JP2017175309A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＡＲＴによる通信を、汎用的な構成とローコストでありながら、より高い周波数とより高い周波数精度で実現できるようにすること。【解決手段】高精度な発振回路を有するマスター装置（１００）と低精度な発振回路を有するスレーブ装置（２００）とを有するボーレート調整をする通信システム（１０）であって、スレーブ装置は、周波数精度に影響せずに受信が可能なボーレート調整用パルス要求判定部（２０５）を有し、マスター装置からの所定のボーレート調整用パルス要求信号を受信し、所定周波数のボーレート調整用パルス信号を出力し、マスター装置は、そのボーレート調整用パルス信号を受け、高精度なボーレートカウンタでビットレートを計数し、通信のボーレート調整をする。【選択図】図１

Description

本発明は、調歩同期式シリアル通信を行うことができる通信システムに関する。

ＵＡＲＴ（ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）は、シリアル通信ポート（ＲＳ‐２３２Ｃ、ＩｒＤＡ、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４等）に用いられる調歩同期式シリアル通信方法である。ＵＡＲＴを搭載した装置間では、マスター側装置がスレーブ側装置に対してＵＡＲＴ規格に応じたデータをパラレル／シリアル変換して送信する。

一方、スレーブ側装置はマスター側装置から受信したシリアルデータに対してシリアル／パラレル変換を行い、その結果得られるデータに応じた計算処理を行う。ＵＡＲＴ規格では、マスター側装置からスレーブ側装置に対してシリアルデータと併せて同期用のクロック信号を供給する必要がないため、非同期なデータ転送が可能となる。

従来、複数の装置間でシリアル通信を行う場合、スレーブ側がマスター側にボーレート（通信速度）を合わせる構成がある。

しかしながら、調歩同期式データ伝送の場合、ボーレートクロックが一定誤差範囲内にないと、誤り伝送になり通信できなくなる。

特許文献１には、調歩同期式のデータ伝送方法が記載されている。

特開２０００−１９６７００号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている方法では、低精度発振回路を有するスレーブ装置側でボーレート調整用クロックを計数し、計数した周波数で通信し、特定のアルゴリズムにより計算して通信の安定度を高めていることができるが、システム規模が大きくなってしまうことが懸念される。

また、一般的に低精度発振回路のボーレートカウンタを用いて、ボーレート調整を行うと低精度発振回路の精度ばらつきが大きいため、通信エラーを起こさないよう一定誤差範囲内に抑えるためには、低精度発振回路の周波数ばらつき精度に影響しなくなる周波数に設定する必要があり、通信周波数は高く設定できなくなる。

通信エラーを起こさないよう通信周波数を低く設定すると通信に時間を要してしまう事となり、製品の要求仕様を満たすことが困難になってしまう。

低精度発振回路側を高精度発振回路に変更することで、上述の問題は克服できるが、高精度発振回路にするためには、例えば部品単価の高い水晶発振子などの部品を必要とするため、コストアップになってしまう。

高精度発振回路でボーレート調整するために、低精度からボーレート調整用クロック送信要求をマスター局からする際、予め所定の周波数のクロックを低精度発振回路へ送信しても、低精度側の発振回路の精度ばらつきが大きいため、低精度側はその信号を受け付けられない可能性がある。

そこで、本発明は、ＵＡＲＴによる通信を、汎用的な構成とローコストでありながら、より高い周波数とより高い周波数精度で実現できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る通信システムは、
マスター装置とスレーブ装置とを有する通信システムであって、前記マスター装置は、所望のボーレートに対応可能な高精度発振手段と、ボーレート調整部及び高精度発振回路からの出力クロックを基準クロックとした高精度なボーレートカウンタと、前記スレーブ装置が受信可能なボーレート調整用パルス要求信号出力手段とを有し、前記スレーブ装置は、前記高精度発振手段より低精度である低精度発振手段と、前記低精度発振手段の周波数精度に影響せずに受信が可能なボーレート調整用パルス要求判定部とを有し、定周期で予め定めた周波数のボーレート調整用パルス生成するボーレート調整用パルス生成部とを有し、前記マスター装置側より所定のボーレート調整用パルス要求信号を送ることで、前記スレーブ装置は、前記要求信号を前記判定部で検出した後、定周期で予め定めた周波数のボーレート調整用パルスを前記生成部より送出し、前記マスター装置は、２つのビットフレームの特定のエッジの時間間隔を前記ボーレートカウンタで計数し、前記ボーレート調整部で計数した周波数に合わせ、ボーレートを調整する手段と、調整した周波数クロックを高精度に出力する手段と、この調整したボーレートでデータ通信を行う手段を有することを特徴とする。

本発明に係る通信システムによれば、ＵＡＲＴによる通信を、汎用的な構成とローコストでありながら、より高い周波数とより高い周波数精度で実現することができる。

実施形態１及び２における通信システム１０の構成の一例を説明するためのブロック図である。 実施形態１における通信システム１０の通信処理の一例を説明するためのタイミングチャートである。 実施形態１における通信システム１０の通信処理の一例を説明するためのフローチャートである。 実施形態２における通信システム１０の通信処理の一例を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

