DE2750818B2 - Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung mit einem Bus-System, das eine Busleitung, mindestens einen Taktimpulse abgebenden Taktgeber sowie mehrere an die Busleitung angeschlossene Teilnehmer mit einem Sende- und Empfangsteil umfaßt, die in einer vorbestimmten Abfolge in vorgegebener Kombination miteinander in datenübertragender Verbindung stehen, wobei die Abfolge sämtlicher vorgegebener Kombinatio ien der Teilnehmer während eines Zeitrahmens durchlaufen wird und für die Verbindung jeder Kombination ein Zeitschlitz innerhalb des Zeitrahmens zur Verfügung steht, in der

1) jeder Teilnehmer mindestens einen Zähler aufweist, dessen Zähleingang während eines Zeitrahmens fortlaufend bis zum Erreichen seiner Zählkapazität mit Taktimpulsen gespeist wird und der bei einer einprogrammierten Zahl mittels Schaltmitteln eine datenübertragende Verbindung zwischen der Busleitung und der Datenquelle oder -senke dieses Teilnehmers für die Dauer eines Zeitschiit- ^A0 zes herstellt;

2) die Zähler sämtlicher Teilnehmer miteinander synchronisiert sind;

3) die Zähler aller Teilnehmer vor Beginn eines nächsten Zeitrahmens beim Erreichen der für alle Zähler gleichen Zählkapazität auf Null gestellt werden.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 22 59 223 bekannt. Diese bekannte Anordnung dient insbesondere zur Verbindung von Einzelkomponenten allgemeiner Datenverarbeitungsanlagen, die verhältnismäßig weit auseinander liegen. Es sollen über einen einzigen Übertragungsweg zwischen jeweils zwei Einzelkomponenten Dateninformationen, weitere κ Steuersignale und Rückmeldesignale übertragen werden.

Diese Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß bei Ausfall des Zeitabschnittgebers die gesamte Datenübermittlung zwischen den Ein/-elkomponenten gestört ist. 6"

Diese Störungen können gefährliche Folgen haben, wenn beispielsweise die Schaltungsanordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung in Flugzeugen eingesetzt wirÜ

Es ist daher Au'gabe der Erfindung, eine Anordnung nach dem Oberbegriff üu schaffen, die die Zuverlässigkeit der zeitmull'plextsn Datenübertragung in einem Bus-System mit niedrigem zusätzlichem Aufwand beträchtlich zu erhöht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Teilnehmer einen Taktgeber umfaßt, und daß der Zähler jedes Teilnehmers so lange nicht mit vom Taktgeber erzeugten Taktimpulsen an seinem Zähleingang beaufschJagbar ist, bis der Zähler des langsamsten Teilnehmers zurückgestellt ist, der das Ende des Zeitrahmens bestimmt.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung werden unter Beibehaltung und möglichst unter Förderung der grundsätzlichen Vorzüge eines Bus-Systems die relative Zeitdauer verbessert, in der das Bus-System zur Übertragung der eigentlich nutzbaren Information zur Verfügung steht Diese relative Zeitdauer ist auf die Gesamtheit bezogen, die sich aus der Übertragungsdauer für die nutzbare Information und dem jeweils vorangehenden und gegebenenfalls nachfolgenden Zeitabschnitt zur Steuerung der Teilnehmer zusammensetzt Bei einer gegebenen Übertragungsgeschwindigkeit des Bus-Systems soll also die Transferleistung erhöht werden. Die Mitte) zur Steuerung der Teilnehmer sollen dabei möglichst einfach sein. — Zu den voranstehend erwähnten Vorzügen der Bus-Systeme, die bei der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erhalten und möglicherweise noch gefördert werden sollen, zählen ein gutes Degradationsverhalten, welches bedeutet, daß bei Ausfall eines Teilnehmers keine weiteren Teilnehmer <n Mitleidenschaft gezogen werden sollen, eine hohe Systemflexibilität die bedeutet, daß Teilnehmer hinzugefügt oder ausgetauscht werden können, ohne Verdrahtungsänderungen zu erfordern, eine hohe Zuverlässigkeit und Störsicherheit sowie einfache und zuverlässige Prüfbarkeit Für die hardwaremäßige Realisierung dieses Systems sollen möglichst kleine, leichte und billige Komponenten ausreichen.

Diese erfindungsgemäße Anordnung arbeitet nach dem Prinzip, daß die Adresse jedes Teilnehmers durch die Einprogrammierung einer Zahl in den programmierbaren Zähler vorgegeben wird, und daß dieser Zähler die Herstellung der datenübertragenden Verbindung zwischen der Datenquelle oder -senke dieses Teilnehmers und dem Bus-System herstellt, wenn der durch den Taktgeber mit Taktimpulsen gespeiste Zähler die einprogrammierte Zahl erreicht. Alle Zähler der Teilnehmer in dieser Anordnung werden gemeinsam durch Taktimpulse angesteuert und zählen somit gemeinsam hoch. Zwischen zwei Taktimpulsen erfolgt jeweils die Informationsübertragung zwischen dem sendenden Teilnehmer oder einer Gruppe sendender Teilnehmer einerseits sowie einem empfangenden Teilnehmer oder einer Gruppe empfangender Teilnehmer, deren Zähler durch Zählen der Taktimpulse die einprogrammierte Zahl erreicht hat Bei denjenigen Teilnehmern, bei denen der aktuelle Zählwert der einprogrammierten Zahl entspricht, wird also die Sendestufe oder die Empfangsstufe freigegeben, während in allen anderen Geräten keine Freigabe erfolgt. Zwischen dem freigegebenen sendenden Teilnehmer und dem freigegebenen empfangenden Teilnehmer bzw. der sendenden Gruppe oder empfangenden Gruppe von Teilnehmern kann nun zwischen zwei Taktimpulsen eine von den übrigen Teilnehmern ungestörte Datenübertragung stattfinden. Sobald der nächste Taktimpuls auftritt, wird die bisherige Verbindung zwischen den Teilnehmern abgeschaltet und eine neue Konstellation von Teilnehmern kann miteinander in datenübertragende Verbindung treten. Nach Erreichen einer vorgegebenen festen Zählkapazität, welche in der Regel der

