NL8002345A

NL8002345A - Communicatiesysteem met informatiebus.

Info

Publication number: NL8002345A
Application number: NL8002345A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1980-04-23
Filing date: 1980-04-23
Publication date: 1981-11-16
Also published as: IT1135777B; ES501513A0; JPS56169452A; FR2481486B1; PL230785A1; DE3115455C2; HK28086A; ATA181881A; CA1164591A; SE8102493L; JPH0145259B2; GB2074425B; NZ196850A; AU6959881A; FR2481486A1; NL191374C; NL191374B; FI77759C; ZA812383B; ES8202642A1

Description

. A V

PHN 9737 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken-te Eindhoven. Communicatiesysteem met informatiebus.

De uitvinding heeft betrekking op een communica- een tiesysteem voor de overdracht van digitale informatie over/ informatiebus tussen twee of meer van een aantal aan de informatiebus gekoppelde apparaten, waarbij elk apparaat ten 5 minste een digitaal gegevensverwerkend gedeelte bevat, en waarbij het gegevensverwerkend gedeelte door middel van een digitale besturingsschakeling met de informatiebus is gekoppeld zodanig dat zendschakelaars in de besturingsschakelin-gen met een buskanaal een EN-schakeling vormen,en op een 10 besturingsschakeling voor het koppelen van een apparaat aan een zodanige informatiebus.

Dergelijke communicatiesystemen worden veelal toegepast, daar waar een aantal apparaten afwisselend gebruik maakt van een transportmedium voor de onderlinge com-15 municatie. Hierbij kan worden gedacht aan de communicatie tussen een of meer intelligente terminals en een centrale computer in een laboratorium, maar ook aan de besturing van huishoudelijke apparaten in een woning bij voorbeeld met behulp van een zogenaamde "home-computer", waarbij ook au-20 dio- en/of video-apparatuur aan de informatiebus kan zijn gekoppeld, zowel voor de bediening van deze apparaten, alsook voor het toevoeren van tekstgegevens aan een televisie-ontvanger, welke tekstgegevens zijn verkregen met een tele-tekst-demodulator, een viewdata aansluiting en dergelijke.

25 Voor de informatiebus kan gebruik gemaakt worden van een meerkanaalsbus waarover digitale informatie parallel wordt verzonden.

Indien de gemiddelde informatiedichtheid voldoende laag is kan veelal worden volstaan met een êênkanaals-30 bus, waarbij de informatie serieel wordt overgedragen.

Een communicatiesysteem van de genoemde soort is bekend uit het verslag van het "Second Symposium on Micro Architecture "Euromicro", 1976"; pp 299-304,R. Sommer: 8 0 0 2 3 45 , V « * PHN 9737 2 "Cobus, a firmware controlled data transmission system".

In deze publicatie is een communicatiesysteem beschreven waarbij het enkelvoudige buskanaal is gevormd met een coaxiale kabel welke met daaraan aangesloten zendschake-S laars een EN-schakeling vormt, geschikt voor informatieoverdracht met snelheden van ca. 200 kBaud, hetgeen met inbegrip van minimum wachttijden, voorrangsarbitrage, adressen een netto overdrachtscapaciteit van ca. 10.000 informatie-woorden, van 8 è 10 bits elk, per seconde betekent.

10 Doordat de busschakeling.een EN-schakeling vormt zal de bus alleen dat "AAN" zijn indien alle zendschakelaars de uitgang "AAN" laten, hetgeen bij gebruik van transistoren als zendschakelaars in het algemeen inhoudt dat de zendschakelaars stroomloos zijn.

15 Wordt een puls verlangd, dan wordt de zendschake- laar door toevoeren van een basisstroom geleidend gemaakt, zijn uitgang gaat "UIT".

Zodra ten minste êên zendschakelaar een "UIT"-puls levert, wordt de buslijn "UIT", ongeacht de stand van andere 20 zendschakelaars.

Er worden zogenaamde "open collector" zendschakelaars toegepast die tezamen met de coaxiale kabel een zogenaamde "wired-AND function" vormen.

De keuze van een "AAN"- en een "UIT"-niveau is 25 hierbij willekeurig. In dit artikel is een EN-schakeling toegepast, waarbij de bus "AAN" is als alle gekoppelde ingangen "AAN" zijn. Deze definitie zal ook in het overige gedeelte van deze beschrijving worden gebruikt. Het is bekend, dat deze definitie aeguivalent is met een 0F-schakeling voor 30 "UIT"-signalen, veelal beschreven als een "wired-OR".

Fig. 2 van de aangehaalde publicatie toont een vereenvoudigd blokschema van een door een microprocessor bestuurd "Cobus interface", in het vakgebied meestal aangeduid met de engelse term "control-unit". In deze beschrij-35 ving is het woord besturingsschakeling gekozen in plaats van de engelse term "control-unit".

