WO2021010166A1 - シリアル通信方法及びシリアル通信システム - Google Patents

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controller
devices
communication
data
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裕史 丸山
勝紀 下平
宗明 久保田
田中　俊行
真一 新井
侑宏 星野
遼平 牛草
Original Assignee
多摩川精機株式会社
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks

Definitions

  • the present invention relates to a serial communication method and a serial communication system.
  • Patent Document 1 discloses a technique of single master / multi-slave communication in a single master / multi-slave connection system in which a plurality of devices are connected to a single controller via a bus.
  • a device ID identification
  • the device ID is included in the data frame to be transmitted / received.
  • Non-Patent Document 1 described above discloses a single master / single slave communication technique in a single master / single slave connection system in which a single device is connected to a bus on a single controller.
  • this single master / single slave communication since a single device is connected to the controller, no device ID is required. Therefore, since the device ID is not included in the data frame to be transmitted / received, the communication data length is shortened, and simple communication becomes possible.
  • the single master / multi-slave communication disclosed in Patent Document 1 can also be applied to a single master / single slave connection system.
  • the device ID is defined for a single device, and the device ID is included in the data frame to be transmitted / received.
  • the communication data length is increased by including the device ID in the data frame to be transmitted and received, and compared with the case of using the communication system for single master / single slave connection disclosed in Non-Patent Document 1,
  • the communication cycle will be extended.
  • the extension of the communication cycle means that the control cycle of the controlled object is extended, which means that highly accurate control becomes difficult.
  • the present invention enables communication in common between a single master / single slave connection system and a single master / multi-slave connection system, and reduces the communication data length at the time of single-slave connection as compared with the communication data length at the time of multi-slave connection. It is an object of the present invention to provide a serial communication method and a serial communication system capable of the above.
  • the serial communication method is a serial communication method in which serial communication is performed between a controller having a serial communication function and one or more devices having a serial communication function according to a communication format.
  • Information indicating whether it is single or multiple is assigned to the code existing in the communication format, and when the device is single, the information indicates that the device is single, and the information indicates that the device is single.
  • the information indicates that there are multiple devices, the device ID that identifies the device is included in the communication format, and the device ID is specified among the multiple devices. Perform serial communication with the device.
  • the single master / single slave connection system and the single master / multi-slave connection system can communicate in common, and the communication data length at the time of single-slave connection is compared with that at the time of multi-slave connection. It is possible to reduce the communication data length.
  • FIG. 1 shows the 1st configuration example of the serial communication system in Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the 2nd structural example of the serial communication system in Embodiment 1.
  • FIG. It is a timing chart which shows the communication format at the time of data transfer of the serial communication system in Embodiment 1.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows an example of the content of the communication format of the data used in the serial communication system in Embodiment 1.
  • FIG. is explanatory drawing which shows an example of the content of the communication format of the data used in the serial communication system in Embodiment 1.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the format of the control field in the communication format of the data used in the serial communication system in Embodiment 1.
  • FIG. 1 It is explanatory drawing which shows the content of the control field in the communication format of the data used in the serial communication system in Embodiment 1.
  • FIG. It is a flowchart which shows the processing procedure on the controller side at the time of data transfer of the serial communication system in Embodiment 1.
  • FIG. It is a flowchart which shows the processing procedure on the device side at the time of data transfer of the serial communication system in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a first configuration example of the serial communication system 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a second configuration example of the serial communication system 1 according to the first embodiment.
  • the controller 10 has a serial communication function, and is a control unit that reads data from the device 20 by serial communication.
  • the device 20 is a sensing device having a serial communication function, and corresponds to, for example, an encoder or a sensor that outputs data detected from a controlled object by serial communication.
  • the bus communication line 30 is composed of a power supply Vcc, a ground GND, and a pair of differential transmission signals SD + / SD ⁇ .
  • the power supply Vcc is supplied from the controller 10 to the device 20.
  • the differential transmission signal SD + / SD- is transmitted in both directions, and may be transmitted from the controller 10 to the device 20 or may be transmitted from the device 20 to the controller 10.
  • the serial communication system 1 has a controller 10, a device 20, and a bus communication line 30.
  • the controller 10 is a master and the device 20 is a slave, which are connected through the bus communication line 30.
  • the device 20 as a slave includes a plurality of devices 20_1, devices 20_2, ..., And devices 20_n.
  • a plurality of devices 20, that is, devices 20_1, devices 20_2, ..., Devices 20_n are connected in parallel to a single controller 10 through a bus communication line 30.
  • the serial communication system 1 having a single master / multi-slave connection is configured.
  • the single master / multi-slave communication is performed.
  • the device ID may be a number according to the order of 1, 2, 3, ..., Or may be all or a part of the serial number of the product.
  • the controller 10 can identify and identify a plurality of devices 20_1, devices 20_2, ..., And devices 20_n by the device ID.
  • the plurality of devices 20_1, devices 20_2, ..., The device 20_n side can also determine whether or not the request from the controller 10 is addressed to itself by the device ID.
  • FIG. 3 is a timing chart showing a communication format at the time of data transfer of the serial communication system according to the first embodiment.
  • 4 and 5 are explanatory views showing an example of the contents of a data communication format used in the serial communication system according to the first embodiment.
  • FIG. 3A shows the transmission of a request from the controller 10 to the device 20 in the serial communication system 1 of the single master / single slave connection.
  • the controller 10 monitors whether or not there is an idle state of one data frame or more from the last part of the preceding data frame, and idles one data frame or more from the last part of the preceding data frame. After the state continues, the control field CF is sent to the device as a request.
  • a data frame is a unit of a series of data transmitted from the device 20 to the controller 10.
  • the device 20 determines that communication has started when the control field CF is sent as a request after the idle state for one data frame or more continues. As a result, the device 20 avoids erroneously determining that communication has started for other communications.
  • the device 20 transmits data to the controller 10 by serial communication according to the communication format.
  • the device 20 is an encoder or a sensor, the data detected from the controlled object is transmitted to the controller 10.