Gesamtzählkapazität jedes einzelnen Zählers entspricht, stellen sich die Zähler selbst auf Null zurück. Die Zeitdauer zwischen zwei Rückstellungen der Zähler auf Null wird als Zeitrahmen bezeichnet. Innerhalb dieses Zeitrahmens werden sämtliche vorgegebenen Kombinationen datenübertragend miteinander verbundener Teilnehmer in vorgegebener Abfolge hergestellt. Für die Datenübertragung in einer Kombination steht ein Zeitabschnitt zwischen zwei Taktimpulsen zur Verfügung, der als Zeitschlitz bezeichnet wird. Zur zeitmultiplexen Datenübertragung ist also hier der Zeitrahmen in gleich große Zeitschlitze aufgeteilt.

Diese Anordnung zeichnet sich also dadurch aus, daß vor der Herstellung der datenübertragenden Verbindung in einer Kombination von Teilnehmern kein Adreß-Signal ausgesendet, empfangen und verarbeitet werden muß, das aus einer mehrstelligen binären Zahi besteht, vielmehr genügt vor der Herstellung der datenübertragenden Verbindung zwischen jener neuen, vorgegebenen Kombination von Teilnehmern ein einziger Taktimpuls. Die Busleitung steht, abgesehen von der Übertragung solcher kurzen Taktimpulse oder noch zu erörternder Synchronisationsimpulse, zur Übertragung der nutzbaren Information zur Verfügung.

Dieses System kann — bei weitgehender Dezentralisierung — mit einem einzigen zentralen Taktgeber für sämtliche Teilnehmer arbeiten, der seine Taktimpulse über die Busleitung überträgt. In besonders vorteilhafter Weise kann aber auch eine vollständig dezentrale Struktur nach diesem Prinzip realisiert werden, indem in jedem Teilnehmer ein eigener Taktgeber vorgesehen ist und für eine Synchronisierung der wirksam werdenden Taktimpulse gesorgt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann von minimal zwei Teilnehmern bis zu einer maximalen Teilnehmerzahl beliebig ausgebaut werden, die durch die Zählkapazität begrenzt ist. Die Anordnung ergibt auch ein gutes Degradationsverhalten, da der Ausfall eines Teilnehmers auf diesen beschränkt bleibt. Kosten, Gewicht und Volumen der Mittel zum Aufbau jedes Teilnehmers können gering gehalten werden und es ist möglich, diese Mittel direkt in die steuernden oder zu steuernden Bauelemente, wie z. B. Schalter, Lampen, Ventile und Schütze, einzubauen. Diese Mittel können durch einen einzigen Halbleiter-Chip realisiert werden. Die erfindungsgemäße Anordnung kann entsprechend den jeweiligen Zuverlässigkeitsanforderungen mehrfach vorgesehen werden, wobei parallel arbeitende Anordnungen asynchron betrieben werden können. Die Degradation der Anordnung und eine Fehlerortbestimmung sind durch eine Überwachungseinrichtung möglich, die wie jeder andere Teilnehmer an die Busleitung angeschlossen wird, deren Sollzustand überprüft und Fehler lokalisiert werden. Indem die Anordnung mehrfach vorgesehen wird, kann der Redundanzgrad entsprechend den Zuverlässigkeitsanforderungen eingestellt werden.

Durch die Ausgestaltung der Anordnung, daß in jedem Teilnehmer ein eigener Taktgeber vorgesehen ist, kann bei den getroffenen Maßnahmen eine vollkommen dezentrale Struktur realisiert werden, wobei die Anordnung trotzdem zeitlich exakt abgestimmt arbeiten kann, da auch bei teilweise fehlerhaften Zählvorgängen das Ende des Zeitrahmens jedesmal synchronisiert wird. Damit liegt der Beginn des nächsten Übertragungszyklus zwangsläufig fest

Im einzelnen kann diese Synchronisation vorteilhaft in einer Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung so getroffen werden, daß in jedem Teilnehmer mit einem Steuerausgang des Zählers Schaltmittel zur Erzeugung eines Zeitrahmen-Synchronisationsimpulses beim Zurückstellen auf Null verbunden sind, die über eine Sendeausgangsstufe mit der Busleitung verbunden sind, und daß die Busleitung über einen Detektor von Zeitrahmen-Synchronisationsimpulsen mit einem Rückstelleingang des Zählers und mit Taktübertragungsmitteln, die zwischen dem Taktgeber und dem Zähleingang

ίο des Zählers angeordnet sind, verbunden ist.

Bei dieser Anordnung erfolgt die Rückstellung des Zählers — oder des Sendeadressenzählers und des Empfangsadressenzählers — aller Teilnehmer so lange, bis der langsamste Teilnehmer die Aussendung des Zeitrahmen-Synchronisationsimpulses beendet hat. Während der Aussendung dieses Zeitrahmen-Synchronisationsimpulses ist auch die Verbindung zwischen dem Zähleingang der Zähler in allen Teilnehmern und dem Taktgeber unterbrochen, so daß diese Zähler nicht

bereits vor Beginn des nächsten Übertragungszyklus hochgezählt werden.