De getoonde Cobus-interface bevat onder meer een ontvangschakeling en een "interference detector". Hiermede 800 2 3 45 r ‘ * 4 PHN 9737 3 y/ordt gecontroleerd of een andere besturingsschakeling tegelijkertijd de buslijn aanvraagt, door het uitgezonden eigen adres te controleren. Een prioriteitsregeling zorgt ervoor, dat het apparaat met het laagste adres voorrang 5 krijgt.

Voorts bevattende besturingsschakelingen een "carrier detector" dat wil zeggen een schakeling voor het reconstrueren van de bit-klok en een synchronisatieschakeling. In de aanloopfasen is de bitsnelheid gehalveerd om minder last 10 te ondervinden van de synchronisatieproblemen ten gevolge van onder andere de signaal-looptijd over de buskabel.

Een carrier-detector wordt gewoonlijk gevormd met een zogenaamde vliegwiel-oscillator of een "phase locked loop”-oscillator (PLLQ).

12 Hiervoor wordt vereist, dat een zeer stabiele klokgenerator wordt toegepast, hetgeen alleen kan worden gerealiseerd door een kristalgestuurde generator te gebruiken.

In verband met de synchronisatie heeft ieder woord on een startbit. Zowel micro- als macro-synchronisatie ge- op schiedt op het startbit en/elk ander ingesteld bit ("set bit", pag. 300, rechter kolom, paragraaf 5.2).

Door de aan de zendzijde vereiste kristalgestuurde klokgenerator en de aan de ontvangerzijde vereiste vlieg-25 wieloscillator of PLLO worden de schakelingen relatief kostbaar. Zij zijn daardoor wel geëigend voor de beschreven la-boratoriumtoepassing maar onaanvaarbaar duur voor toepassing in eenvoudige systemen. Bovendien laat het beschreven systeem niet toe, dat aan één bus apparaten met geheel verschillen-30 de nominale snelheden worden toegepast. De nauwe tijd-tole-ranties vereisen tenslotte nog goed gedefinieerde en dus steile pulsflanken, waardoor het nodig is een coaxiale kabel als buslijn te gebruiken om stoorstraling naar buiten op een aanvaarbaar laag niveau te kunnen houden.

35 Een goedkope getwist twee-draadssysteem kan in verband met storingseisen van PTT en overeenkomstige instanties niet worden toegepast.

De uitvinding beoogt een goedkoop communicatie- 800 23 45 * 4 * PHN 9737 4 systeem te verschaffen, dat de toepassing mogelijk maakt van eenvoudige klokgeneratoren, bijvoorbeeld met een RC-netwerk voor de frequentiebepaling, een goedkope tweedraads bus, een aansluitmogelijkheid voor apparaten waarvan de nominale snel-5 heid bij voorbeeld een orde van grootte verschilt.

Een communicatiesysteem van de in de aanhef genoemde soort, heeft volgens de uitvinding daartoe het kenmerk, dat een besturingsschakeling zodanig is ingericht, dat, wanneer een apparaat informatiebits over de informatiebus ver-10 zendt, de zendschakelaar voor het uitzenden van een "CT'-puls wordt ingeschakeld gedurende een gedeelte van een informatie-bittijd dat groter is dan de helft van de informatie-bittijd en voor het uitzenden van een "l"-puls gedurende een gedeelte van de bittijd dat tenminste een factor 2,1 korter is dan 15 de pulsduur van een "(T'-puls, en waarbij gedurende een "Q"- of een "l"-puls de informatiebus door de ingeschakelde zendschakelaar op een logisch "UIT"-niveau wordt gebracht.

Doordat zowel een "0" als een "1" een puls veroorzaken, kan de beginflank van een van een puls als startpunt 20 voor een tijdschakeling fungeren, waarbij synchronisatie tussen de klokgeneratoren van zendende en ontvangende apparaten overbodig is. Na het constateren van een pulsflank bepaalt de ontvanger na bij voorbeeld ongeveer 3/4 bittijd of de puls al dan niet is afgelopen, dat wil zeggen een "1" 25 .respectievelijk "0" voorstelt.

Het grote verschil in lengte tussen een "1"- en een "0"-puls laat een betrouwbare detectie toe ondanks grote tijdtoleranties, die ontstaan door: a) het gebruik van RC-klokgeneratoren, die in de 30 praktijk een frequentietolerantie van maxaimaal + 25% vertonen ; b) het gebruik van pulsflanken met flanktijden van ca 0,5 tot ca 1,5 microseconde, waarbij kleine variaties in een detectiedrempel reeds een tijd-onzekerheid van enkele 35 tienden van microseconden op kunnen leveren, dat wil zeggen soms meer dan een hele klokperiode bij een 4 MHz MOS-schake-ling; en c) looptijdeffecten over de buslijn, van dezelfde 800 2 3 45 ΡΗΝ 9737 5 * * orde van grootte als de onder b) genoemde tijden»

Alle bittijden in het systeem zijn vastgesteld in microseconden,zij worden door de besturingsschakelingen benaderd met gehele aantallen klokperioden, welke aantallen 5 afhankelijk zijn van de nominale waarde van de klokfrequentie van het desbetreffende apparaat, zodat de werkelijke pulslengen en de detectiemomenten aan de ontvangerzijde in het algemeen slechts bij beadering gelijk zijn aan de gedefinieerde tijden.

