WO1995027944A2 - Process of serial transmission of data - Google Patents

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WO1995027944A2
WO1995027944A2 PCT/EP1995/001380 EP9501380W WO9527944A2 WO 1995027944 A2 WO1995027944 A2 WO 1995027944A2 EP 9501380 W EP9501380 W EP 9501380W WO 9527944 A2 WO9527944 A2 WO 9527944A2
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    • G05B2219/1215—Master slave system

Definitions

  • the invention relates to a method for serial data transmission between two or more stations exchanging data with one another, at least one station functioning as a master station and at least one further station functioning as a slave station, all of which are connected to one another by two or more transmission channels, at least one Transmission channel as a data channel for the transmission of the data and another transmission channel as a clock channel for the transmission of a clock signal are provided.
  • the serial transmission of data over longer distances gains an ever greater cost advantage compared to parallel data transmission as the distance between the communication partners increases.
  • the aim of the invention is to make serial data transmission feasible even for communication partners with a low maximum switching frequency.
  • the master station generates a change of state in any direction in the clock channel for data transmission in each cycle and at the same time switches the data channel to the state that corresponds to the date to be transmitted, the independence of the interpretation of the transmitted data from the state of the clock channel being thereby guaranteed, that the data is identified only via the state of the data channel.
  • the master station For transmission psychronization, the master station generates a state change in any direction in at least one data channel in one cycle, while the current state of the clock channel is retained only in such a synchronization cycle, which can take place in any transmission cycle and in each case the start of a new data sequence and signals the end of a previous data sequence. 3.
  • the current transmission can be aborted in each cycle by a transmission synchronization and re-initiated.
  • the slave station After the slave station has recognized a new transmission cycle by detecting a change in state in the clock channel, the slave station switches the SM data channel to the state that corresponds to the date to be transmitted from the slave station to the master station.
  • the slave station If the slave station has detected transmission synchronization, it switches the control of the SM data channel to passive.
  • the master station reads in the new status of the SM data channel.
  • each slave station receives an individual address on said bus, which the master station sends first after each transmission synchronization.
  • Which slave station is to be operated next can be determined in the master station by a fixed sequence or by a priority control.
  • a communication data field and a pointer to this data field are created in the master station for each slave station and each data flow direction. 2.
  • a data field and a pointer are created in the slave station for the receive data and the return data.
  • the pointers in the selected slave station and the assigned pointers in the master station are reset after the slave station has been re-addressed.
  • the address is followed by 1-bit data type information, which determines whether the subsequent data is completely new data or the continuation of a previously interrupted data transmission.
  • the pointers in the communication data fields are not reset in the master station and in the slave station and the data is transferred from the current data pointer positions.
  • a priority controller can interrupt the current data transmission in each cycle in order to carry out a new data transmission to another, higher-priority slave station.
  • the address or the data type information is followed by information internal to the slave station, which specifies the destination for the transmission data within the slave stations.
  • the bit following the transmission synchronization remains unused.
  • bit following the transmission synchronization is used for special purposes.
  • the current communication can be interrupted by communication with another slave in order to continue with the interrupted communication after the interrupting communication has been completed.
  • Any new communication can be interrupted.
  • the new procedure does not set any limits for the interleaving depth. It is also possible to install a priority control for operating the slave on the master.
  • the data transmission to the slaves is neither tied to a rigid sequence in the operation of the slaves, nor to the fact that the communication to the z. Currently operated slave must first be completely processed before a higher prioritized slave can be operated.
  • Fig. 3 shows the transmission synchronization with which a new data sequence is displayed
  • Fig. 4 shows the timing of data transmission in both directions, the slave sending the received data back to the master.
  • the states or the state transitions of the transmission channels are preceded by the letter D for the data channel and the letter C for the clock channel.
  • Fig. 1 shows the temporal relationship of the changes in the data and the clock channel.
  • the transitions of the states are shown as ramps, because in addition to different switching times of the transmitting elements, they cannot become as steep as desired due to their finite switching times as well as ohmic, capacitive and inductive parameters of the transmission channel.
  • the result is a window (tw), the left limit of which is determined by the first change in the data or clock channel and the right limit by the associated last change in the data or clock channel.