  • FIG. 3B shows a communication format of data transmitted by the device 20 toward the controller 10 in the serial communication system 1 of the single master / single slave connection.
  • the data from the device 20 to the controller 10 includes the control field CF, the status field SF, the data fields DF0 to DFn, and the inspection field CRC according to the communication format, as shown in FIG. 3B.
  • FIG. 4 shows the contents of each field of the data shown in the timing charts (a) and (b) of FIG.
  • the control field CF is command information.
  • the status field SF is device status identification information.
  • the data fields DF0 to DFn are information assigned to the data ID.
  • the check field CRC is error check information by CRC (Cyclic Redundancy Check) for all bits except the start bit and the delimiter of all fields other than the CRC field.
  • FIG. 3C shows the transmission of a request from the controller 10 to the device 20 in the serial communication system 1 of the single master / multi-slave connection.
  • the controller 10 sets the control field CF and the device ID field IDF to the plurality of devices 20_1 to 20_n after the idle state for one data frame or more continues from the final part of the preceding data frame. It is sent as a request to one of the devices 20_i.
  • the device 20_i called from the controller 10 starts communication by sending a control field CF as a request after the idle state for one data frame or more continues. Judge that there is. As a result, the device 20_i avoids erroneously determining that the communication has started for the communication to the device 20_y other than itself.
  • (D) of FIG. 3 shows a communication format of data transmitted by the device 20 toward the controller 10 in the serial communication system 1 of the single master / multi-slave connection.
  • the data from the device 20 to the controller 10 has the control field CF, the device ID field IDF, the status field SF, the data fields DF0 to DFn, and the inspection field CRC according to the communication format, as shown in FIG. 3D. include.
  • FIG. 5 shows the contents of each field of the data shown in the timing charts (c) and (d) of FIG.
  • the control field CF is command information.
  • the device ID field IDF is information on a device ID (identification) that identifies each device.
  • the status field SF is device status identification information.
  • the data fields DF0 to DFn are information assigned to the data ID.
  • the check field CRC is error check information by CRC (Cyclic Redundancy Check) for all bits except the start bit and the delimiter of all fields other than the CRC field.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the format of the control field in the data communication format used in the serial communication system according to the first embodiment.
  • the control field CF transmitted and received between the controller 10 and the device 20 includes a start bit, a SYNC (Synchronous) code, a data ID code, a data ID parity, and a delimiter.
  • SYNC Synchronous
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the contents of each bit of the control field CF in the data communication format used in the serial communication system according to the first embodiment.
  • the start bit is a bit indicating the start position, and is fixed to, for example, "0".
  • the SYNC code is a predetermined code used for synchronization, and repeats "0" and "1" a predetermined number of times. In the first embodiment, the SYNC code is assigned the first SYNC code "010" when performing single master / single slave communication, and the second SYNC code "101" when performing single master / multi-slave communication. Be done.
  • the data ID code is a code to which communication data and operation instructions are assigned in order to select the communication content.
  • the data ID parity is a parity check bit for the data ID code.
  • the delimiter is a bit indicating the end position, and is fixed to, for example, "1".
  • the SYNC code in the above control field CF determines whether to perform single master / single slave communication or single master / multi-slave communication in the serial communication system 1. Further, the SYNC code, whichever is "010" or "101", is also used for the original synchronization purpose.
  • the device 20 executes a data return or operation according to the data ID code.
  • the device 20_i In single master / multi-slave communication, after the device ID field IDF is transmitted from the controller 10 following the control field CF, the device 20_i having the corresponding device ID returns or operates data according to the data ID code. Will be executed.
  • step S101 when the power of the serial communication system 1 is turned on, the controller 10 initializes each part in the serial communication system 1. After that, the process proceeds to step S102.
  • step S102 the controller 10 supplies the power supply Vcc to the bus communication line 30. After that, the process proceeds to step S103.
  • step S103 the controller 10 confirms the setting of the device 20 connected to the bus communication line 30.
  • the setting of the device 20 means whether a single device 20 is connected to the bus communication line 30, or whether a plurality of devices 20_1 to 20_n are connected to the bus communication line 30. ..
  • This setting may be a setting from the operation unit by the user, or may be a setting automatically acquired by the controller 10.
  • step S105 the controller 10 sets the SYNC code in the control field CF to "010" when performing single master / single slave communication. After that, the process proceeds to step S106.
  • step S106 the controller 10 transmits the control field CF as a request to the bus communication line 30 after the idle state for one data frame or more continues from the final part of the preceding data frame.
  • the controller 10 performs serial communication with the single device 20 by single master / single slave communication. After that, the process proceeds to step S107.
  • step S107 the controller 10 monitors the presence or absence of an external power-off instruction, and until the external power-off instruction is given, the serial communication process in step S106 and the external instruction monitoring in step S107 are performed. The process is repeated.
  • step S107 When the controller 10 detects the power-off instruction from the outside in step S107, the controller 10 ends the serial communication process in step S106, stops the power supply Vcc supply to the bus communication line 30, and processes the serial communication system 1. To finish.
  • step S104 if it is determined in step S104 that a plurality of devices 20_1 to 20_n are connected to the bus communication line 30 based on the setting confirmation in step S103, the process proceeds to step S108.
  • step S109 the controller 10 transmits the device ID field IDF as a request to the bus communication line 30 following the control field CF after the idle state for one data frame or more continues from the final portion of the preceding data frame.
  • the device ID field IDF includes the device ID of any device 20_i that is the communication partner among the plurality of devices 20_1 to 20_n.
  • the controller 10 performs serial communication between the plurality of devices 20_1 and any of the devices 20_i among the devices 20_n by single master / multi-slave communication. After that, the process proceeds to step S110.
  • step S110 the controller 10 monitors the presence or absence of an external power-off instruction, and until there is an external power-off instruction, the serial communication process in step S109 and the external instruction monitoring in step S110 are performed. The process is repeated.
  • step S110 When the controller 10 detects the power-off instruction from the outside in step S110, the controller 10 ends the serial communication process in step S109, stops the power supply Vcc supply to the bus communication line 30, and processes the serial communication system 1. To finish.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure on the device 20 side at the time of data transfer of the serial communication system according to the first embodiment.