10 Een aantal gunstige uitvoeringsvormen zoals ge kenmerkt volgens de volgconclusies, zullen in de figuurbe-schrijving in detail worden besproken.

In de tekening toont:

Fig. 1 een vereenvoudigd blokschema van een com-15 municatiesysteem;

Fig. 2 een schematisch overzicht van de samenstelling van een pakket over te dragen informatie;

Fig. 3 een schema van een deel van een bestu-ringsschakeling met zendschakelaars en een ontvanggedeelte; 20 en

Fig. 4 een vereenvoudigd blokschema van een be-sturingsschakeling volgens de uitvinding.

In Fig. 1 is een bus-structuur getekend met een informatiebus 1 waaraan via aftakkingen 2 een aantal appara-25 ten met elk ten minste een gegevensverwerkend gedeelte 3 dat een besturingsschakeling (control-unit) 4 bevat, zijn gekoppeld.

Van de apparaten 1 tot en met N zijn er in de Figuur slechts 2 getekend, aangegeven als UNIT (1) respec-30 tievelijk UNIT (N).

In werkelijkheid is het aantal in het algemeen veel groter, enige tientallen of honderdtallen zijn mogelijk.

In het in het volgende beschreven uitvoeringsvoorbeeld is 12 rekening gehouden met 2 = 4096 adresseerbare apparaten, 35 doch dit is geenszins een theoretische of andere beperking.

Hoewel in het algemeen niet alle apparaten met alle andere behoeven te kunnen communiceren, zal wel steeds een apparaat nu en dan in verbinding staan met êên of meer 800 2 3 45 PHN 9737 6 > » 1 * van de overige gekoppelde apparaten. Sommige apparaten zullen daarbij uitsluitend als "luisteraar” optreden, afgezien van wellicht een incidenteel meldingssignaal of ontvangstbevestiging, zoals bij voorbeeld een was-g machine. Andere apparaten zullen veelal uitsluitend als "spreker" optreden, zoals bij voorbeeld een brand-en/of inbraakbeveiliging. Andere apparaten zullen soms als "spreker", soms als "luisteraar" optreden, zoals een minicomputer, een viewdata-terminal, en dergelijke.

10 In zijn eenvoudigste vorm is de bus voorzien van êên enkel communicatie-kanaal in de vorm van bij voorbeeld een lichtgeleider, een coaxiale kabel of een paar ineengetwiste draden ("twisted pair").

In een dergelijk bus-systeem is steeds een toe-15 wijzingsbeleid noodzakelijk. Een "spreker" die de lijn bezet heeft mag niet worden gestoord, door andere apparaten, hetgeen zou leiden tot verminking van een uitgezonden boodschap. Of een lijn bezet is, is echter met bekende middelen door andere apparaten gemakkelijk te onderkennen.

2Q Moeilijker wordt het als twee "sprekers" tegelij kertijd om gebruik van de bus vragen, waarbij tegelijkertijd kan worden uitgelegd als gelijktijdig binnen bij voorbeeld enkele microseconden. Hoewel dit op het eerste gezicht statistisch zeer onwaarschijnlijk lijkt, is dit 25 in werkelijkheid veel voorkomend. Twee of meer apparaten kunnen namelijk op sterk verschillende tijdstippen een beroep willen doen binnen de periode waarin de buslijn bezet is door een derde. Zodra deze de bus vrijgeeft, ontdekken de wachtende apparaten dit allen "gelijktijdig" en proberen 2Q om alle gelijktijdig de bus ter beschikking te krijgen.

Indien een apparaat de bus nodig heeft zal het een boodschap gaan uitzenden, waarbij de boodschap de algemene vorm heeft als aangegeven in Fig. 2.

. Gedurende de testtijd controleert de besturings-35 schakeling of gedurende een zekere tijd geen pulsen op de bus voorkomen en geeft dan een startbit. Dit startbit heeft voor andere apparaten het karakter van een waarschuwing ("interrupt"), dat er mogelijk een mededeling 800 23 45 * S’· PHN 9737 7 komt.

Vervolgens wordt een modus-symbool uitgezonden Als de "meester" weet in welke modus de aanstaande "slaaf" kan ontvangen, dan zal in het algemeen het met deze modus 5 overeenkomende modussymbool worden uitgezonden. Alle voorlopig luisterende apparaten met een lagere modus moeten nu afhaken gedurende de periode die als "tijdsleuf" is aangegeven.

Indien de bus niet tegelijkertijd door een 10 ander apparaat is aangevraagd, wordt vervolgens een identificatie uitgezonden (meester adres) en vervolgens het adres van de aanstaande slaaf. Aan het einde van bijvoorbeeld de "slave bits" wacht de meester êên bittijd op een terugmelding dat de slaaf gereed is voor ontvangst.