In einer weiter vorteilhaften Ausbildung der Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung ist der Taktgeber jedes Teilnehmers jeweils mit dem Taktgeber der anderen Teilnehmer derart synchronisierbar, daß der langsamste Teilnehmer das Ende jedes Zeitschlitzes bestimmt. Damit ist es möglich, ohne genaue und damit aufwendige Taktgeber, z. B. Quarz-Taktgeber, in jedem Empfänger auszukommen.

Im einzelnen wird die vorstehend genannte Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung vorteilhaft mit den Merkmalen ausgestaltet, daß in jedem Teilnehmer Schaltmittel zur Abgabe eines Zeitschlitz-Synchronisationsimpulses mit dem zweiten Steuerein-

Vi gang des Zählers verbunden sind, die über die Sendeausgangsstufe mit der Busleitung verbunden sind, und daß die Busleitung über einen Detektor des Zeitschlitz-Synchronisationsimpulses verbunden ist, derart, daß der langsamste Teilnehmer das Ende des Zeitschlitzes bestimmt.

Es wird also von allen Teilnehmern in jedem Zeitschlitz ein Zeitschlitz-Synchronisationsimpuls ausgesendet. Die Zeitschlitz-Synchronisationsimpulse werden von sämtlichen Teilnehmern mitgehört, da alle

•4 5 Teilnehmer ständig empfangsbereit sind. Entsprechend dem letzten Zeitschlitz-Synchronisationsimpuls wird die Anordnung für den nächsten Zeitschlitz neu synchronisiert.
In einer grundsätzlichen Ausführungsform der An-

w Ordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung sind die Mittel zur Adressierung jedes Teilnehmers so ausgestaltet, daß als Zähler der Sendeteil jedes Teilnehmers einer Sendeadressenzähler mit einem Zähleingang aufweist und der Empfangsteil jedes Teilnehmers einen Empfangsadressenzähler mit einem Zähleingang aufweist daß die Zähleingänge beider Zähler mit dem Taktgebei in Verbindung stehen und daß beide Zähler unabhängig voneinander programmierbar sind.

Durch diese Ausgestaltung wird eine möglichst große Freizügigkeit gewährleistet, in der die unterschiedlicher Kombinationen der in datenübertragende Verbindung tretenden Teilnehmer verwirklicht werden können. Die« geschieht dadurch, daß der Sendeadressenzähler auf die Zahl programmiert wird, bei deren Erreichen durch der Zählvorgang der Sendeteil mit dem Empfangstei desjenigen Teilnehmers oder derjenigen Teilnehmer ir einer Verbindung steht, in der die übertragenen Dater bis zur Datensenke geleitet werden, in die die gleiche

Zahl in die Empfangsadressenzähler einprogrammiert wurde. Der Sendeadressenzähler und der Empfangsadressenzähler sind dabei unabhängig voneinander programmierbar.

Die voranstehende Ausführungsform setzt aber voraus, daß die Anschlüsse (Pins) des Empfangsadressenzählers und des Sendeadressenzählers jedes Teilnehmers herausgeführt sind, um diese Zähler unabhängig voneinander programmieren zu können. Um diesen Aufwand herabzusetzen, ist in einer Weiterbildung der Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung vorgesehen, daß zur Zuordnung einer Sendeadresse sowie einer unmittelbar benachbarten Empfangsadresse nur Mittel zur Programmierung des Zählers auf eine Zahl vorgesehen sind und daß der Teilnehmer ferner Schaltmittel zur Zuordnung der Sendeadresse auf gerade Zahlen und der Ernpfangsadrcssc auf ungerade Zahlen oder umgekehrt umfaßt. — Unter Sendeadresse und Empfangsadresse werden hierbei diejenigen Zahlen verstanden, bei deren Erreichen durch Hochzählen des Zählers der Sendeteil bzw. der Empfangsteil eines Teilnehmers durchgeschaltet ist.

Bei der vorliegenden Variante ist es möglich, die Zahl der zur Programmierung vorgesehenen Anschlüsse auf fast die Hälfte zu reduzieren. Sind beispielsweise zur Programmierung einer von 256 Empfangsadressen 8 Pins erforderlich, die extern zugänglich sein müssen und für die Programmierung von 256 Sendeadressen die gleiche Anzahl von Pins, so beträgt die Gesamtzahl der für den Sendeadressenzähler und den Empfangsadressenzähler vorzusehenden Anschlüsse 16. Durch eine feste Zuordnung der Sende- und Empfangsadresse derart, daß beide benachbart sind, kann die notwendige Anzahl der Pins üuf 9 reduziert werden. Es ist jetzt nur noch ein Zähler beliebig extern programmierbar, während durch ein zusätzliches extern programmierbares Bit die Zuordnung der Sendeadresse auf gerade und der Empfangsadresse auf ungerade Zahlen bzw. umgekehrt erfolgt.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung mit mehreren an eine Busleitung angeschlossenen Teilnehmern, deren Sendeteil eine Sendeausgangsstufe aufweist, besteht darin, daß die Sendeausgangsstufe als offene Kollektor-Schaltung (Open-Collector-Schaltung) ausgeführt ist und daß die mit den Sendeausgangsstufen verbundene Busleitung über mindestens einen Widerstand, der an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, so daß alle Sendeausgangsstufen eine ODER-Verknüpfung bilden, geführt wird.

Diese Ausführungsform der Sendeausgangsstufe der Teilnehmer läßt ihre Integration in einem Halbleiter-Chip, einem MOS-Baustein, zu, ermöglicht eine einfache Synchronisation der Teilnehmer und die Durchführung logischer ODER-Verknüpfungen.

Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit der Ausführungsform, die Zeitschlitzsynchronisationsimpulse erzeugt. Dabei senden alle Teilnehmer gleichzeitig einen Zeitschlitzsynchronisationsimpuls, d. h. alle Transistoren der offenen Kollektor-Schaltung in den Sendeausgangsstufen werden durchgeschaltet Der Teilnehmer, der zuletzt abschaltet, bestimmt dabei den Zeitpunkt, zu dem der Signalpegel auf der Busleitung, an die die offenen Kollektor-Schaltungen angeschlossen sind, wieder den Zustand eines High-Signals (Η-Signal) annehmen und die Zähler freigeben. Entsprechendes gilt für die Zeitrahmen-Synchronisationsimpulse am Ende jedes Zeitrahmens, wobei der nächste Durchlauf bzw. der nächste Übertragungszyklus nach Beendigung des letzten Zeitrahmen-Synchronisationsimpulses erfolgt. Die offene Kollektor-Schaltung ergibt ferner die Möglichkeit, auf einfache Weise ohne zusätzliche Maßnahmen ODER-Verknüpfungen zu realisieren, um beispielsweise zwei von drei Teilnehmern zu gleicher Zeit als Sender zu betreiben und den dritten Teilnehmer als durchgeschalteten Empfänger, der im gleichen Zeitschlitz empfängt, in dem die Sender Daten abgeben.

In einer Weiterbildung der voranstehenden Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung sind die Sendeausgangsstufen der Teilnehmer über je einen Widerstand an die Busleitung angeschlossen.

Damit ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, daß auch bei Kurzschluß in einer oder mehreren Sendeausgangsstufen genügend Signalhub an der Busleitung entsteht, der von den als Empfänger wirkenden Teilnehmern ausgewertet werden kann.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist ferner vorteilhaft vorgesehen, daß als Busleitung eine zweiadrig geschirmte Leitung verwendet wird, daß eine Ader der Leitung unmittelbar mit einer Spannungsquelle verbunden ist und über mehrere parallelgeschaltete Widerstände mit der zweiten Ader verbunden ist, an die die Sendeausgangsstufen angeschlossen sind.

Die Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung hat in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung hinsichtlich des Empfangsteils jedes Teilnehmers die Merkmale, daß eine Empfangsschaltungsanordnung jedes Teilnehmers einen elektronischen Komparator mit einem Differenzverstärker sowie einem Spitzengleichrichter aufweist, daß ein erster Eingang des Differenzverstärkers des elektronischen Komparator sowie ein Eingang des Spitzengleiehrichters mit der Busleitung in Verbindung stehen und daß ein zweiter Eingang des Differenzverstärkers des elektronischen mit dem Ausgang des Spitzengleiehrichters über einen Spannungsteiler angeschlossen ist.

Diese Empfangsschaltungsanordnung hat den Vorteil, daß es möglich ist. Signale unterschiedlicher Höhe, die mit verschieden hohen Gleichspannungen auf der Busleitung überlagert sein können, sicher auszuwerten. Dazu wird die maximale Signalspannung der Busleitung mit Hilfe des Spitzengleiehrichters erfaßt. Aus dieser Spitzenspannung wird mit dem Spannungsteiler ein Referenzsignal für den Komparator gebildet, das in einen Eingang des Differenzverstärkers eingespeist wird. In den zweiten Eingang des Differenzverstärkers wird die Signalspannung der Busleitung direkt eingegeben. Damit kann die relative Höhe der Signalspannung ausgewertet werden. Diese Empfangsschaltungsanordnung arbeitet auch bei Kurzschlüssen mehrerer Sendeausgangsstufen einwandfrei.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung können mit der erfindungsgemäßen Anordnung nicht nur digitale sondern auch analoge Daten übertragen werden, und zwar dadurch, daß in Zeitschlitzen Impulse übertragen werden, deren Dauer analogwertabhängig ist Da die Erfassung der ihre Lage analogwertabhängig ändernden Impulsflanke insofern etwas Schwierigkeiten bereitet, als diese im allgemeinen eine durch die Übertragung auf der Leitung hervorgerufene Verzerrung aufweist, empfiehlt es sich, in zeitlichem Abstand zu dem den Analogwert beinhaltenden Impuls einen Referenzimpuls zu übertragen und beide einer daraus ein Verhältnis bildenden Stufe zuzuleiten, die der Auswertestufe vorgeschaltet ist Auf diese Weise

können die durch die Verzerrung der Impulsflanken entstehenden Fehler bei der Auswertung eliminiert werden. Als Referenzimpuls kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Impuls Verwendung finden, dessen Dauer der Komplementärwert der Dauer des den Analogwert beinhaltenden Impulses ist. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besieht darin, als Referenzimpuls einen solchen Impuls zu wählen, dessen Dauer 100% der maximal möglichen Dauer des den Analogwert übertragenden Impulses ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die grundsätzliche Struktur der Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung von Diskretsignalen, F i g. 2 ein Impulsdiagramm auf der Busleitung,

F i g. 3 das Blockschaltbild eines Teilnehmers,

Fig.4 zwei Teilnehmer bei fester Zuordnung von Sende- und Empfangsadresse,

F i g. 5 das Impulsdiagramm der beiden Teilnehmer nach F i g. 4,

F i g. 6 die Ausgangsstufen des Sendeteils dreier Teilnehmer,

F i g. 7 eine Abwandlung der Ausgangsstufen nach Fig. 6,

F i g. 8a, 8b, 8c drei Signalpegel auf der Busleitung in verschiedenen Kurzschlußfällen der Ausgangsstufen in Fig. 7,

Fig.9 Empfangsschaltungsanordnung zweier Teilnehmer,

F i g. 10 drei in der Art einer ODER-Verknüpfung gekoppelte Teilnehmer an einer Busleitung und

F i g. 11 ein Impulsdiagramm auf der Busleitung bei Übertragung eines Analogwertes.