  • step S201 the single device 20 connected to the bus communication line 30, or the plurality of devices 20_1 to 20_n connected to the bus communication line 30 receive the power supply Vcc supplied to the bus communication line 30. Start operation. After that, the process proceeds to step S202.
  • step S202 the device 20 or the plurality of devices 20_1 to 20_n each initialize themselves. After that, the process proceeds to step S202.
  • step S203 the device 20 or the plurality of devices 20_1 to 20_n are each waiting for the reception of the control field CF transmitted from the controller 10 through the bus communication line 30.
  • each of the device 20 or the plurality of devices 20_1 to 20_n determines that the control field CF after the idle state for one data frame or more continues is the communication start. After receiving the control field CF for each of the device 20 or the plurality of devices 20_1 to 20_n, the process proceeds to step S204.
  • step S204 the device 20 or the plurality of devices 20_1 to 20_n each check the contents of the SYNC code included in the received control field CF. That is, for each of the device 20 or the plurality of devices 20_1 to 20_n, whether the SYNC code is "010" for single master / single slave communication or "101" for single master / multi-slave communication. To identify.
  • step S204 If the SYNC code is identified as "010" for single master / single slave communication based on the identification in step S204, the process proceeds to step S205.
  • step S205 the device 20 transmits data according to the communication format to the controller 10 by serial communication according to the operation command included in the control field CF, as shown in FIG. 3B. After that, the process proceeds to step S209.
  • step S209 the device 20 monitors the presence / absence of the power supply Vcc in the bus communication line 30, and if the power supply Vcc exists, it returns to the reception standby of the control field CF in step S203, and the power supply Vcc must not exist. If so, the operation of the device 20 is terminated.
  • step S204 If the SYNC code is identified as "101" for single master / multi-slave communication based on the identification of the SYNC code included in the control field CF in step S204, the process proceeds to step S206.
  • step S206 each of the plurality of devices 20_1 to 20_n compares whether the device ID included in the device ID field IDF transmitted from the controller 10 following the control field CF matches its own device ID. After that, the process proceeds to step S207.
  • step S207 among the plurality of devices 20_1 to 20_n, those whose device ID included in the device ID field IDF does not match their own device ID do not operate on the control field CF, and in step S209, Proceed to power supply Vcc existence judgment.
  • step S207 among the plurality of devices 20_1 to 20_n, the device 20_i whose device ID included in the device ID field IDF matches its own device ID proceeds to the process of step S208.
  • step S208 the device 20_i called from the controller 10 by the device ID field IDF follows the operation command included in the control field CF, and the data according to the communication format as shown in FIG. 3D is transmitted to the controller 10 by serial communication. Send to.
  • the device 20_i includes its own device ID in the device ID field IDF between the control field CF and the status field SF. After that, the process proceeds to step S209.
  • each of the plurality of devices 20_1 to 20_n monitors the presence or absence of the power supply Vcc in the bus communication line 30, and if the power supply Vcc exists, returns to the reception standby of the control field CF in step S203. When the power supply Vcc disappears, the operation of the device 20 is terminated.
  • the single master / single slave connection system and the single master / multi-slave connection system can communicate in common, and the multi-slave can be communicated in common. It is possible to reduce the communication data length at the time of single-slave connection as compared with the communication data length at the time of connection.
  • the serial communication method of the first embodiment can be applied even to a parallel line bus composed of a plurality of signal lines.
  • serial communication system 1 of the first embodiment a pair of SD + and SD- differential transmission signals of RS485 standard using two equal signal lines for signal transmission in the bus communication line 30.
  • the serial communication system 1 of the first embodiment may be applied to communication according to the RS422 standard or the RS232 standard. Further, the serial communication system 1 of the first embodiment may be applied to communication that does not depend on a differential transmission signal.
  • the SYNC code in the control field CF may have different values for the single master / single slave and the single master / multi-slave, and the bit length is not limited to 3 bits.
  • the data ID code in the control field CF in the above description of the serial communication method of the first embodiment may have a short bit length or a long bit length as long as the required communication content options can be prepared.
  • the data ID parity may also be changed to CRC to increase the detectability.
  • a field for the special command may be added as request information. For example, if the sensing device has a memory and you want to access the memory and change the value, you can add a field for the memory address and a field for the write data to the request, and also detect data errors. If you want to, you can add a CRC field.