15 Indien deze terugmelding niet komt, dan betekent dit dat de desbetreffende slaaf niet is aangesloten.

Weet de meester de modus van de slaaf niet dan start hij in de voor hem hoogste modus. Het ontbreken van de terugmelding kan dan ook inhouden dat de slaaf alleen 20 in een lagere modus kan ontvangen. De meester herstart nu de boodschap in een lagere modus. Zou tenslotte zelfs in de laagste modus geen terugmelding volgen, dan moet de meester concluderen, dat de slaaf niet bereikbaar is, dat wil zeggen niet aan de bus gekoppeld of uitgeschakeld.

25 Normaal komt de terugmelding wel en wordt de boodschap afgemaakt. Er volgen, zo nodig, enkele contróle-of besturingsbits en tenslotte de eigenlijke informatieoverdracht. Aan het einde van de beschikbare tijdsleuf wordt de bus weer vrijgegeven.

30 Indien er wel twee of meer apparaten zijn die de bus opeisen treedt bij het uitzenden van het modussymbool de arbitrage in werking.

In het volgende wordt als voorbeeld gehanteerd een bus waaraan apparaten zijn gekoppeld met een aantal 35 uiteenliggende intrinsieke snelheden. De uitvinding is geenszins beperkt tot dit voorbeeld, veel uitgebreidere situaties zowel als eenvoudiger opstellingen zullen op analoge wijze kunnen functioneren. Indien bij voorbeeld 800 2 3 45 PHN 9737 8 slechts êên modus voorkomt, kan natuurlijk het modussymbool vervallen.

Als voorbeeld dient het volgende: modus 0: klokfrequentie 0,55 MHz + 25%; modussymbool 0 5 modus 1: klokfrequentie 2,2 MHz + 25%; modussymbool 10 modus 2: klokfrequentie 4,43 MHz + 0,1%; modussymbool 110.

De lengten van informatiebittijden en overige bittijden evenals bijbehorende pulsduren zijn globaal gegeven in onderstaande tabel I.

10 TABEL I

MS

Modus 0 1 2 MHz 0,55 2,2 4,43 bit 0-puls 1-puls bit D-puls 1-puls bit 0-puls 1-puls 15 --;---------

Rust tijd 600 600 0

Start bit 750 250 750 250 750 250

Modusbit(s);220 96 110 6 25 3,5

Master bits 220 96 24 55 24 6 12^ 8,5 3,5 overige 110 64 16 27,5 16 4 8,52 6 2,5 _ * i "5 **

De lengte van de tijdsleuf is in dit voorbeeld gekozen op gemiddeld circa 7 milliseconde, maximaal circa 10 milliseconde .

25 De modussymbolen zijn hierbij zodanig gekozen, dat indien twee of meer apparaten de bus aanvragen, de lagere modi, dat wil zeggen de langzamere apparaten, prioriteit genieten.

Doordat de bus als EN-schakeling UIT-preferent is, 30 en "0"-pulsen aanmerkelijk-langer duren dan "l"-pulsen, met inbegrip van alle toleranties, wordt het buskanaal namelijk tevens "Q"-preferent.

Zodra dus een apparaat met bijvoorbeeld modussymbool 10 start in modus 1 en een ander tegelijk met een 35 0 aan modus 0, dan zal het modus 1 apparaat reeds bij de controle van de eerste 1 zien dat er tegen zijn verwachting in een 0 op de lijn voorkomt en onmiddellijk afhaken tengunste van het apparaat met de lagere modus.

Evenzo zal een apparaat met modus 2 bijvoorbeeld in plaats 800 2 3 45 PHN 9737 9 van 11(0) teruglezen 10 als er gelijktijdig een modus 1 apparaat is gestart.

Trachten twee apparaten met dezelfe modus de lijn te bezetten, dan kan op basis van het modussymbool 5 geen onderscheid worden gemaakt. Beide apparaten bevinden bij de controle het modussymbool als goed en vervolgen met hun identificatie-adres onder nog steeds gelijktijdige bit voor bit controle. Ook nu wordt weer bij een geconstateerde afwijking onmiddellijk afgehaakt. Dit 10 betekent nu, dat bij gelijke modi het apparaat met het laagste adres voorrang krijgt. Is bij voorbeeld het adres van apparaat A 10100110 en dat van B 10100011 dan zal A bij de controle van het zesde bit geen 1 maar een 0 lezen en afhaken . B ziet een correct busgedrag en gaat voort.

15 Het direct afhaken van A is nodig om (in dit voorbeeld) te voorkomen, dat zijn achtste bit, een 0, de achtste van B, een 1, zou verstoren.

Het apparaat, dat zijn volledige modussymbool en identificatieadres ongestoord op de bus terugleest 20 mag de bus nu gedurende de resterende tijd van de tijd-sleuf bezetten.

Het zal duidelijk zijn, dat zodra een of meer apparaten in de arbitrageperiode verkeren, een derde apparaat, dat duidelijk later wil aanvragen of wel 25 pulsen van modussymbool en identificatieadressen dan wel van een daaropvolgende boodschap op de bus ziet en moet wachten tot de bus weer enige tijd vrij van pulsen is.