In F i g. 1 ist eine Busleitung 1 mit fünf Teilnehmern A, B, C, D, E schematisch dargestellt. Die Teilnehmer sind zum Senden und Empfangen von Diskretsignalen eingerichtet, d. h., sie übertragen aktiv die Information »EIN« oder »AUS«. Hierzu besteht jeder Teilnehmer aus einem Empfangsteil, mit dem Diskretinformationen empfangen und zu einer Empfangsleitung durchgeschaltet werden können sowie aus einem Sendeteil, der zum Aussenden von Diskretinformationen in digitaler Form über eine Sendeleitung geeignet ist. Der Sende- und Empfangsteil werden noch weiter unten anhand von F i g. 3 näher erläutert Mit den Doppelpfeilen 2, 3, 4, 5 und 6 ist in F i g. 1 lediglich angedeutet, daß der Datenfluß von und zu jedem Teilnehmer erfolgen kann. Welche Teilnehmer dabei in Verbindung treten, d. h. die jeweilige Kombination der Teilnehmer und in welcher Abfolge solche Verbindungen aufgebaut werden, ergibt sich aus der Programmierung jedes einzelnen Teilnehmers in noch zu beschreibender ArL

Wie weiter anhand von Fig.2 erläutert wird, erzeugen alle an der Busleitung angeschlossenen Teilnehmer einen Zeitrahmen-Synchronisationsimpuls — Frame Synch. — an die sich eine Reihe 1 — π Zeitschlitze anschließen. Jeder Zeitschlitz ist zur Datenübertragung zwischen mindestens zwei vorbestimmten Teilnehmern vorgesehen. Zwischen zwei Zeitrahmen-Synchronisationsimpulsen wird also nacheinander allen. Teilnehmern Gelegenheit gegeben, miteinander in datenleitende Verbindung zu treten. Das Ende jedes Zeitschlitzes wird durch einen Zeitschlitz-Synchronisationsimpuls — Slot Synch. — auf der Busleitung angezeigt Zwischen zwei Zeitschlitz-Synchronisationsimpulsen bzw. zwischen dem ersten Zeitrahmen-Synchronisationsimpuls und dem folgenden Zeitschlitz-Synchronisationsimpuls erfolgt die Übertragung der interessierenden Diskretsignale in digitaler Form. In Fig.2 ist in dem ersten Zeitschlitz ein Diskretsignal L dargestellt, während in dem zweiten Zeitschlitz ein Diskretsignal 0 auftritt.
"■■ In F i g. 2 sind die relativ langen Zeitrahmen-Synchronisationsimpulse und die relativ kurzen Zeitschlitz-Synchronisationsimpulse: zur Hervorhebung schraffiert.

In F i g. 3 ist ein Teilnehmer mit einem Sendeteil und einem Empfangsteil dargestellt. Der Teilnehmer umfaßt

ίο einen Taktgenerator 7, der Impulse in einen Frequenzteiler 8 einspeist. Deir Taktgenerator und der Frequenzteiler bilden einen Taktgeber, der untersetzte Taktimpulse an seinem Ausgang 9 abgibt. Der Ausgang 9 ist an je einen Zähleingang 10 eines Sendeadressenzählers 11 und einen Zähleingang 12 eines Empfangsadressenzählers 13 angeschlossen. Je ein Rückstelleingang des Sendeadressenzähleirs und des Empfangsadressenzählers ist mit 13 bzw. 14 bezeichnet. Der Sendeadressenzähler ist durch Anschlüsse (Pins) 15 extern programmierbar in der Weise, daß beim Erreichen einer einprogrammierten Zahl durch Hochzählen des Sendeadressenzählers ein Signal an einem ersten Steuerausgang 16 auftritt. An einem zweiten Steuerausgang 17 erscheint ein Signal, wenn der Sendeadressenzähler auf Null zurückgestellt wird und außerdem zum Abschluß jedes Zeitschlitzes (vgl. F i g. 2).

In ähnlicher Weise wie der Sendeadressenzähler 11 ist der Empfangsadressenzähler 13 durch Anschlüsse 18 extern programmierbar. Der Empfangsadressenzähler hat hier nur einen ersten Ausgang 19,

Der von der Busleitung gespeiste Dateneingang des Teilnehmers beginnt mit einer Empfangsschaltungsanordnung 20, in der die Synchronisationsimpulse und Diskretsignale gewonnen werden, indem sie von einem auf der Busleitung vorliegenden Gleichspannungsanteil abgetrennt werden.

Von der Empfangsschaltungsanordnung geht eine Empfangsleitung 21 aus, auf der die zu nutzenden Diskretsignale erscheinen, sowie eine Leitung 22, von der die Synchronisationsimpulse entnommen werden. Hierzu ist die Leitung 22 an einen Detektor 23 der Synchronisationsimpulse angeschlossen. Von dem Ausgang 24 des Detektors 23 führt eine Leitung zu einem Detektor 25 zur Erkennung der Zeitrahmen-Synchronisationsimpulse, dessen Ausgang mit 26 bezeichnet ist Von dem Ausgang 26 sind Leitungen zu den Rückstelleingängen 13' und 14 geführt, außerdem eine Leitung zu einem Eingang eines Logikelements 27, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang 24 des

so Detektors 23 verbunden ist. Der Ausgang des Logikelements ist an einen Steuereingang 28' des Frequenzteilers 8 angeschlossen, derart, daß beim Auftreten von Zeitschlitz-Synchronisationsimpulsen oder Zeitrahmen-Synchronisationsimpulsen die Abgabe von Taktimpulsen an dem Ausgang 9 des Frequenzteilers 8 unterbrochen wird.

Dadurch ist es möglich, den Taktgeber 7, 8 mit Synchronisationsimpulsen auf der Busleitung zu synchronisieren, so daß der Taktgenerator relativ ungenau arbeiten darf und daher relativ wenig aufwendig ohne Quarz aufgebaut sein kann.

