要反射ノイズは抑え切ることは難しいことが判明した。その原因は、ハイインピーダンス状態における伝送路の微妙な電圧変化（反射ノイズ発生期間）がレシーバの感度に達し、受信イネーブル信号ＲＥＮのハイレベル固定により受信状態になる他の受信側モジュールにおいて受信データＤＲにパルスが発生してしまうことが判った。したがって、これ以上不要反射ノイズを改善することは技術的に難しいことが判明した。

この発明の目的は、簡単な構成で高速化を図りつつ誤動作を防止したシリアル通信方法及び双方向リアル通信システムを提供することにある。ここの発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される１つの実施例は、以下の通りである。双方向シリアル通信システムは、第１モジュールと、第２モジュールと、上記第１モジュール及び第２モジュールが接続される幹線バスとを有する。上記第１及び第２モジュールは、それぞれ送信部及び受信部をそれぞれ有する。上記送信部は、送信データの先頭部にプリアンブルを有し、上記送信データの最後尾にフレーム終了信号を挿入して信号伝達線路をハイインピーダンス状態にする。上記受信部は、上記終了信号を検知し、一定期間受信回路の受信動作を停止ないし受信データを無効にする。

不要反射ノイズが発生しても、かかる期間では受信部では受信動作が停止ないし受信データを無効にすることにより、簡単な構成で高速化を図りつつ誤動作を防止できる。

図３には、この発明が適用される双方向シリアル通信システムの一実施例のブロック図が示されている。幹線バスに対して、モジュールＭＯＪ１ないしＭＯＪ４が接続される。これらのモジュールＭＯＪ１〜ＭＯＪ４の相互においてシリアルデータ通信が行われる。特に制限されないが、この実施例の双方向シリアル通信システムは、自動販売機に搭載されるものであり、モジュールＭＯＪ１は、マイクロコンピュータ等のような主制御モジュールであり、モジュールＭＯＪ２ないしＭＯＪ４は、上記主制御モジュールＭＯＪ１の制御下で所定の動作を実行する複数の機能モジュールである。

幹線バス（通信線路）上に、上記主制御モジュールＭＯＪ１と、代表として例示的に示された周辺モジュールＭＯＪ２〜ＭＯＪ４が接続された構成となっている。この幹線バスに接続された周辺モジュールＭＯＪ２〜ＭＯＪ４の中には、例えば、金銭識別部、金額表示部、ベンド部、ユーザ入力部等が含まれる。特に制限されないが、コンテンツ表示部や通信部も含ませるようにしてもよい。

上記金銭識別部は、自動販売機に投入された金銭を識別する機能を備える。上記金額表示部は、この識別された金銭を表示する機能を備える。上記ユーザ入力部は、自動販売機のボタンを代表とするユーザインタフェースを制御する機能を備える。上記ベンド部は、この押されたボタンに対応する商品を排出する機能を備える。上記通信部は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）や無線ＬＡＮ等によって、外部からデータを取得し、又は外部に対してデータを送信する機能を担う。上記コンテンツ表示部は、この取得したコンテンツデータ（例えば宣伝広告、ニュース等）を表示する機能を担う。主制御モジュールＭＯＪ１は、例えば通信線路ＬＮの占有権の管理や周辺モジュールの管理などを含めて自動販売機全体を制御する。

このようなバス接続方式では接続されるモジュールが増えると、幹線バス上においてバス開放時に幹線バスがハイインピーダンス状態になる際に不要反射ノイズが発生する。この不要反射ノイズは、正確にインピーダンス整合を行ったとして、幹線バスがハイインピーダンス状態にされてしまうのでインピーダンス整合だけでは限界があり、その発生規則を想定することが難しくなる。したがって、反射ノイズをプリアンブルとして誤検出しまう可能性があり、誤動作の原因となる。

図１には、この発明に係るシリアル通信システムの一実施例のブロック図が示されている。同図には、１つの送信側モジュールと３つの受信側モジュール１ないし３が代表として例示的に示されている。１つの受信側モジュール１は、受信系回路のブロック構成が代表として例示的に示されている。他の受信側モジール２と３については、上記受信モジュール１と同様な構成であるのでブラックボックスで示されている。この実施例では、特に制限されないが、約１０．４ＭＨｚのような高速データ通信に向けられている。