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Abstract

シリアル通信機能を有するコントローラ(１０)と、シリアル通信機能を有する１以上のデバイス（２０）との間で通信フォーマットに従ってシリアル通信を行う際、コントローラは、デバイスが単一であるか複数であるかを示す情報を通信フォーマット中のコードに割り当て、デバイスが単一である場合、デバイスが単一であることを情報により示し、単一のデバイスとの間でシリアル通信を行い、デバイスが複数である場合、デバイスが複数であることを情報により示し、デバイスを識別するデバイスＩＤを通信フォーマット中に含め、デバイスＩＤにより特定されるデバイスとの間でシリアル通信を行う。

Description

シリアル通信方法及びシリアル通信システム
　この発明は、シリアル通信方法及びシリアル通信システムに関する。
　各種デバイス間においてシリアル通信によりデータを授受することが一般的に行われている。このシリアル通信において、単一のコントローラに対して複数のデバイスが接続されたシングルマスタ／マルチスレーブ接続のシステムにおけるシングルマスタ／マルチスレーブ通信と、単一のコントローラに対して単一のデバイスが接続されたシングルマスタ／シングルスレーブ接続のシステムにおけるシングルマスタ／シングルスレーブ通信とが知られている。このような構成のシリアル通信システムは、特許文献１及び非特許文献１に記載されている。
特開２００４－３１７２６１号公報
「ロータリーエンコーダ FA-CORDER(R)」（カタログ番号：T12-1228N58）、多摩川精機株式会社、2018年9月発行
　以上の特許文献１には、単一のコントローラにバスを通じて複数のデバイスが接続されたシングルマスタ／マルチスレーブ接続システムにおける、シングルマスタ／マルチスレーブ通信の技術が開示されている。このシングルマスタ／マルチスレーブ通信では、複数のデバイスそれぞれを識別するためのデバイスＩＤ（identification）を定めておき、送受信するデータフレーム中にデバイスＩＤを含めるようにしている。
　一方、以上の非特許文献１には、単一のコントローラにバスに単一のデバイスが接続されたシングルマスタ／シングルスレーブ接続システムにおける、シングルマスタ／シングルスレーブ通信の技術が開示されている。このシングルマスタ／シングルスレーブ通信では、コントローラに対して単一のデバイスが接続されているため、デバイスＩＤは不要である。従って、送受信するデータフレーム中にデバイスＩＤは含まれないため通信データ長が短くなり、簡潔な通信が可能になる。
　ところで、特許文献１に開示されたシングルマスタ／マルチスレーブ通信は、シングルマスタ／シングルスレーブ接続システムにも適用することが可能である。この場合、単一のデバイスに対してデバイスＩＤを定め、送受信するデータフレーム中にデバイスＩＤを含めるようにする。この結果、送受信するデータフレーム中にデバイスＩＤが含まれることにより通信データ長が増大し、非特許文献１に開示されたシングルマスタ／シングルスレーブ接続用の通信システムを使用する場合に比較して、通信周期が伸びることになる。ここで、通信周期が伸びることは、制御対象の制御周期が伸びることであり、高精度な制御が困難になることを意味する。
　一方、特許文献２に開示されたシングルマスタ／シングルスレーブ通信は、データフレーム中にデバイスＩＤを含まないため、通信データ長を短くすることができるものの、複数のデバイスを特定できないため、シングルマスタ／マルチスレーブ接続システムには適用することができない。
　本発明は、シングルマスタ／シングルスレーブ接続システムとシングルマスタ／マルチスレーブ接続システムで共通して通信可能とし、マルチスレーブ接続時の通信データ長に比べてシングルスレーブ接続時の通信データ長を削減することが可能なシリアル通信方法及びシリアル通信システムを提供することを目的とする。
　この発明に係るシリアル通信方法は、シリアル通信機能を有するコントローラと、シリアル通信機能を有する１以上のデバイスとの間で、通信フォーマットに従ってシリアル通信を行うシリアル通信方法であって、コントローラは、デバイスが単一であるか複数であるかを示す情報を、通信フォーマット中に存在するコードに割り当て、デバイスが単一である場合、デバイスが単一であることを情報により示し、単一のデバイスとの間でシリアル通信を行い、デバイスが複数である場合、デバイスが複数であることを情報により示し、デバイスを識別するデバイスＩＤを通信フォーマット中に含め、複数のデバイスの中でデバイスＩＤにより特定されるデバイスとの間でシリアル通信を行う。
　この発明に係るシリアル通信方法によれば、シングルマスタ／シングルスレーブ接続システムとシングルマスタ／マルチスレーブ接続システムで共通して通信可能とし、マルチスレーブ接続時の通信データ長に比べてシングルスレーブ接続時の通信データ長を削減することが可能になる。
実施の形態１におけるシリアル通信システムの第１構成例を示す構成図である。 実施の形態１におけるシリアル通信システムの第２構成例を示す構成図である。 実施の形態１におけるシリアル通信システムのデータ転送時の通信フォーマットを示すタイミングチャートである。 実施の形態１におけるシリアル通信システムで使用されるデータの通信フォーマットの内容の一例を示す説明図である。 実施の形態１におけるシリアル通信システムで使用されるデータの通信フォーマットの内容の一例を示す説明図である。 実施の形態１におけるシリアル通信システムで使用されるデータの通信フォーマット中のコントロールフィールドのフォーマットを示す説明図である。 実施の形態１におけるシリアル通信システムで使用されるデータの通信フォーマット中のコントロールフィールドの内容を示す説明図である。 実施の形態１におけるシリアル通信システムのデータ転送時のコントローラ側の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態１におけるシリアル通信システムのデータ転送時のデバイス側の処理手順を示すフローチャートである。
　以下、本発明のシリアル通信システムの実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付している。
　実施の形態１．
　はじめに、実施の形態１におけるシリアル通信システム１の基本的な構成について、図１と図２を参照して説明する。図１は、実施の形態１におけるシリアル通信システム１の第１構成例を示す構成図である。図２は、実施の形態１におけるシリアル通信システム１の第２構成例を示す構成図である。
　［シリアル通信システム１の構成］
　図１において、シリアル通信方法を実行するシリアル通信システム１は、コントローラ１０と、デバイス２０と、バス通信ライン３０とを有する。コントローラ１０はマスタ、デバイス２０はスレーブとして、バス通信ライン３０を通して接続されている。