  • the states in the data and clock channels can be regarded as stable (tk).
  • the minimum value for (tw) is the maximum value from ⁇ (tl), (t2), (t5), (t6), .... ⁇ .
  • (tk) should be at least as large as (tw).
  • the desired maximum transmission speed defines the size for (tz), where (tz) min is the sum of (tw) and (tk). If the transmission system is tuned to a specific (tz), (tk) and thus (tz) may also be longer in any cycle; during the transmission, the transmission speed can therefore be varied as desired below the maximum transmission speed.
  • a special feature of the invention is that only one change of state on the clock and data line takes place simultaneously for each data value transferred, that is, only one switching cycle is required for each data value transferred, and that the length of the pauses between two switching cycles can be as long as desired.
  • 2 symbolically shows the independence of the interpretation of the transmitted data from the state of the clock channel; only the state of the data channel is used for data identification.
  • Signals of different polarity can be sent on the clock channel, which is to be made clear by the two opposite signal cycles in FIG. 2.
  • the master station has to inform the slave station of the start of a new data sequence by means of synchronization information which is not contained in the normal data transmission, which also ends the previously transmitted data sequence.
  • synchronization information is shown schematically in FIG. 3.
  • the transmission synchronization is achieved due to a violation of the transmission agreement (Fig. 1 and 2).
  • This clear synchronization information is a change of state in the data channel without a corresponding change of state in the clock channel.
  • This new transmission method is completely transparent to the data to be transmitted.
  • the number of bits transmitted between two synchronization information items is optional and is shown in all drawings with the respective number of data bits for illustration purposes only.
  • Data transmission from a master to a slave via only one data channel (DS) has previously been described.
  • the number of bits transmitted is identical to the number of status changes in the clock channel.
  • a second data channel (DR) is set up for data transmission from a slave to the master, since bidirectional use of the one data channel requires additional protocol effort. This would reduce the proportion of changes of state that can be used for data transmission.
  • both master and slave can completely process all of their own communication activities for the transmission of a bit in one cycle, with the cycles being interleaved:
  • the master reads from (DR) the slave's response date to be assigned to its last clock change and also generates its new transmission date with the associated new clock change on (DS).
  • DR new transmission date
  • DS new clock change on
  • tw the slave reads the date sent by the master and at the same time generates its return date on (DR).
  • the maximum data throughput is determined by the maximum switching frequency of the slowest system component. If the data throughput that can be achieved in this way is unacceptably low, the user can also provide more than one data channel; the data throughput increases accordingly at the same switching frequency.
  • PLCs are used in industrial control technology to control the execution of processes. These PLCs are connected to sensors and actuators with which the actions at the destination of the event are controlled and influenced. Each sensor and each actuator has its own connection line to the PLC. This results in a considerable amount of wiring for complex processes.
  • the programmer of the PLC determines the sequence of the individual actions in the control program. This works in an endless loop with the steps:
  • the PLC is the master. It can read a bit from a sensor in each loop pass and send a bit to an actuator.
  • the I / O ports of the PLC can be used for data and clock channels; there are no additional hardware costs on the PLC side.
  • An interface is required on the sensor / actuator side that makes the transmitted data available again in parallel. These interfaces can also be part of the sensors / actuators.