送信側モジュールは、送信イネーブル信号ＳＥＮのオフ（ロウレベル）によりドライバＳＤが出力ハイインピーダンス状態となる。これにより、送信終了により幹線バスはハイインピーダンス状態になり、前記のような不要反射ノイズが発生してしまう。この実施例では、受信モジュール内に、データ受信部の他にＥＯＦパターン検出部が設けられ、このＥＯＦパターン検出信号によりそれにより受信イネーブル制御部を介して受信イネーブル信号ＲＥＮをロウレベルにする。レシーバＲＶは、上記受信イネーブル信号ＲＥＮがオフ（ロウレベル）になると、出力ハイインピーダンス状態となり、受信データ線ＤＲをハイインピーダンス状態にするが、プルアップ抵抗ＲＰが設けられており、ハイレベルの固定状態になる。

したがって、送信側モジュールの送信終了に伴い前記のように幹線バスに不要反射ノイズが発生しても、受信モジュール側においては、終了直前に出力されたＥＯＦの検出信号により、レシーバＲＶの出力信号はハイレベルに固定されているため、データ受信部やプリアンブルパターン検出部には上記不要反射ノイズに対応したパルスが伝わらない。これにより、受信側モジュールにおける上記プリアンプパターン検出部において、幹線バスに発生した不要反射ノイズをプリアンブルとして誤検出しまうことによる誤動作を防止することができる。

図２には、この発明に係るシリアル通信方法の説明図が示されている。同図には、幹線バスに伝えられるデータ信号及び送信側モジュールの送信イネーブル信号及び受信モジュール側の受信イネーブル信号が代表として例示的に示されている。送信側モジールにおいて送信動作が開始されるときには、送信イネーブル信号ＳＥＮがハイレベルとなり、前記ドライバＳＤを通してプリアンブル−ＳＦＤ−データ−ＥＯＦを出力し、上記送信イネーブル信号ＳＥＮのロウレベルにより幹線バスをハイインピーダンス状態とする。ここで、プリアンブルは、受信側モジュールの同期確率用制御信号である。ＳＦＤ（Start Frame Delimiter)は、プリアンブルの終了とデータ部の先頭に設けられるデータ部の始まりの検出に用いられる。ＥＯＦ（End Of Frame) は、フレーム終了信号である。

受信側モジュールでは、受信イネーブル信号ＲＥＮがハイレベルにされており、上記ＥＯＦ検出タイミングで一定期間ロウレベル（オフ）にされる。これにより、レシーバＲＶの出力信号はハイレベルに固定されているため、データ受信部には上記不要反射ノイズに対応したパルスが伝わらない。例えば、送信側モジュールにおいて、ＥＯＦ（End Of Frame) 信号の後に送信イネーブル信号ＳＥＮをロウレベルにしてドライバを出力ハイインピーダンスにするため、受信側モジュールにおいて上記ＥＯＦ検出からレシーバＲＶの出力をハイインピーダンスにするまでの短い時間に、不要反射ノイズを取り込んだとしても少ないパルス数にすぎないからプリアンブルと誤認識することはない。

図４には、この発明に係るシリアル通信システムの他の一実施例のブロック図が示されている。この実施例は、ＥＩＡ−４８５（ＲＳ−４８５規格）に向けられている。つまり、差動シリルアル線による送信側モジュールと受信側モジュール１ないし３で構成される。このような差動シリアル線による幹線バス、及びそれに対応したドライバＳＤ，レシーバＲＶであることの他は、前記図１の実施例と同様である。この実施例の差動シリアル信号線を使用した通信は、シリアル信号線の通信に比べノイズ耐性が高いため、長距離の転送も可能になり、高いノイズ耐性が要求される自動販売機には好適なものとなる。

図５には、この発明に係るシリアル通信方法の他の説明図が示されている。この実施例は、前記図２の実施例の変形例であり、ＥＯＦ（End Of Frame）の後にパディングデータ（ＰＡＤ）が挿入される。つまり、送信側モジールにおいて送信動作が開始されるときには、送信イネーブル信号ＲＥＮがハイレベルとなり、前記ドライバを通してプリアンブル−ＳＦＤ−データ−ＥＯＦ−ＰＡＤを出力し、上記送信イネーブル信号ＲＥＮのロウレベルにより幹線バスをハイインピーダンス状態とする。