De arbitrage is alleen nodig bij gelijktijdige of ongeveer gelijktijdige aanvragen.

30 In dit voorbeeld is er van uitgegaan, dat de 4,43 MHz apparaten een kristalgestuurde klok hebben, bij voorbeeld uitgaande van een standaard kristal voor de televisie PAL-frequentie van circa 8,86 MHz, terwijl de langzamere apparaten werken met een RC-gestuurde klok-35 generator.

Indien een modus 2 apparaat een modus 1 of 0 boodschap zendt dan wordt daartoe geen wijziging in de sturing aangebracht maar de klokfrequentie wordt een- 800 23 45 PHN 9737 10 voudig eerst door 2 respectievelijk 8 gedeeld.

Bij de modus 2 bedraagt het lengteverschil tussen "Q"-puls en "l"-puls in dit voorbeeld ongeveer een factor 2,4, voor de langzamere apparaten met hun wijdere 5 frequentietoleranties is zelfs een factor van circa 4 gekozen.

Voor een juist begrip van de werking zijn de gegevens van Tabel I voldoende.

In een practische uitvoering zijn allerlei 10 tijden met behulp van een computerprogramma gekozen zoals in Tabel II aangegeven. De hierin gegeven nominale tijden zijn zodanig gekozen dat zij bij de nominale frequenties voor elk apparaat steeds met een geheel aantal klokperioden overeenkomen.

15 Alleen het begin van de tabel zal nader worden toegelicht.

Indien bij voorbeeld een modus 1 apparaat wil gaan zenden dan zal een startbit 5 worden uitgezonden met een nominale lengte van 249,2 microseconde. Na een zekere loop-20 tijd en een gedeelte van een klokperiode van een ander apparaat kan dit startbit worden ontvangen na circa 10,8 microseconde.

Vervolgens wordt na 177.0+55.5 microseconde de 1 van het modussymbool gegeven (6) met een pulslengte van 25 4,1+1,8=5,9 microseconde. Het luisterende apparaat ontvangt deze impuls met zekerheid binnen 4,1 microseconde als het in modus 1 kan werken, en bepaalt circa 9,9 microseconde na het begin van de ontvangen puls of dit een 0 of 1 is.

Ook het zendende apparaat voert deze controle uit op ongeveer 30 hetzelfde moment 7. Indien deze controle het juiste resultaat oplevert wordt daarna de modus 1 "0"-puls gegeven met een pulsduur van ca. 22 microseconde.

de

Vervolgens wordtmet/als "master-bits" aangeduide bits het identificatie-adres van de meester gegeven, zo 35 nodig onderbroken zodra de controle aangeeft, dat een ander apparaat met een lager adres prioriteit moet krijgen.

Fig. 3 toont een voorbeeld van een zend/ontvang-gedeelte van een besturingsschakeling, geschikt voor de aan- 80023 45 PHN 9737 ‘ -11"

Tabel II Bit tijden

MASTER SLAVE

.Totale bit tijd (jj.se c) START BIT 332.3 lt0.8{ 258.4 Γ177-0 758.5 * l 139.1 i .

ARBITIHG

5 Modus . O bit 25.3^16.31 7.2132.5(52.51 77.6 191.4 7 Η 39-7 l

Modus .1 bit 55.5 I 4.1? 1.θ I 8.l[ 8.ll 19.4- 97-0 ~T~ l 9.9 | H fa

Modus 2 bit 12.0 2.5! 0»9 4 0«9 4·3 '24*6 _A.9 l

Master bits.

Modus. O-" 54.2I16.4I 7»2Γ52.5I32.5l 77-6 220.4 r~~] 39.7 l 3 Modus'1 15.5 L _4-1 ï 1.BΓ~β.ll 8.1[ 19-4 55-0 r I 9.9 .1 .

Modus 2 0.91 2.5! 0.91 4»Ci 0-9< 4«3 13-5 = Ί 3.0 (

MASTER —» SLAVE

Masterjarit£ tit _______ _

Modus'.0 ~ 54.2] 16.5 I 32.4 I 34-3 157-2 32-5 I .

5 Modus 1 13.5 I 4-1 I 15.1 i 8.6 39-5 I 8.1 | .

Modus 2 O.9 2.5__5-2 2.5 9*1 _3-6 I . ,

Slave, £0 n t r 01_, data_ __ _

Modus 0 016.3 52.4 54.3 103-0 32.5 I , -.

Modus 1 0 I 4.1 I 15.1 l οΤβ 25.8 -_8.1 I _

] Modus, 2 1 2.5 I 3.2 1 2.5 8.2 1 1 3-6 I

at C_ontrol_ D, 1_ _ d_at_a_ __ __ .