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Abstract

The invention pertains to a process of serial transmission of data between two or more linked stations, with at least one station working as master station and at least one other station working as slave station, all of these stations being linked to one another by two or more transmission channels, with at least one transmission channel serving as data channel for the transmission of the data and another transmission channel serving as clock channel for the transmission of a clock pulse. The essence of the invention consists in the following features: to transmit data the master station generates in each cycle in the clock channel a status change in any direction and at the same time switches the data channel into the status corresponding to the datum to be transmitted, the data being identified solely through the status of the data channel, thus ensuring that the transmitted data is interpreted independently of the status of the clock channel; to synchronize transmission the master station generates a status change in any direction in at least one data channel in a cycle, while the current status of the clock pulse remains the same only in such a synchronization cycle - this can be done in any transmission cycle, thus signaling the beginning of a new data sequence and the end of the previous data sequence. In any cycle the current transmission can be interrupted by a transmission synchronization and reinitiated. The process as per the invention can be used advantageously where previously serial transmission of data was desirable because of its cost advantages but could not be used because the operating speed of the system components was too low.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Verfahren zur seriellen DatenübertragungSerial data transmission method
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur seriellen Datenübertragung zwischen zwei oder mehreren miteinander Daten austauschenden Stationen, wobei mindestens eine Station als Master-Station und mindestens eine weitere Station als Slave-Station arbeitet, die alle durch zwei oder mehr Übertragungskanäle miteinander verbunden sind, wobei mindestens ein Übertragungskanal als Datenkanal für die Übertragung der Daten und ein anderer Übertragungskanal als Taktkanal für die Übertragung eines Taktsignals vorgesehen sind.The invention relates to a method for serial data transmission between two or more stations exchanging data with one another, at least one station functioning as a master station and at least one further station functioning as a slave station, all of which are connected to one another by two or more transmission channels, at least one Transmission channel as a data channel for the transmission of the data and another transmission channel as a clock channel for the transmission of a clock signal are provided.
Ein System mit ähnlicher Arbeitsweise ist in der Druckschrift EP 00 51 332 AI angegeben. Bei diesem bekannten System ist es zwingend, keinen gleichzeitigen Wechsel im Takt- und Datenkanal erfolgen zu lassen; das Taktsignal hat eine Zustandswechselhäufigkeit, die mindestens das Doppelte der Zustandswechselhäufigkeit des Datensignals aufweist. Damit ergibt sich für verschiedene Anwendungszwecke eine Beschränkung im realisierbaren Datendurchsatz. Das bekannte System hat außerdem den Nachteil, daß es zur Bildung des Start- und des Stoppsignals erforderlich ist, daß sowohl Takt- als auch Datenleitung zuvor einen festgelegten Zustand aufweisen müssen.A system with a similar method of operation is specified in EP 00 51 332 AI. In this known system it is imperative not to allow a simultaneous change in the clock and data channel; the clock signal has a state change frequency which is at least twice the state change frequency of the data signal. This results in a limitation in the realizable data throughput for different application purposes. The known system also has the disadvantage that, in order to form the start and stop signals, it is necessary for both clock and data lines to have a predetermined state beforehand.
Die serielle Übertragung von Daten über größere Strecken gewinnt mit zunehmender Distanz der Kommunikationspartner einen immer größeren Kostenvorteil gegenüber der parallelen Datenübertragung. Ziel der Erfindung ist es, auch für Kommunikationspartner mit niedriger maximaler Schaltfrequenz eine serielle Datenübertragung realisierbar zu machen.The serial transmission of data over longer distances gains an ever greater cost advantage compared to parallel data transmission as the distance between the communication partners increases. The aim of the invention is to make serial data transmission feasible even for communication partners with a low maximum switching frequency.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die folgenden Maßnahmen gelöst:According to the invention, this object is achieved by the following measures:
1. Die Master-Station generiert zur Datenübertragung in jedem Zyklus im Taktkanal einen Zustandswechsel beliebiger Richtung und schaltet zugleich den Datenkanal in den Zustand, der dem zu übertragenen Datum entspricht, wobei die Unabhängigkeit der Interpretation der übertragenen Daten vom Zustand des Taktkanals dadurch gewährleistet ist, daß die Datenidentifikation lediglich über den Zustand des Datenkanals erfolgt.1. The master station generates a change of state in any direction in the clock channel for data transmission in each cycle and at the same time switches the data channel to the state that corresponds to the date to be transmitted, the independence of the interpretation of the transmitted data from the state of the clock channel being thereby guaranteed, that the data is identified only via the state of the data channel.