　ここで、単一のコントローラ１０に対して、バス通信ライン３０を通して単一のデバイス２０が接続されており、シングルマスタ／シングルスレーブ接続のシリアル通信システム１を構成している。そして、シングルマスタ／シングルスレーブ接続のシリアル通信システム１において、シングルマスタ／シングルスレーブ通信が行われる。
　コントローラ１０は、シリアル通信機能を備えており、シリアル通信によりデバイス２０からデータを読み出す制御部である。デバイス２０は、シリアル通信機能を備えたセンシングデバイスであり、例えば、制御対象から検出されたデータをシリアル通信により出力するエンコーダまたはセンサが該当する。バス通信ライン３０は、電源Ｖｃｃと、グランドＧＮＤと、一対の差動伝送信号ＳＤ＋／ＳＤ－とによって構成されている。
　電源Ｖｃｃは、コントローラ１０からデバイス２０に供給される。差動伝送信号ＳＤ＋／ＳＤ－は、双方向に伝送されるものであり、コントローラ１０からデバイス２０に向けて送信される場合と、デバイス２０からコントローラ１０に向けて送信される場合とがある。
　図２において、シリアル通信システム１は、コントローラ１０と、デバイス２０と、バス通信ライン３０とを有する。コントローラ１０はマスタ、デバイス２０はスレーブとして、バス通信ライン３０を通して接続されている。スレーブとしてのデバイス２０は、複数個のデバイス２０_1、デバイス２０_2、…、デバイス２０_nを備えて構成される。
　ここで、単一のコントローラ１０に対して、バス通信ライン３０を通して複数個のデバイス２０、すなわち、デバイス２０_1、デバイス２０_2、…、デバイス２０_nが、並列に接続されている。これにより、シングルマスタ／マルチスレーブ接続のシリアル通信システム１を構成している。そして、シングルマスタ／マルチスレーブ接続のシリアル通信システム１において、シングルマスタ／マルチスレーブ通信が行われる。
　複数個のデバイス２０_1、デバイス２０_2、…、デバイス２０_nを識別するため、後述するデバイスＩＤが付与されている。このデバイスＩＤは、１，２，３，…といった順番に従った番号でもよいし、製品の製造番号の全部または一部であってもよい。
　コントローラ１０は、このデバイスＩＤによって、複数個のデバイス２０_1、デバイス２０_2、…、デバイス２０_nを識別し、特定することができる。複数個のデバイス２０_1、デバイス２０_2、…、デバイス２０_n側も、このデバイスＩＤによって、コントローラ１０からのリクエストが自分宛か否かを判別することができる。
　［通信フォーマット中の各フィールドの説明］
　次に、実施の形態１のシリアル通信システム１において実行されるシリアル通信方法で使用される通信フォーマットについて、図３～図５を参照して説明する。図３は、実施の形態１におけるシリアル通信システムのデータ転送時の通信フォーマットを示すタイミングチャートである。
　図４及び図５は、実施の形態１におけるシリアル通信システムで使用されるデータの通信フォーマットの内容の一例を示す説明図である。
　まず、シングルマスタ／シングルスレーブ接続のシリアル通信システム１における通信の様子を説明する。図３の（ａ）は、シングルマスタ／シングルスレーブ接続のシリアル通信システム１における、コントローラ１０からデバイス２０に対するリクエストの送信を示している。
　ここで、コントローラ１０は、先行するデータフレームの最終部分から１データフレーム分以上のアイドル状態が存在するか否かを監視しており、先行するデータフレームの最終部分から１データフレーム分以上のアイドル状態が継続した後に、コントロールフィールドＣＦをリクエストとしてデバイスに対して送信する。なお、１データフレームとは、デバイス２０からコントローラ１０に向けて送信される一連のデータの単位である。
　デバイス２０は、１データフレーム分以上のアイドル状態が継続した後に、リクエストとしてコントロールフィールドＣＦが送られてくることで、通信開始であると判断する。これにより、デバイス２０は、他の通信に対して誤って通信開始と判断することを回避している。
　デバイス２０は、コントローラ１０からコントロールフィールドＣＦがリクエストとして送られてくると、データを通信フォーマットに従ってコントローラ１０に対してシリアル通信により送信する。デバイス２０がエンコーダまたはセンサである場合、制御対象から検出されたデータをコントローラ１０に対して送信する。
　図３の（ｂ）は、シングルマスタ／シングルスレーブ接続のシリアル通信システム１における、デバイス２０がコントローラ１０に向けて送信するデータの通信フォーマットを示している。
　デバイス２０からコントローラ１０へのデータは、図３の（ｂ）に示されるように、通信フォーマットに従い、コントロールフィールドＣＦ、ステータスフィールドＳＦ、データフィールドＤＦ０～ＤＦｎ、及び検査フィールドＣＲＣが含まれている。
　図４は、図３の（ａ）及び（ｂ）のタイミングチャートに示されるデータの各フィールドの内容を示している。コントロールフィールドＣＦは、コマンド情報である。ステータスフィールドＳＦは、デバイスの状態識別情報である。データフィールドＤＦ０～ＤＦｎは、データＩＤに割り振られた情報である。検査フィールドＣＲＣは、ＣＲＣフィールド以外の全てのフィールドのスタートビットとデリミッタとを除く全てのビットに対するＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check：巡回冗長検査）による誤り検査情報である。
　次に、シングルマスタ／マルチスレーブ接続のシリアル通信システム１における、通信の様子を説明する。図３の（ｃ）は、シングルマスタ／マルチスレーブ接続のシリアル通信システム１における、コントローラ１０からデバイス２０に対するリクエストの送信を示している。
　コントローラ１０は、上述した説明と同様に、先行するデータフレームの最終部分から１データフレーム分以上のアイドル状態が継続した後に、コントロールフィールドＣＦとデバイスＩＤフィールドＩＤＦを、複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nのうちのいずれかのデバイス２０_iへのリクエストとして送信する。
　複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nのうち、コントローラ１０から呼び出されたデバイス２０_iは、１データフレーム分以上のアイドル状態が継続した後に、リクエストとしてコントロールフィールドＣＦが送られてくることで、通信開始であると判断する。これにより、デバイス２０_iは、自分以外の他のデバイス２０_yへの通信に対して誤って通信開始と判断することを回避している。
　デバイス２０_iは、コントローラ１０からコントロールフィールドＣＦがリクエストとして送られてくると、後述するようにコントロールフィールドＣＦの内容とデバイスＩＤフィールドＩＤＦの内容とに応じて、自分宛のリクエストであるかを判別する。
　デバイス２０_iは、コントローラ１０からのリクエストが自分宛であると判別した場合、データを通信フォーマットに従ってコントローラ１０に対してシリアル通信により送信する。デバイス２０_iがエンコーダまたはセンサである場合、制御対象から検出されたデータをコントローラ１０に対して送信する。