Zur Abgabe der Synchronisationsimpulse ist der zweite Steuerausgang 17 des Sendeadressenzählers über eine Schaltungsanordnung 28 zur Zeitschlitz-Synchronisationsimpulserzeugung und eine Schaltungsanordnung 29 zur Zeitrahmen-Synchronisationsimpulserzeugung an einen Steuereingang 30 einer Sendeausgangsstufe 31 angeschlossen.

Die Sendeausgangsstufe 31 steht weiter über einen Eingangsspeicher 32 mit einer nicht dargestellten Datenquelle für Diskretsignalc in Verbindung.

Die Empfangsleitung 21 ist über ein UND-Glied 33, an das eingangsseitig die Empfangsleitung und der erste Steuerausgang 19 angeschlossen sind, zu einem Speicher 34 geführt, in dem die von der Busleitung übermittelten Diskretsignale einspeicherbar sind. Der Speicherausgang 35 steht über eine Ausgangsstufe 36 mit einer Datensenke der Diskretsignale in Verbindung.

Der Empfangsteil des Teilnehmers besteht also im wesentlichen aus der Empfangsschaltungsanordnung 20, aus den Detektoren 23 und 25, aus dem Empfangsadressenzähler 13 und dem Speicher 34 mit Ausgangsstufe 36. Der Sendeteil des Teilnehmers hat im wesentlichen den Sendeadressenzähler 11 mit Schaltungsanordnungen 28, 29 zur Zeitschiitz-Synchronimpulserzeugung und Zeitrahmen-Synchronimpulserzeugung sowie die Sendeausgangsstufe 31, die durch die Schaltungsanordnungen 28 und 29 und einen Eingangsspeicher 32 gesteuert wird.

An eine Busleitung 1 in F i g. 1 sind also mindestens zwei bis zu 256 oder maximal 512 Teilnehmer gemäß I- i g. 3 vorgesehen, bei denen die Signalverarbeitung in einem einzigen MOS-Chip erfolgt.

Die Sendeadresse der gesendeten Funktion (Quellenadresse) wird durch einen bestimmten Zeitschlitz innerhalb eines festen Zeitrahmens zwichen zwei Zeitrahmen-Synchronisationsimpulsen (F i g. 2) bestimmt Jeder Teilnehmer sendet hierin alle 100 ms in seinem Zeitschlitz eine Information. Die jeweiligen Zeitschlitze werden durch Programmierung über die Anschlüsse 15 an dem Sendeadressenzähler festgelegt. Erreicht der Sendeadressenzähler den vorgegebenen Zeitschlitz, so wird über seinen Steuerausgang 16 die Aussendung der in dem Eingangsspeicher 32 gespeicherten Diskretinformation durch die Sendeausgangsstufe 31 veranlaßt

Die Sendeausgangsstufe 31 sendet außerdem zum Ende des Zeitschlitzes nach Maßgabe der Schaltungsanordnung 28 einen Zeitschlitz-Synchronisationsimpuls und zum Abschluß des Zeitrahmens, veranlaßt durch die Schaltungsanordnung 29, einen Zeitrahmen-Synchronisationsimpuls. Die Zeitrahmen-Synchronisationsimpulse werden von allen Teilnehmern gleichzeitig jeweils nach Beendigung eines Durchlaufs gesendet. Die in dem Detektor 25 erkannten Synchronisationsimpulse veranlassen die Rückstellung des Sendeadressenzählers und Empfangsadressenzählers und unterbinden das Aufzählen in diesen Zählern bis zum Ende des letzten Zeitrahmen-Synchronisationsimpulses. Sämtliche Zähler der Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung werden insofern synchron betrieben. Um auch bei relativ ungenauen Taktgebern 7, 8 in allen Zählern synchron hochzuzählen, wird der Zeitschlitz-Synchronisationsimpuls verwendet, der ebenfalls gleichzeitig von allen Teilnehmern gesendet wird, und zwar in jedem Zeitschlitz. Da zu jeder Zeit alle Teilnehmer über die Empfangsschaltung 20 und den Detektor 23 empfangsbereit sind, wird über das Logikelement 27 auch innerhalb des Zeitrahmens eine Synchronisation der Zähler vorgenommen.

Damit jeder Teilnehmer mit seinem Empfangsteil die für ihn bestimmte Information empfangen kann, ist auch eine bestimmte Empfangsadresse programmierbar, und zwar über die Anschlüsse 18.

Eine Verringerung der insgesamt aus den Zählern herauszuführenden Anschlüsse zur Programmierung ist durch eine feste Zuordnung der Sende- und Empfangsadressen in der Weise möglich, daß beide jeweils benachbart sind und daß durch ein zusätzliches Bit die Zuordnung der Sendeadresse auf gerade und der Empfangsadresse auf ungerade Zahlen bzw. umgekehrt erfolgt. In diesem Fall kann die Anzahl der notwendigen Pins auf 9 reduziert werden. — Eine dabei auftretende Verbindung zwischen zwei Teilnehmern ist in Fig.4 und 5 dargestellt. In vorliegendem Fall sendet der Sendeteil des Teilnehmers A in dem geraden Zeitschlitz 8, während der Empfangsteil des Teilnehmers B in dem gleichen Zeitschlitz die Empfangsleitung durchschaltet. Daran anschließend sendet der Sendeteil des Teilnehmers B in dem ungeraden, benachbarten Zeitschlitz 9, währenddessen der Empfangsteil des Teilnehmers A seine Empfangsleitung durchgeschaltet hat. — Entsprechende zeitliche Impulsdiagramme für zwei Teilnehmer i und Ii sind in Fig.5 dargestellt. Hierin ist davon ausgegangen, daß der Teilnehmer I die Quelladresse 1 und die Empfangsadresse 2 hat, während dem Teilnehmer II die Quelladresse 2 und die Empfangsadresse 1 zugeordnet sind. Diese Zuordnung der Sende- und Empfangsadresse ist vor allem dann sinnvoll, wenn auf die gesendete Information eine Rückmeldung erfolgen soll, wie es z. B. in Luftfahrzeugen sehr häufig vorkommt.