2. Zur Übertragungssychronisation generiert die Master-Station in einem Zyklus einen Zustandswechsel in beliebiger Richtung in mindestens einem Datenkanal, während ausschließlich in einem solchen Synchronisationszyklus der aktuelle Zustand des Taktkanals erhalten bleibt, was in jedem beliebigen Übertragungszyklus erfolgen kann und jeweils den Beginn einer neuen Datenfolge und das Ende einer bisherigen Datenfolge signalisiert. 3. Die aktuelle Übertragung kann in jedem Zyklus durch eine Übertragungssynchronisation abgebrochen und wieder neu eingeleitet werden.2. For transmission psychronization, the master station generates a state change in any direction in at least one data channel in one cycle, while the current state of the clock channel is retained only in such a synchronization cycle, which can take place in any transmission cycle and in each case the start of a new data sequence and signals the end of a previous data sequence. 3. The current transmission can be aborted in each cycle by a transmission synchronization and re-initiated.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind folgende Maßnahmen vorgesehen:After a further development of the invention, the following measures are provided:
1. Für die Datenübertragung von einer Slave-Station zu einer Master-Station steht zusätzlich mindestens ein weiterer Datenkanal zur Verfügung (Slave-Master-Datenkanal = SM- Datenkanal).1. At least one additional data channel is also available for data transmission from a slave station to a master station (slave-master data channel = SM data channel).
2. Nachdem die Slave-Station durch die Detektion eines Zustandwechsels im Taktkanal einen neuen Übertragungszyklus erkannt hat, schaltet die Slave-Station den SM-Datenkanal in den Zustand, der dem von der Slave-Station zu der Master- Station zu übertragenden Datum entspricht.2. After the slave station has recognized a new transmission cycle by detecting a change in state in the clock channel, the slave station switches the SM data channel to the state that corresponds to the date to be transmitted from the slave station to the master station.
3. Wenn die Slave-Station eine Übertragungssynchronisation detektiert hat, schaltet sie die Steuerung des SM-Datenkanals passiv.3. If the slave station has detected transmission synchronization, it switches the control of the SM data channel to passive.
4. Bei jeder Generierung eines Übertragungszyklus liest die Master-Station den neuen Zustand des SM-Datenkanals ein.4. Each time a transmission cycle is generated, the master station reads in the new status of the SM data channel.
Erfindungsgemäß ist es auch, daß die folgenden Maßnahmen vorgesehen sind:It is also according to the invention that the following measures are provided:
1. Mehrere Slave-Stationen werden busförmig, d.h. parallel an einer Master-Station betrieben.1.Several slave stations become bus-shaped, i.e. operated in parallel on a master station.
2. Um die Slave-Stationen eindeutig identifizieren zu können, erhält jede Slave-Station an dem besagten Bus eine individuelle Adresse, die die Master-Station nach jeder Übertragungssynchronisation als erstes sendet.2. In order to be able to clearly identify the slave stations, each slave station receives an individual address on said bus, which the master station sends first after each transmission synchronization.
3. Nach jeder Übertragungssynchronisation werten alle Slave-Stationen die nachfolgende Adresse aus; die Slave-Station mit der gesendeten Adresse wertet die nachfolgenden für sie bestimmten Nutzdaten aus, alle anderen Slave-Stationen warten auf die nächste Übertragungssynchronisation.3. After each transmission synchronization, all slave stations evaluate the following address; the slave station with the sent address evaluates the following user data intended for it, all other slave stations wait for the next transmission synchronization.
4. Welche Slave-Station als nächste zu bedienen ist, kann in der Master-Station durch eine feste Abfolge oder durch eine Prioritätssteuerung festgelegt werden.4. Which slave station is to be operated next can be determined in the master station by a fixed sequence or by a priority control.
Weiterhin ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die folgenden Maßnahmen ergriffen werden:Furthermore, it is provided according to the invention that the following measures are taken:
1. In der Master-Station ist für jede Slave-Station und jede Datenflußrichtung ein Kommunikationsdatenfeld sowie je ein Zeiger in dieses Datenfeld angelegt. 2. In der Slave-Station ist für die Empfangsdaten und die Rücksendedaten je ein Datenfeld und je ein Zeiger in dieses Datenfeld angelegt.1. A communication data field and a pointer to this data field are created in the master station for each slave station and each data flow direction. 2. A data field and a pointer are created in the slave station for the receive data and the return data.
3. Mit jeder Datenübertragung werden in der Master-Station und der entsprechenden Slave- Station die zugeordneten Zeiger um die Anzahl der übertragenen Daten weiterbewegt.3. With each data transfer, the assigned pointers in the master station and the corresponding slave station are moved by the number of data transferred.