　図３の（ｄ）は、シングルマスタ／マルチスレーブ接続のシリアル通信システム１における、デバイス２０がコントローラ１０に向けて送信するデータの通信フォーマットを示している。
　デバイス２０からコントローラ１０へのデータは、図３の（ｄ）に示されるように、通信フォーマットに従い、コントロールフィールドＣＦ、デバイスＩＤフィールドＩＤＦ、ステータスフィールドＳＦ、データフィールドＤＦ０～ＤＦｎ、及び検査フィールドＣＲＣが含まれている。
　図５は、図３の（ｃ）及び（ｄ）のタイミングチャートに示されるデータの各フィールドの内容を示している。コントロールフィールドＣＦは、コマンド情報である。デバイスＩＤフィールドＩＤＦは、各デバイスを識別するデバイスＩＤ（identification）の情報である。ステータスフィールドＳＦは、デバイスの状態識別情報である。データフィールドＤＦ０～ＤＦｎは、データＩＤに割り振られた情報である。検査フィールドＣＲＣは、ＣＲＣフィールド以外の全てのフィールドのスタートビットとデリミッタを除く全てのビットに対するＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check：巡回冗長検査）による誤り検査情報である。
　［通信フォーマット中のコントロールフィールドの説明］
　次に、実施の形態１のシリアル通信システム１において実行されるシリアル通信で使用される通信フォーマット中のコントロールフィールドＣＦについて、図６と図７を参照して説明する。
　図６は、実施の形態１におけるシリアル通信システムで使用されるデータの通信フォーマット中のコントロールフィールドのフォーマットを示す説明図である。コントローラ１０とデバイス２０との間で送受信されるコントロールフィールドＣＦは、スタートビット、ＳＹＮＣ（Synchronous）コード、データＩＤコード、データＩＤパリティ、及びデリミッタが含まれている。
　図７は、実施の形態１におけるシリアル通信システムで使用されるデータの通信フォーマット中のコントロールフィールドＣＦの各ビットの内容を示す説明図である。
　スタートビットは、開始位置を示すビットであり、例えば、“０”に固定されている。ＳＹＮＣコードは、同期に用いられる予め定められたコードであり、“０”と“１”を所定回数繰り返す。この実施の形態１において、ＳＹＮＣコードは、シングルマスタ／シングルスレーブ通信を行う場合は第１のＳＹＮＣコード“０１０”、シングルマスタ／マルチスレーブ通信を行う場合は第２のＳＹＮＣコード“１０１”が割り当てられる。データＩＤコードは、通信内容を選択するため、通信データや動作命令を割り当てられたコードである。データＩＤパリティは、データＩＤコードに対するパリティチェックのビットである。デリミッタは、終了位置を示すビットであり、例えば、“１”に固定されている。
　以上のコントロールフィールドＣＦ中ＳＹＮＣコードによって、シリアル通信システム１において、シングルマスタ／シングルスレーブ通信とシングルマスタ／マルチスレーブ通信のどちらを行うかが決定される。また、ＳＹＮＣコードは、“０１０”と“１０１”のいずれであっても、本来の同期の用途にも使用される。
　シングルマスタ／シングルスレーブ通信においては、デバイス２０がコントロールフィールドＣＦを受信した後、デバイス２０においてデータＩＤコードに応じたデータの返信や動作が実行される。
　シングルマスタ／マルチスレーブ通信においては、コントロールフィールドＣＦに続いてデバイスＩＤフィールドＩＤＦがコントローラ１０から送信された後に、該当するデバイスＩＤを有するデバイス２０_iにてデータＩＤコードに応じたデータの返信や動作が実行される。
　［シリアル通信システム１のコントローラ１０側の処理手順］
　次に、実施の形態１のシリアル通信システム１において実行されるシリアル通信方法のコントローラ１０側の処理手順について、図８を参照しながら説明する。図８は、実施の形態１におけるシリアル通信システムのデータ転送時のコントローラ１０側の処理手順を示すフローチャートである。
　ステップＳ１０１において、シリアル通信システム１の電源がオンされると、コントローラ１０はシリアル通信システム１内の各部を初期化する。その後、処理がステップＳ１０２へと進む。
　ステップＳ１０２において、コントローラ１０は、バス通信ライン３０に電源Ｖｃｃを供給する。その後、処理がステップＳ１０３へと進む。
　ステップＳ１０３において、コントローラ１０は、バス通信ライン３０に接続されているデバイス２０の設定を確認する。ここで、デバイス２０の設定とは、バス通信ライン３０に単一のデバイス２０が接続されているか、または、バス通信ライン３０に複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nが接続されているか、を意味する。この設定は、ユーザによる操作部からの設定でもよいし、コントローラ１０が自動的に取得した設定でもよい。
　ステップＳ１０３の設定確認に基づいて、ステップＳ１０４において、バス通信ライン３０に単一のデバイス２０が接続されていると判定されれば、処理がステップＳ１０５へと進む。
　ステップＳ１０５において、コントローラ１０は、コントロールフィールドＣＦ中のＳＹＮＣコードを、シングルマスタ／シングルスレーブ通信を行う場合の“０１０”に設定する。その後、処理がステップＳ１０６へと進む。
　ステップＳ１０６において、コントローラ１０は、先行するデータフレームの最終部分から１データフレーム分以上のアイドル状態が継続した後に、コントロールフィールドＣＦをリクエストとして、バス通信ライン３０に送信する。これにより、コントローラ１０は、単一のデバイス２０との間でシングルマスタ／シングルスレーブ通信によりシリアル通信を行う。その後、処理がステップＳ１０７へと進む。
　ステップＳ１０７において、コントローラ１０は、外部からのパワーオフの指示の有無を監視しており、外部からのパワーオフの指示が有るまで、ステップＳ１０６のシリアル通信の処理と、ステップＳ１０７の外部指示監視の処理とを繰り返している。
　ステップＳ１０７において、コントローラ１０は、外部からのパワーオフの指示を検出すると、ステップＳ１０６のシリアル通信の処理を終了し、バス通信ライン３０への電源Ｖｃｃ供給を停止し、シリアル通信システム１としての処理を終了する。
　一方、ステップＳ１０３の設定確認に基づいて、ステップＳ１０４において、バス通信ライン３０に複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nが接続されていると判定されれば、処理がステップＳ１０８へと進む。
　ステップＳ１０８において、コントローラ１０は、コントロールフィールドＣＦ中のＳＹＮＣコードを、シングルマスタ／マルチスレーブ通信を行う場合の“１０１”に設定する。その後、処理がステップＳ１０９へと進む。