Modus· 0 0 I6.5__52.4 34*3 IO3.O 32.5 I

Modus 1 0 4.1__15.1 8.6 25*8 ‘ _8.1 (

Modus 2 0 | 2.5 I 5.2 | 2.5 8.2 1 [ 5-6(, 5 SLAVE —> MASTER Acknowledge

Modus 0 *0 1 16.5 \ 19.9 I 81.3 117-5

Modus 1 *0 I 4.1 f 5.0 ] 20.3 29.4

Modus 2 "Ö | 2.5 l 27Γ] 3T8 9.O

) Lata _____ ______________

Modus 0 "5 I 16.5 I 19-9 1 81.5 117-5

Modus 1 "Ö I 4.1 I 5-0 | 20.3 29.4

Modus 2 "ö I 2.5 I 2.7 I 3T 9-0

ALLE TIJDEN IN MICRQSECQNDEN

800 2 3 45 PHN 9737 12 sturing van een symmetrisch buskanaal. De schakeling is bij 10 en 11 op de bus aangesloten. Het punt 10 is via een weerstand 12 met aarde verbonden en het punt 11 via een weerstand 13 moet de voedingsspanning +. Tevens is de bus verbonden 5 met de ingangen 14 respectievelijk 15 van een differentiële leesversterker 16 met uitgang 17.

Indien zich geen pulsen op de bus bevinden is de uitgang 15 dus ongeveer op het niveau van de voedingsspanning en de ingang 14 ongeveer op aardniveau, dit is de toe-10 stand die als AAN-toestand van de bus is gedefinieerd.

Voorts is de bus verbonden met uitgangen 18 respectievelijk 20 van de zendschakelaars 21 respectievelijk 22, welke in de rusttoestand geen stroom voeren.

Door een, niet getekende, poortschakeling opgewek-15 te positieve digitale signalen worden toegevoerd aan een ingang 23 van de zendschakeling. Deze ingang is direct gekoppeld met een besturingsingang 24 van de zendschakelaar 21 en via een omkeerschakeling 25 met een besturingsingang 26 van de zendschakelaar 22.

2Q Zodra aan de ingang 23 een positieve puls ver schijnt worden de beide zendschakelaars 21, 22 geleidend.

In het geschetste voorbeeld worden de zendschakelaars gevormd door transistoren, waarvoor de weerstanden 13 respectievelijk 12 tevens de collectorweerstanden vormen.

25 Zodra de zendschakelaars 21, 22 geleiden wordt de aansluiting 10 van het aardniveau op bijna de voedingsspanning gebracht, terwijl de aansluiting 11 juist naar aarde toegaat. Dit is de UIT-toestand voor de bus.

De ingangspolariteit van de leesversterker 16 keert 2Q dus van teken om en aan de uitgang 17 verschijnt een UIT-signaal.

De AAN-toestand van de bus kan alleen bestaan als alle zendschakelaars een uitgang AAN vertonen, dat wil zeggen niet-geleidend zijn, zodat de combinatie van zendschakelaars 35 en bus zich inderdaad gedraagt als een EN-schakeling voor AAN-signalen.

Indien de uitgang 17 van de leesversterker 16 op UIT-niveau is terwijl er geen positief signaal aan de in- 800 2 3 45 ΡΗΝ 9737 13 τ> χ_ gang 23 werd toegevoerd, dan kan dit alleen indien in een andere besturingsschakeling de zendschakelaars geleidend zijn, hiermede kan worden gecontroleerd of een ander apparaat een boodschap verzendt, dan wel tegelijkertijd de aan-5 dacht van de bus vraagt.

Figuur 4 toont een vereenvoudigd blokschema van een besturingsschakeling volgens de uitvinding.

Aan ingangen 50, 51 wordt vanuit het gegevensverwerkend gedeelte van een apparaat informatie toegevoerd 10 aan de besturingsschakeling, veelal in de vorm van te transporteren data aan 50 en een bestemmingsadres aan 51. Deze aansluitingen kunnen bijvoorbeeld worden gevormd door een databus respectievelijk adresbus van een microprocessor.

De informatie wordt toegevoerd aan een logische 15 eenheid 53, welke eenheid transport van te zenden en ontvangen informatie beheert en regelt op op zichzelf bekende wijze. Een aantal vaste programmeringsgegevens, zowel als bij voorbeeld een identificatie-adres zijn hiertoe opgeslagen in een niet overschrijfbaar geheugen (read only memory, 20 ROM, PROM of vergelijkbaar ) 55, dat met de logische eenheid is gekoppeld.

De te verzenden informatie wordt door de logische eenheid 53 toegevoerd aan een pulsvormer 56, welke is gevormd met een logische poortschakeling welke ervoor zorg-25 draagt, dat de pulsen de volgens Tabel I of Tabel II vereiste lengte krijgen. De pulsvormer is hiertoe gekoppeld met een klokgenerator 57, die tevens de klok vormt voor de logische eenheid 53.

De pulsduur voert de pulsen met de juiste lengte, 30 afgteld in aantallen gehele klokperioden, toe aan de zendschakelaars 59 welke met uitgangen 18, 19 zijn verbonden met de bus 10 respectievelijk 11. Voor dezelfde punten als die uit voorgaande figuren zijn hier dezelfde referentienummers gebruikt.