［実施形態１］
図１を参照し、実施形態１における通信システム１０の構成の一例を説明する。

通信システム１０は、マスター装置１００とスレーブ装置２００とを有するシリアル通信システムである。マスター装置１００とスレーブ装置２００とは、調歩同期式シリアル通信線を介して接続される。

マスター装置１００は、高精度発振回路１０１と、送信部１０２と、受信部１０３と、制御部１０４と、ボーレートカウンタ１０５と、ボーレート調整部１０６とを有する。

スレーブ装置２００は、低精度発振回路２０１と、送信部２０２と、受信部２０３と、制御部２０４と、ボーレート調整用パルス要求判定部２０５と、ボーレート調整用パルス生成部２０６とを有する。高精度発振回路１０１よりも周波数精度が低い発振回路である。

送信部２０２及び受信部２０３は、スレーブ装置２００の内部で切り替え制御され、送信時はオープンドレイン出力となっている。

３Ｓｔａｔｅバッファ３００は、マスター装置が送信制御の場合は、マスター装置の出力信号に従いＣＭＯＳ出力し、スレーブ装置が送信するとき、／Ｂｕｆ信号によってＬｏｗアサートでハイインピーダンス（ＨｉＺ）に設定される。

マスター装置１００は、高精度発振回路１０１で生成されたクロックを基準クロックとした高精度なボーレートカウンタ１０５でボーレート調整用パルス信号を計測し、周波数を計算し、ボーレート調整部１０６において、計算した周波数を通信ビットレートに設定するボーレート調整を実行し、ＵＡＲＴ通信を実行する。

ボーレート調整用パルス要求判定部２０５において、ボーレート調整用パルス要求を検出した場合、ボーレート調整用クロックを出力する。

次に、図２のタイミングチャートと図３のフローチャートとを参照し、実施形態１における通信システム１０の通信処理の一例を説明する。

マスター装置１００は、スレーブ装置２００に対して、所定時間以上の低精度発振回路２０１の周波数精度に影響しないボーレート調整用パルス要求信号（Ｌｏｗエッジ信号）を（例えば４回）出力し、ビットレート調整前のＲＥＡＤＹ状態を通知する（Ｓ１００）。

スレーブ装置２００は、受信待機中（Ｓ２００）に、ボーレート調整要求パルス判定部（２０５）が受信可能なパルス幅以上の立下りエッジを検出し、所定回数立下りエッジを検出した場合、この信号をボーレート調整用パルス要求信号と判定する（Ｓ２０１）。

スレーブ装置２００は、マスター装置１００に対して、定周期で予め定めた周波数の２つの立下りパルス（例えば８ｂｉｔ分）を出力する（Ｓ２０２）。

マスター装置１００は、このパルスの立下りエッジから立下りエッジまでの時間をボーレートカウンタ１０５で計数する（Ｓ１０２）。例えば、この計測時間をｔ０とすると、ｔ０／８＝「ＵＡＲＴの通信レート（ボーレート）」とマスター装置１００が判定する。

Ｂ（ビットレート）を計算する計算式により、ｔ０／８に最も近くなる、ボーレート調整部１０６のパラメータの組み合わせを選択する。これにより、高精度発振回路１０１を有するマスター装置１００は、低精度発振回路２０１を有するスレーブ装置２００の通信レートの所望精度以内での通信ボーレートに設定することが可能となる（Ｓ１０３）。

ボーレート調整部１０６で求めた通信レートにより、高精度発振回路１０１を有するマスター装置１００は、低精度発振回路２０１を有するスレーブ装置２００とＵＡＲＴ通信を行う（Ｓ１０４，Ｓ２０３）。

図２のデータ通信期間において、マスター装置１００は、データ送信前に送信コマンド（ａ）を送った後、送信データ（ｂ）を送り、受信コマンド（ｃ）を送った後、受信データを受け取る。データ通信の信号は、ボーレート調整用パルス要求信号よりも速い周波数の信号である。

以上のように、実施形態１では、低精度の周波数ばらつきに影響しない信号をボーレート調整用パルス要求信号としてマスター装置１００からスレーブ装置２００に送信することができる。スレーブ装置２００は、ボーレート調整用パルス要求信号が判定できた場合は、ボーレート調整用パルス信号を送出でき、マスター装置１００側でのボーレート調整を可能にすることができる。これにより、汎用的な構成で、より高い周波数のＵＡＲＴ通信を実現することができる。

［実施形態２］
図１、３及び４を参照し、実施形態２を説明する。実施形態２では、実施形態１と異なる部分を説明する。

図１を参照し、実施形態２における通信システム１０の構成の一例を説明する。

３Ｓｔａｔｅバッファ３００は、マスター装置が送信制御の場合は、マスター装置の出力信号に従いＣＭＯＳ出力し、スレーブ装置が送信するとき、／Ｂｕｆ信号によってハイインピーダンス（ＨｉＺ）に設定される。