F i g. 6 zeigt die Ausgangsstufen des Sendeteils dreier Teilnehmer, die als offene Kollektor-Schaltung mit den Transistoren 38,39,40 ausgeführt sind. Die Kollektoren dieser Transistoren si ad an eine Ader 41 der Busleitung angeschlossen. Eine zweite Ader 42 der Busleitung, die mit einer Betriebsspannungsquelle in Verbindung steht, ist mit der ersten Ader über zwei Widerstände R gekoppelt. Beide Adern liegen innerhalb einer Abschirmung 43. Durch die offene Kollektor-Schaltung bestimmt bei der im wesentlichen gleichzeitigen Aussendung der Synchronisationsimpulse, bei der alle Transistoren durchgeschaltet sind, der Teilnehmer, der zeitlich zuletzt abschaltet, den Zeitpunkt, zu dem der Signalpegel auf der Ader 41 wieder die Höhe eines Η-Signals annimmt. Damit wird der Zeitpunkt der Freigabe der Zähler in den Teilnehmern bestimmt. Außerdem können mit dieser Schaltung der Transistoren logische Verknüpfungen vorgenommen werden, die zu F i g. 10 erläutert werden.

Entsprechend F i g. 7 sind die Sendeteile mit den Transistoren 38,39,40 über je einen Widerstand 44,45, 46 an die Ader 41 angeschlossen. Dabei ergeben sich die in F i g. 8a - 8c dargestellten Signalpegel auf der Ader 41. Der Signalpegel nach Fig.8a ist dabei dem Normalfall zugeordnet, daß Teilnehmer A sendet und die Teilnehmer B und C empfangen. Im Kurzschlußfall nach F i g. 8b ist A im Kurzschluß, während B sendet und Cempfängt Im Kurschlußfall nach F i g. 8c sind A und B kurzgeschlossen und Cempfängt Auch im letztgenannten Fall ist noch ein einwandfreier Empfang möglich.

In F i g. 9 sind identische Empfangsschaltungsanordnungen zweier Teilnehmer mit 47 bezeichnet Diese Empfangsschaltungsanordnung umfaßt im wesentlichen einen Spitzengleichrichter 48 und einen Komparator 49. Der Spitzengleichrichter wird durch einen über einen Verstärker 50 mit der Ader 41 verbundenen Gleichrichter 51 gebildet, der auf einen Kondensator 52 wirkt Der Kondensator steht mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 53 in Verbindung, und zwar über einen Spannungsteiler 54, 55, während ein zweiter Eingang des Differenzverstärkers 53 ebenfalls mit der Ader 41 in Verbindung steht Aus der Spannung des Spitzengleichrichters wird über den Spannungsteile: ein Referenz-

signal für den Komparator gebildet, so daß Signale unterschiedlicher Höhe, die in der Ader 41 außerdem mit unterschiedlichen Gleichspannungen überlagert sein können, durch den Komparator 53 sicher ausgewertet werden. Die Daten-Signale stehen dabei an dem Ausgang 56 des Differenzverstärkers 53 an.

Durch die beschriebene offene Kollektorschaltung ergibt sich ferner die Möglichkeit, ohne weiteres ODER-Verknüpfungen zu realisieren. In Fig. 10 sind drei in dieser Weise verknüpfte Teilnehmer A, B, C gezeigt Dabei sind die Sendeadressen der Teilnehmer A und B sowie die Empfangsadresse des Teilnehmers C gleich. Dies bedeutet, daß die Teilnehmer A und B im gleichen Zeitschlitz senden, in dem der Teilnehmer C beide ausgesendeten Diskretsignale empfangen kann. Es ist also eine ODER-Verknüpfung hergestellt

Die Übertragung von Analogwerten erfolgt durcn Impulse 57, deren Dauer analogwertabhängig moduliert sind und die wie die anderen Impulse in den einzelnen Zeitschlitzen ausgesandt bzw. empfangen werden. Um die bei der Übertragung entstehende Verzerrung dei Impulsflanke, die zu Fehlern bei der Auswertung fahren kann, bei der Auswertung zu eliminieren, wird in einem der folgenden oder vorausgegangenen Zeitschlitze eir Referenzimpuls übertragen und nach der Übertragung aus dem Referenzimpuls 58 und dem Impuls 57 eir Verhältnis gebildet, wodurch die Impulsflankenverzer rung nicht in die eigentliche Impulsauswertung eingeht Bei dem gewählten Beispiel stellt die Dauer de; Referenzimpulses 58 den Komplementärwert zun Analogwert übertragenden Impuls 57 dar.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung mit einem Bus-System, das eine Busleitung, mindestens einen Taktimpuls abgebenden Taktgeber sowie mehrere an die Busleitung angeschlossene Teilnehmer mit einem Sende- und Empfangsteil umfaßt, die in einer vorbestimmten Abfolge in vorgegebener Kombination miteinander in daten- :<> übertragender Verbindung stehen, wobei die Abfolge sämtlicher vorgegebener Kombinationen der Teilnehmer während eines Zeitrahmens iiurchlaufen wird und für die Verbindung jeder Kombination ein Zeitschlitz innerhalb des Zeitrahmens zur Verfügung steht, in der