　ステップＳ１０９において、コントローラ１０は、先行するデータフレームの最終部分から１データフレーム分以上のアイドル状態が継続した後に、コントロールフィールドＣＦに続いて、デバイスＩＤフィールドＩＤＦをリクエストとして、バス通信ライン３０に送信する。デバイスＩＤフィールドＩＤＦには、複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nのうちの、通信相手となるいずれかのデバイス２０_iのデバイスＩＤを含める。
　これにより、コントローラ１０は、複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_n中のいずれかのデバイス２０_iとの間で、シングルマスタ／マルチスレーブ通信によりシリアル通信を行う。その後、処理がステップＳ１１０へと進む。
　ステップＳ１１０において、コントローラ１０は、外部からのパワーオフの指示の有無を監視しており、外部からのパワーオフの指示が有るまで、ステップＳ１０９のシリアル通信の処理と、ステップＳ１１０の外部指示監視の処理とを繰り返している。
　ステップＳ１１０において、コントローラ１０は、外部からのパワーオフの指示を検出すると、ステップＳ１０９のシリアル通信の処理を終了し、バス通信ライン３０への電源Ｖｃｃ供給を停止し、シリアル通信システム１としての処理を終了する。
　［シリアル通信システム１のデバイス２０側の処理手順］
　次に、実施の形態１のシリアル通信システム１において実行されるシリアル通信方法のデバイス２０側の処理手順について、図９を参照しながら説明する。図９は、実施の形態１におけるシリアル通信システムのデータ転送時のデバイス２０側の処理手順を示すフローチャートである。
　ステップＳ２０１において、バス通信ライン３０に接続された単一のデバイス２０、またはバス通信ライン３０に接続された複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nは、バス通信ライン３０に供給された電源Ｖｃｃを受けて動作を開始する。その後、処理がステップＳ２０２へと進む。
　ステップＳ２０２において、デバイス２０、または複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nそれぞれは、自らを初期化する。その後、処理がステップＳ２０２へと進む。
　ステップＳ２０３において、デバイス２０、または複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nそれぞれは、コントローラ１０からバス通信ライン３０を通して送信されるコントロールフィールドＣＦの受信を待機している。
　ここで、デバイス２０、または複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nそれぞれは、１データフレーム分以上のアイドル状態が継続した後のコントロールフィールドＣＦを通信開始であると判断する。デバイス２０、または複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nそれぞれは、コントロールフィールドＣＦを受信した後、処理がステップＳ２０４へと進む。
　ステップＳ２０４において、デバイス２０、または複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nそれぞれは、受信したコントロールフィールドＣＦに含まれるＳＹＮＣコードの内容を調べる。すなわち、デバイス２０、または複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nそれぞれは、ＳＹＮＣコードが、シングルマスタ／シングルスレーブ通信用の“０１０”であるか、シングルマスタ／マルチスレーブ通信用の“１０１”であるかを識別する。
　ステップＳ２０４の識別に基づいて、ＳＹＮＣコードが、シングルマスタ／シングルスレーブ通信用の“０１０”であると識別されれば、処理がステップＳ２０５へと進む。
　ステップＳ２０５において、デバイス２０は、コントロールフィールドＣＦに含まれる動作命令に従い、図３の（ｂ）のように通信フォーマットに従ったデータをシリアル通信によりコントローラ１０に対して送信する。その後、処理がステップＳ２０９へと進む。
　ステップＳ２０９において、デバイス２０は、バス通信ライン３０における電源Ｖｃｃの存在有無を監視しており、電源Ｖｃｃが存在していればステップＳ２０３のコントロールフィールドＣＦの受信待機に戻り、電源Ｖｃｃが存在しなくなればデバイス２０の動作を終了する。
　ステップＳ２０４において、コントロールフィールドＣＦに含まれるＳＹＮＣコードの識別に基づいて、ＳＹＮＣコードが、シングルマスタ／マルチスレーブ通信用の“１０１”であると識別されれば、処理がステップＳ２０６へと進む。
　ステップＳ２０６において、複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nそれぞれは、コントローラ１０からコントロールフィールドＣＦに続いて送信されたデバイスＩＤフィールドＩＤＦに含まれるデバイスＩＤが、自分のデバイスＩＤと一致するか比較する。その後、処理がステップＳ２０７へと進む。
　ステップＳ２０７において、複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nそれぞれのうち、デバイスＩＤフィールドＩＤＦに含まれるデバイスＩＤが、自分のデバイスＩＤと一致しないものは、コントロールフィールドＣＦに対する動作をせずに、ステップＳ２０９の電源Ｖｃｃ存在判断に進む。
　ステップＳ２０７において、複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nそれぞれのうち、デバイスＩＤフィールドＩＤＦに含まれるデバイスＩＤが、自分のデバイスＩＤと一致したデバイス２０_iは、処理がステップＳ２０８へと進む。
　ステップＳ２０８において、デバイスＩＤフィールドＩＤＦによりコントローラ１０から呼び出されたデバイス２０_iは、コントロールフィールドＣＦに含まれる動作命令に従い、図３の（ｄ）のように通信フォーマットに従ったデータをシリアル通信によりコントローラ１０に対して送信する。なお、デバイス２０_iは、図３の（ｄ）に示すように、コントロールフィールドＣＦとステータスフィールドＳＦとの間に、デバイスＩＤフィールドＩＤＦに自らのデバイスＩＤを含めるようにする。その後、処理がステップＳ２０９へと進む。
　ステップＳ２０９において、複数個のデバイス２０_1～デバイス２０_nそれぞれは、バス通信ライン３０における電源Ｖｃｃの存在有無を監視しており、電源Ｖｃｃが存在していればステップＳ２０３のコントロールフィールドＣＦの受信待機に戻り、電源Ｖｃｃが存在しなくなればデバイス２０の動作を終了する。
　以上のように、実施の形態１のシリアル通信システム１において実行されるシリアル通信方法によれば、シングルマスタ／シングルスレーブ接続システムとシングルマスタ／マルチスレーブ接続システムで共通して通信可能とし、マルチスレーブ接続時の通信データ長に比べてシングルスレーブ接続時の通信データ長を削減することが可能になる。