次に、図４のタイミングチャートと図３のフローチャートとを参照し、実施形態２における通信システム１０の通信処理の一例を説明する。

マスター装置１００は、スレーブ装置２００に対して、所定時間以内の低精度発振回路２０１の周波数精度に影響しなく、通信ビット８ｂｉｔより、多いボーレート調整用パルス要求信号（パルス信号）を（例えば１１回）出力し、ビットレート調整前のＲＥＡＤＹ状態を通知する（Ｓ１００）。

スレーブ装置２００は、受信待機中（Ｓ２００）に、ボーレート調整要求パルス判定部（２０５）が受信可能なパルス幅以上の立下りエッジを検出し、所定回数立下りエッジを検出した場合、この信号をボーレート調整用パルス要求信号と判定する（Ｓ２０１）。

スレーブ装置２００は、マスター装置１００に対して、定周期で予め定めた周波数の２つの立下りパルス（例えば８ｂｉｔ分）を出力する（Ｓ２０２）。

マスター装置１００は、このパルスの立下りエッジから立下りエッジまでの時間をボーレートカウンタ１０５で計数する（Ｓ１０２）。例えば、この計測時間をｔ０とすると、ｔ０／８＝「ＵＡＲＴの通信レート（ボーレート）」とマスター装置１００が判定する。

Ｂ（ビットレート）を計算する計算式により、ｔ０／８に最も近くなる、ボーレート調整部１０６のパラメータの組み合わせを選択する。これにより、高精度発振回路１０１を有するマスター装置１００は、低精度発振回路２０１を有するスレーブ装置２００の通信レートの所望精度以内での通信ボーレートに設定することが可能となる（Ｓ１０３）。

ボーレート調整部１０６で求めた通信レートにより、高精度発振回路１０１を有するマスター装置１００は、低精度発振回路２０１を有するスレーブ装置２００とＵＡＲＴ通信を行う。（Ｓ１０４，Ｓ２０３）。

図２のデータ通信期間において、マスター装置１００は、データ送信前に送信コマンド（ａ）を送った後、送信データ（ｂ）を送り、受信コマンド（ｃ）を送った後、受信データを受け取る。データ通信の信号は、ボーレート調整用パルス要求信号よりも速い周波数の信号である。

以上のように、実施形態２では、通信ビット数より多いパルス数の低精度の周波数ばらつきに影響しない信号をボーレート調整用パルス要求信号としてマスター装置１００からスレーブ装置２００に送信することができる。スレーブ装置２００は、ボーレート調整用パルス要求信号が判定できた場合は、ボーレート調整用パルス信号を送出でき、マスター装置１００側でのボーレート調整を可能にすることができる。これにより、汎用的な構成で、より高い周波数のＵＡＲＴ通信を実現することができる。

１０ 通信システム、１００ マスター装置、１０１ 高精度発振回路、
１０２ 送信部、１０３ 受信部、１０４ 制御部、１０５ ボーレートカウンタ、
１０６ ボーレート調整部、２００ スレーブ装置、２０１ 低精度発振回路、
２０２ 送信部、２０３ 受信部、２０４ 制御部、
２０５ ボーレート調整用パルス要求判定部、２０６ ボーレート調整用パルス生成部、
３００ ３ｓｔａｔｅバッファ

Claims (5)

1. マスター装置とスレーブ装置とを有する通信システムであって、
   前記マスター装置は、所定のボーレートに対応可能な高精度発振手段と、ボーレート調整部及び高精度発振回路からの出力クロックを基準クロックとした高精度なボーレートカウンタと、前記スレーブ装置が受信可能なボーレート調整用パルス要求信号出力手段とを有し、
   前記スレーブ装置は、前記高精度発振手段より低精度である低精度発振手段と、前記低精度発振手段の周波数精度に影響せずに受信が可能なボーレート調整用パルス要求判定部とを有し、定周期で予め定めた周波数のボーレート調整用パルス生成するボーレート調整用パルス生成部とを有し、
   前記マスター装置側より所定のボーレート調整用パルス要求信号を送ることで、前記スレーブ装置は、前記要求信号を前記判定部で検出した後、定周期で予め定めた周波数のボーレート調整用パルスを前記生成部より送出し、前記マスター装置は、２つのビットフレームの特定のエッジの時間間隔を前記ボーレートカウンタで計数し、前記ボーレート調整部で計数した周波数に合わせ、ボーレートを調整する手段と、調整した周波数クロックを高精度に出力する手段と、この調整したボーレートでデータ通信を行う手段を有することを特徴とする通信システム。
2. 前記データ通信は、前記要求信号よりも高速であることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記パルス要求判定手段は、所定期間以内のスレーブ局が受信可能なパルス幅以上のエッジを所定回数検出することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
4. 前記パルス要求判定手段は、受信可能な信号をデータ通信の通信ビット数よりも多いパルス数を検出することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
5. 前記スレーブ装置の送信手段がオープンドレイン出力となる回路構成を有する場合は、通信クロックを用いたボーレート調整システムが、ボーレート測定のためのエッジ検出に、立下りエッジを使用することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の通信システム。