35 Een op de bus aanwezig signaal wordt daarbij toegevoerd aan een ontvanger 61 welke is gekoppeld met een uitgangsbufferschakeling 63 met een uitgang 65 voor het overdragen kan informatie naar het gegevensverwerkende 80023 45 PHN 9737 14 gedeelte van het apparaat. Deze uitgangsbuffer 63 is eveneens voor zijn besturing gekoppeld met de logische eenheid 53.

Zo\i/el de uitgangssignalen van de pulsvormer 55 als die van de ontvanger 61 worden voorts toegevoerd aan een 5 vergelijkschakeling 67 waarvan een uitgang 69 is gekoppeld met een ingang voor een stopsignaal 71 van de logische eenheid 53. Deze vergelijkschakeling 67 levert een stopsignaal zodra de uitgangssignalen van pulsvormer 55 en ontvanger 61 van elkaar verschillend zijn ten gevolge van het feit, dat 10 een ander apparaat de bus in gebruik heeft, dan wel doordat een ander apparaat met hogere prioriteit tegelijkertijd een busaanvrage indient, zoals in het voorgaande beschreven.

De feitelijke vorm en inhoud van de verschillende poortschakelingen, logische schakelingen, geheugen en buffer-15 registers is voor de uitvindingsgedachte niet van belang. Daar-mede worden functies gerealiseerd vergelijkbaar met de functies die eveneens nodig zijn bij andere schakelingen, zoals bij voorbeeld die van de in de inleiding van de beschrijving aangehaalde stand der techniek. Iedere deskun-20 dige in het vakgebied kan en zal deze functies naar behoefte realiseren.

Het wezen van de uitvinding ligt in de keuze van de verhouding van de lengte van "O"- en Ml"-pulsen, welke verhouding groter is dan 2,1, bij voorbeeld 2,4; 4 of meer, 25 waardoor een betrouwbare informatieoverdracht kan worden gegarandeerd, ondanks grote toleranties in de klokfrequentie van de klokgenerator 57, tijdverschillen in de flankdetec-tie van flanken met geringe steilheid door de ontvanger 61 en looptijdverschillen over de buslijn.

30 Het blijkt daarbij mogelijk te zijn de informa tieoverdracht te laten geschieden met dezelfde snelheid en betrouwbaarheid als die van de stand der techniek, ondanks het feit, dat met name met het oog op niet-professionele toepassingen in normale woningen met uiterst goedkope mid-35 delen dient te worden gewerkt, waarbij de grote besparingen worden gevonden in een goedkope twee-draads getwiste busleiding zonder afscherming, eenvoudige RC-gekoppelde klokge-neratoren en het achterwege laten van kostbare synchronise- 800 2 3 45 PHN 9737 15 tiemiddelen aan de ontvangstzijde.

In de praktijk zijn de volgende resultaten bereikt;

Bij de gekozen lengte van de tijdsleuf kan het langzaamste apparaat behalve de overhead aan startbit, mo-5 dussymbool en adressen nog êên informatie-Byte van bijvoorbeeld 9 of 12 bits overzenden. Dit lijkt op het eerste gezicht weinig maar is ruimschoots snel genoeg voor bij voorbeeld het behandelen van informatie afkomstig van een toetsenbord, al dan niet via infrarood of ultrasone afstandbe-10 diening. Hierbij zal in het algemeen niet meer dan een karakter per 100 milliseconden (of veel meer) worden aangeboden. Dit kan in nominaal 7 en maximaal 10 milliseconden worden verwerkt.

Een apparaat in de groep met modus 1 kan naast de 15 overhead reeds circa 16 Bytes in êên tijdsleuf overzenden, en een apparaat met modus 2 circa 71. In dit laatste geval werd om organisatorische redenen de overdracht beperkt tot 2^ Bytes=64 Bytes per boodschap.

Bij een klokfrequentie van 4,43 MHz, zoals in dit 20 voorbeeld toegepast, kunnen deze Bytes van bij voorbeeld 8 informatiebits en êên pariteitsbit worden overgezonden met een snelheid overeenkomend met 8,2 microseconde per bit, dat wil zeggen ongeveer 120 kBaud.

Bij de gekozen lengte van 64 Bytes, levertdit 25 inclusief overhead een gemiddelde snelheid van circa 10.000 Bytes per seconde. Bij een langere tijdsleuf overeenkomend met 256 Bytes speelt de overhead procentueel practisch geen rol meer, zodat een met 120 kBaud overenkomende overdrachtssnelheid van circa 13.000 symbolen per seconde wordt bereikt. 30 Toepassing van de uitvinding is echter geenszins tot dergelijke snelheden beperkt, de gekozen snelheid is in het voorbeeld gekozen in verband met de toepassing van M0S-logica.

Bij flanktijden van circa 1 microseconde is echter 35 een bitfrequentie van circa 500 kBaud bereikbaar, en bij toepassing van steilere flanken corresponderend meer. In dat laatste geval is met het oog op storingseisen dan in het algemeen wel een afscherming van de bus vereist.

8002345 5 PHN 9737 Ιό

De benodigde electronische circuits kunnen met inbegrip van de zendschakelaars in êên enkele geïntegreerde schakeling worden ondergebracht.