1) jeder Teilnehmer mindestens einen Zähler aufweist, dessen Zähleingang während eines Zeitrahmens fortlaufend bis zum Erreichen seiner Zählkapazität mit Taktimpulsen gespeist wird und der bei einer einprogrammierten Zahl mittels Schaltmitteln eine datenübertragende Verbindung zwischen der Busleitung und der Datenquelle oder -senke dieses Teilnehmers für die Dauer eines Zeitschlitzes herstellt; -⁵

2) die Zähler sämtlicher Teilnehmer miteinander synchronisiert sind;

3) die Zähler aller Teilnehmer vor Beginn eines nächsten Zeitrahmens beim Erreichen der für _!0 alle Zähler gleichen Zählkapazität auf Null gestellt werden;

dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilnehmer (A, B, C) einen Taktgeber (7, 8) umfaßt und daß der Zähler (11 bzw. 13) jedes Teilnehmers so lange nicht mit vom Taktgeber erzeugten Taktimpulsen an seinem Zähleingang (10 bzw. 12) beaufschlagbar ist, bis der Zähler des langsamsten Teilnehmers zurückgestellt ist, der das Ende des Zeitrahmens bestimmt. ίο

2. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Teilnehmer mit einem zweiten Steuerausgang (17) des Zählers (11) Schaltmittel (29) zur Erzeugung eines Zeitrahmen-Synchronisationsim- **> pulses beim Zurückstellen auf Null verbunden sind, die über eine Sendeausgangsstufe (31) mit der Busleitung (1) verbunden sind, und daß die Busleitung über einen Detektor (25) von Zeitrahmen-Synchronisationsimpulsen mit einem Rückstelleingang (13 bzw. 14) des Zählers und mit Taktübertragungsmitteln (Frequenzteiler 8) zu dem Zähleingang des Zählers verbunden ist.

3. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (7, 8) jedes Teilnehmers mit jeweils den Taktgebern der anderen Teilnehmer derart synchronisierbar ist, daß der langsamste Teilnehmer das Ende jedes Zeitschlitzes bestimmt. &o

4. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Teilnehmer (A, B, C) Schaltmittel zur Abgabe eines Zeitschlitz-Synchronisationsimpulses mit dem zweiten Steuerausgang (17) des Zählers verbunden sind, die über die Sendeausgangsstufe mit der Busleitung (11) verbunden sind, und daß die Sendeausgangsstufen durch eine ODER-Verknüpfung mit der Busleitung verbunden sind, derart, daß der langsamste Teilnehmer das Ende des Zeitschlitzes bestimmt

5. Anordnung zur zeitmultipiexen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Zähler der Sendeteil jedes Teilnehmers einen Sendeadressenzähler (11) mit einem Zähleingang (10) aufweist und der Empfangsteil jedes Teilnehmers einen Empfangsadressenzähler (13) mit einem Zähleingang (12) aufweist, daß die Zähleingänge beider Zähler mit dem Taktgeber (7,8) in Verbindung stehen, und daß beide Zähler voneinander programmierbar sind.

6. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuordnung einer Sendeadresse sowie einer unmittelbar benachbarten Empfangsadresse nur Mittel (Anschlüsse 15) zur Programmierung des Zählers (11) auf eine Zahl vorgesehen sind, und daß der Teilnehmer ferner Schaltmittel zur Zuordnung der Sendeadresse auf gerade Zahlen und der Empfangsadresse auf ungerade Zahlen oder umgekehrt umfaßt.

7. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit mehreren an eine Busleitung angeschlossenen Teilnehmern, deren Sendeteil eine Sendeausgangsstufe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeausgangsstufe als offene Kollektor-Schaltung ausgeführt ist, und daß die mit den Sendeausgangsstufen verbundene Busleitung einen Widerstand (R) an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, so daß alle Sendeausgangsstufen eine ODER-Verknüpfung bilden (F ig. 6).

8. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeausgangsstufen der Teilnehmer über je einen Widerstand (44,45,46) an die Busleitung (Ader 41) angeschlossen sind (Fig. 7).

9. Anordnung zur zeitmultipiexen Datenübertragung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Busleitung eine zweiadrige geschirmte Leitung vorgesehen ist, daß eine Ader (42) der Leitung unmittelbar mit einer Spannungsquelle verbunden ist und über mehrere parallelgeschaltete Widerstände (R) mit der zweiten Ader (41) verbunden ist, an die die Sendeausgangsstufen (Transistoren 38,39,40) angeschlossen sind.

10. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Empfangsschaltungsanordnung jedes Teilnehmers einen elektronischen Komparator (49) mit einem Differenzverstärker (43) sowie einen Spitzengleichrichter (48) aufweist, daß ein erster Eingang des Differenzverstärkers des Komparators sowie ein Eingang des Spitzengleichrichters mit der Busleitung (Ader 41) in Verbindung stehen, und daß ein zweiter Eingang des Differenzverstärkers des elektronischen Komparators an dem Spitzengleichrichter über einen Spannungsteiler (54,55) angeschlossen ist.

11. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Zeitschlitzen Impulse (57) übertragbar sind, deren Dauer analogwertabhängig ist.

12. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß in zeitlichem Abstand zu dem den Analogwert beinhaltenden impuls (57) ein Referenzimpuls (58) übertragbar ist, die beide einer daraus ein Verhältnis bildenden Stufe zugeleitet werden.

13. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenübertragung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzimpuls (58) ein Impuls vorgesehen ist, dessen Dauer der Komplementärwert der Dauer des den Analogwert beinhaltenden Impulses (57) ist.

14. Anordnung zur zeitmultiplexen Datenüberiragung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzimpuls (58) ein Impuls vorgesehen ist, dessen Dauer 100% der maximal möglichen Dauer des den Analogwert beinhaltenden Impulses (57) ist is