受信側モジュールでは、受信イネーブル信号ＲＥＮがハイレベルにされており、上記ＥＯＦ検出タイミングで一定期間ロウレベル（オフ）にされる。これにより、レシーバＲＶの出力信号はハイレベルに固定されているため、データ受信部には上記不要反射ノイズに対応したパルスが伝わらない。特に、送信側モジュールにおいて、ＥＯＦ（End Of Frame) 信号の後にパディングデータ（ＰＡＤ）を挿入して、ドライバを出力ハイインピーダンスにするため、受信側モジュールにおいて上記ＥＯＦ検出からレシーバＲＶの出力をハイインピーダンスにするまでの短い時間があったとしても、その間に不要反射ノイズを取り込んでしまうことを防止できる。これにより、確実で高速なデータ通信が可能になる。

図６は、前記図６のシリアル通信方法による動作波形図が示されている。送信イネーブル信号ＳＥＮは、ＥＯＦパターン出力後にパディングデータＰＡＤを出力する出力保持期間を有する。この期間において、受信側モジュールでは、ＥＯＦ検出動作を行って受信イネーブル信号ＲＥＮをロウレベルにしてレシーバＲＶの出力信号をプルアップ抵抗ＲＰによりハイレベルに固定することができる。したがって、反射ノイズが発生しても受信側モジュールにおいては、受信イネーブル信号ＲＥＮのロウレベルにより上記反射ノイズを取り込まなくすることができる。この受信イネーブル信号ＲＥＮは、一定期間経過後ハイレベルに戻して次フレーム待ち状態となる。

以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。受信イネーブル信号を形成する受信イネーブル制御部は、例えば当該モジュール自身が送信モードになる場合等において、受信イネーブル信号をロウレベルにする機能を有する。通信データ形式としては、データの先頭部にプリアンブルを、最後尾にはＥＯＦを有するものであればよい。ＥＯＦパターン検出回路、プリアンブル検出回路及びデータ受信部の具体的構成は、通信データ形式に対応した種々の実施形態を採ることができる。

この発明は、自動販売機等に向けた各種シリアル通信方法及び双方向リアル通信システムに広く利用することができる。

この発明に係るシリアル通信システムの一実施例のブロック図である。 この発明に係るシリアル通信方法の説明図である。 この発明が適用される双方向シリアル通信システムの一実施例のブロック図である。 この発明に係るシリアル通信システムの他の一実施例のブロック図である。 この発明に係るシリアル通信方法の他の説明図である。 図６のシリアル通信方法による動作波形図である。 本願発明に先立って検討されたシリアル通信方法による動作波形図である。

符号の説明

ＭＯＪ１…主制御モジュール、ＭＯＪ２〜ＭＯＪ４…機能モジュール、ＳＤ…ドライバ、ＲＶ…レシーバ、ＲＰ…プルアップ抵抗、

Claims (5)

1. 送信部において、
   送信データの先頭部にプリアンブルを有し、
   上記送信データの最後尾にフレーム終了信号を挿入して信号伝達線路をハイインピーダンス状態にし、 受信部において、
   上記終了信号を検知し、一定期間受信回路の受信動作を停止ないし受信データを無効にさせるシリアル通信方法。
2. 請求項１において、
   上記送信部において、フレーム終了信号の後にパディングデータを有するシリアル通信方法。
3. 第１モジュールと、
   第２モジュールと、
   上記第１モジュール及び第２モジュールが接続される幹線バスとを有し、
   上記第１及び第２モジュールは、それぞれ送信部及び受信部を有し、
   上記送信部において、
   送信データの先頭部にプリアンブルを有し、
   上記送信データの最後尾にフレーム終了信号を挿入して信号伝達線路をハイインピーダンス状態にし、 上記受信部において、
   上記終了信号を検知し、一定期間受信回路の受信動作を停止ないし受信データを無効にする双方向シリアル通信システム。
4. 請求項３において、
   上記送信部は、フレーム終了信号の後にパディングデータを出力する双方向リアル通信システム。
5. 請求項４において、
   上記幹線バスは、差動シリアル信号を伝達するものであり、
   上記送信部は、上記幹線バスに差動シリアル信号を出力し、
   上記受信部は、上記受信イネーブル信号により差動シリアル信号を受信する差動入力回路であり、上記受信イネーブル信号により受信動作が停止させられる双方向リアル通信システム。

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