　ここで、シングルスレーブ接続時は、マルチスレーブ接続時と比較して、図３の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、デバイスＩＤフィールドＩＤＦ分の通信データ長を削減することが可能になる。従って、シングルマスタ／シングルスレーブ接続用の通信システムでは、制御対象の制御周期が伸びることを防止でき、高次元のモーションコントロールの実現に貢献でき、高精度な制御が可能になる。
　また、新たな信号やコードを付加せず、元々存在していたＳＹＮＣコードを参照するだけでよいため、シングルマスタ／シングルスレーブ接続、シングルマスタ／マルチスレーブ接続の切り替えが容易となり、システム更新時の変更点を最小限にすることができる。従って、デバイス２０としてセンシングデバイスを使用した各種制御機器の拡張柔軟性を向上させることができる。
　［その他の実施の形態］
　実施の形態１におけるシリアル通信システム１の他の形態、シリアル通信システム１において実行されるシリアル通信方法の他の手順について、以下に説明する。
　以上の実施の形態１の説明では、バス通信ライン３０としてシリアル伝送のバス接続の具体例を示しているが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。例えば、複数の信号線からなるパラレルラインのバスであっても、以上の実施の形態１のシリアル通信方法を適用することが可能である。
　以上の実施の形態１のシリアル通信システム１の説明では、バス通信ライン３０において、信号伝送するための２本の対等な信号線を用いたＲＳ４８５規格の一対のＳＤ＋とＳＤ－の差動伝送信号による通信を想定した例として示しているが、この内容に限定されるものではない。例えば、実施の形態１のシリアル通信システム１をＲＳ４２２規格やＲＳ２３２規格による通信に適用してもよい。また、実施の形態１のシリアル通信システム１を差動伝送信号によらない通信に適用してもよい。
　以上の実施の形態１のシリアル通信方法の説明では、通信フォーマットおよび内部のフィールド構成、ビット構成などの具体例を説明したが、これらの内容に限定されるものではない。例えば、コントロールフィールドＣＦ内のＳＹＮＣコードは、シングルマスタ／シングルスレーブとシングルマスタ／マルチスレーブが別の値であればよく、ビット長も３ビットに限らない。
　以上の実施の形態１のシリアル通信方法の説明におけるコントロールフィールドＣＦ中のデータＩＤコードは、必要となる通信内容の選択肢の分だけ用意できればビット長は短くとも長くともよい。加えて、データＩＤパリティも検出度を上げるためにＣＲＣに変更してもよい。
　以上の実施の形態１のシリアル通信方法の説明において、デバイス２０を構成するセンシングデバイスに特殊な動作命令を加える場合には、リクエスト情報として特殊コマンド用のフィールドを追加してもよい。例えば、センシングデバイスにメモリが搭載されており、そのメモリにアクセスして値を変更したい場合、リクエストにメモリアドレス用のフィールドと書込みデータ用のフィールドを追加すればよく、また、データの誤り検出もしたい場合にはＣＲＣフィールドを追加すればよい。
　以上の実施の形態１のシリアル通信方法の説明では、シリアル通信として調歩同期式の通信形態を想定した例を示しているが、この通信形態に限定されるものではない。
　以上の実施の形態１のシリアル通信方法に関する図８のフローチャートを参照した説明において、ステップＳ１０１～Ｓ１０４に記載された初期化、電源供給、及びデバイス設定確認、並びに、ステップＳ１０７とＳ１１０に記載された電源を監視しての動作は、必須の処理ではなく、いずれかの処理の省略または変更が可能である。
　１　シリアル通信システム、１０　コントローラ、２０　デバイス、２０_1～２０_n　複数のデバイス、３０　バス通信ライン。

Claims (6)

  1. 　シリアル通信機能を有するコントローラと、シリアル通信機能を有する１以上のデバイスとの間で、通信フォーマットに従ってシリアル通信を行うシリアル通信方法であって、
    　前記コントローラは、
    　前記デバイスが単一であるか複数であるかを示す情報を、前記通信フォーマット中に存在するコードに割り当て、
    　前記デバイスが単一である場合、前記デバイスが単一であることを前記情報により示し、単一の前記デバイスとの間で前記シリアル通信を行い、
    　前記デバイスが複数である場合、前記デバイスが複数であることを前記情報により示し、前記デバイスを識別するデバイスＩＤを前記通信フォーマット中に含め、複数の前記デバイスの中で前記デバイスＩＤにより特定される前記デバイスとの間で前記シリアル通信を行う、
    シリアル通信方法。
  2. 　前記情報は、コントロールフィールド中のＳＹＮＣコードに割り当てられており、
    　前記コントローラと前記デバイスは、前記ＳＹＮＣコードを参照し、前記コントローラと単一の前記デバイスとの間の前記シリアル通信、または前記コントローラと複数の前記デバイスとの間の前記シリアル通信のいずれかに切り替える、
    　請求項１に記載のシリアル通信方法。
  3. 　前記コントローラがマスタ、前記デバイスがスレーブであり、
    　前記マスタと前記スレーブの間で前記シリアル通信を行う、
    　請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のシリアル通信方法。
  4. 　前記デバイスは、センシングデバイスであり、
    　前記センシングデバイスは、前記コントローラからのリクエストに応じ、データを前記コントローラに対して前記シリアル通信により送信する、
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のシリアル通信方法。
  5. 　前記コントローラと前記デバイスとが通信フォーマットに従うデータを送信または受信するバス通信ラインを備え、
    　前記コントローラは、
    　前記バス通信ラインにおいて１データフレーム分以上のアイドル状態が存在するか否かを監視しており、
    　前記１データフレーム分以上の前記アイドル状態が存在した後に前記シリアル通信を開始する、
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のシリアル通信方法。
  6. 　シリアル通信機能を有するコントローラと、シリアル通信機能を有する１以上のデバイスとを備え、
    　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載されたシリアル通信方法により、前記コントローラと１以上の前記デバイスとの間でシリアル通信を行う、
    　シリアル通信システム。
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