10 15 20 25 30 800 2 3 45 35

Claims

1. Communicatiesysteem voor de overdracht van digitale informatie over een informatiebus tussen tu/ee of meer van een aantal aan de informatiebus gekoppelde apparaten, waarbij elk apparaat ten minste een digitaal gegevensver- 5 u/erkend gedeelte bevat, en waarbij het gegevensverwerkend gedeelte door middel van een digitale besturingsschakeling met de informatiebus is gekoppeld, zodanig dat zendschake-laars in de besturingsschakelingen met een buskanaal een EN-schakeling vormen, 10 met het kenmerk, dat een besturingsschakeling zodanig is ingericht, dat, wanneer een apparaat informatiebits over de informatiebus verzendt, de zendschakelaar voor het uitzenden van een "0"-puls wordt ingeschakeld gedurende een gedeelte van een informatie-bit-15 tijd dat groter is dan de helft van de informatie-bittijd en voor het uitzenden van een "l"-puls gedurende een gedeelte van de bittijd dattenminste een factor 2,1 korter is dan de pulsduur van een "0"-puls, en waarbij gedurende een HQ,r-of een "Impuls de informatiebus door de ingeschakelde zend-20 schakelaar op een logisch "UIT"-niveau wordt gebracht.

2. Communicatiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, de informatiebus een êênkanaalsbus is voor de seriële over-25 dracht van informatie.

3. Communicatiesysteem volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een besturingsschakeling zodanig is ingericht, dat indien 30 het gegevensverwerkend gedeelte van een apparaat informatie moet gaan verzenden, eerst een busaanvrage wordt uitgezonden, welke busaanvrage is gevormd met een startpuls welke een lengte heeft van ten minste 5 maal een informatiebittijd, en met ten minste êên adresbit dat een lengte heeft van ten 35 minste 1,5 maal een informatiebittijd.

4. Communicatiesysteem volgens een van de voorgaande conclusies, voor informatieoverdracht tussen apparaten met 800 2345 PHN 9737 18 gegevensverwerkende gedeelten met van elkaar verschillende nominale informatiebittijden, met het kenmerk, dat een apparaat met een kortere informatiebittijd uitzendt met 5 pulsen waarvan de lengten corresponderen met de eigen nominale informatiebittijd of met de langere nominale informatie-bittijd van een langzamer, ontvangend, apparaat.

5. Communicatiesysteem volgens conclusie 4, 10 met het kenmerk, dat een zendend apparaat aan het begin van een zendperiode een modussymbool uitzendt, dat is gevormd met ten minste êên modus-bit waarvan de bittijd ten minste 1,5 maal zo lang is als een informatiebittijd, waarbij het modussymbool aangeeft 15 met welke informatiebittijd het zendende apparaat vervolgens uitzendt.

6. Communicatiesysteem volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat 20 het modussymbool wordt uitgezonden na het startbit en voor het eerste adresbit.

7. Communicatiesysteem volgens een van de voorgaande conclusies, 25 met het kenmerk, dat een informatiebuskanaal is gevormd met twee onderling getwiste geleiders, welke geleiders door de zendschakelaars symmetrisch worden gestuurd.

8. Communicatiesysteem volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat een buskanaal zodanig is afgesloten, dat de stijgende en dalende flanken van uitgezonden pulsen, flanktijden hebben ten minste gelijk aan 0,5 microseconde.

9. Besturingsschakeling voor de koppeling van het gegevensverwerkend gedeelte van een apparaat aan een buskanaal van een communicatiesysteem volgens een van de voorgaan- 35 800 23 45 ► PHN 9737 19 de conclusies, met het kenmerk, dat de besturingsschakeling ten minste êên zendschakelaar bevat, welke zodanig met het buskanaal kan worden gekoppeld, 5 dat het buskanaal en de zendschakelaars van ten minste twee met het buskanaal gekoppelde apparaten een EN-schakeling vormen, en voorts een digitale poortschakeling bevat voor het vormen van een aantal pulsen voor een startbit, een modussymbool, adresbits, besturingsbits en /of informatiebits 10 met behulp van een klokgenerator, zodanig, dat een "0"-puls ten minste 2,1 maal langer is dan een "l"-puls, en een volg-ordeschakeling bevat voor het in de juiste volgorde opwekken van de pulsen.

10. Besturingsschakeling volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de besturingsschakeling voorts een ontvanggedeelte bevat voor de ontvangst van door een ander apparaat via de in-formatiebus verzonden informatie en voor de controle of de 20 door de zendschakelaar aan een buskanaal toegevoerde infor-matiepulsen niet door pulsen van een ander aan de informa-tiebus gekoppeld apparaat worden verstoord,

11. Apparaat met ten minste een digitaal gegevensver- 25 werkend gedeelte, voor koppeling aan een communicatiesysteem volgens een van de conclusies 1 tot en met 8, met het kenmerk, dat het apparaat een ingebouwde besturingsschakeling volgens conclusie 9 of 10 bevat. 30 8002345 35