4. Das Rücksetzen der Zeiger in der angewählten Slave-Station und der zugeordneten Zeiger in der Master-Station erfolgt nach der erneuten Adressierung der Slave-Station.4. The pointers in the selected slave station and the assigned pointers in the master station are reset after the slave station has been re-addressed.
Weiterhin sind die folgenden Maßnahmen vorgesehen:The following measures are also planned:
1. Der Adresse folgt eine 1 -Bit-lange Datenartinformation, die festlegt, ob die nachfolgenden Daten ganz neue Daten sind oder die Fortsetzung einer zuvor unterbrochenen Datenübertragung .1. The address is followed by 1-bit data type information, which determines whether the subsequent data is completely new data or the continuation of a previously interrupted data transmission.
2. Im Fall der Fortsetzung einer unterbrochenen Übertragung werden in der Master-Station und in der Slave-Station die Zeiger in die Kommunikationsdatenfelder nicht zurückgesetzt und die Datenübertragung erfolgt ab den aktuellen Datenzeigerpositionen.2. If an interrupted transmission is continued, the pointers in the communication data fields are not reset in the master station and in the slave station and the data is transferred from the current data pointer positions.
3. Eine Prioritätssteuerung kann in jedem Zyklus die aktuelle Datenübertragung unterbrechen, um eine neue Datenübertragung zu einer anderen, höher priorisierten Slave-Station durchzuführen.3. A priority controller can interrupt the current data transmission in each cycle in order to carry out a new data transmission to another, higher-priority slave station.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, daß die folgende Maßnahme ergriffen wird: Der Adresse bzw. der Datenartinformation folgt eine Slave-Station-interne Information, die den Zielort für die Übertragungsdaten innerhalb der Slave-Stationen festlegt.It is also within the scope of the invention that the following measure is taken: The address or the data type information is followed by information internal to the slave station, which specifies the destination for the transmission data within the slave stations.
Nach der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß das der Übertragungssynchronisation nachfolgende Bit unbenutzt bleibt.According to the invention it can also be provided that the bit following the transmission synchronization remains unused.
Andererseits kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß das der Übertragungssynchronisation nachfolgende Bit zu besonderen Zwecken benutzt wird.On the other hand, it can be provided according to the invention that the bit following the transmission synchronization is used for special purposes.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß nun ein Verfahren zur seriellen Datenübertragung zur Verfügung steht, das dort zum Einsatz kommen kann, wo schon bisher wegen ihrer Kostenvorteile eine serielle Datenübertragung wünschenswert war, aber wegen der zu geringen Arbeitsgeschwindigkeit der Systemkomponenten nicht eingesetzt werden konnte. Nun ist die Obergrenze der erzielbaren Übertragungsgeschwindigkeit nur durch die maximal mögliche Schalthäufigkeit der verwendeten Komponenenten gegeben. Es ist ein besonderes Merkmal der Erfindung, daß für jeden übertragenen Datenwert nur ein Zustandswechsel auf Takt- und Datenleitung gleichzeitig erfolgt, also für jeden übertragenen Datenwert nur ein Schaltzyklus erforderlich ist. Auch kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus jeder möglichen Zustandskombination zwischen Takt- und Datenleitung eine Übertragungssynchronisation erfolgen, mit der jede Übertragung begonnen wird. So ist eine Übertragungssynchronisation zu jeder Zeit möglich, d. h. die Übertragung ist interruptfähig. Zu jeder beliebigen Zeit kann die aktuelle Kommunikation durch die Kommunikation mit einem anderen Slave unterbrochen werden, um nach Abschluß der unterbrechenden Kommunikation bei der unterbrochenen Kommunikation fortgesetzt zu werden. Jede neu aufgenommene Kommunikation kann wiederum unterbrochen werden. Das neue Verfahren setzt keine Grenzen für die Verschachtelungstiefe der Unterbrechungen. Auch ist es möglich, beim Master eine Prioritätssteuerung für die Bedienung des Slaves zu installieren. Die Datenübertragung zu den Slaves ist weder an eine starre Abfolge in der Bedienung der Slaves gebunden, noch daran, daß die Kommunikation zu dem z. Zt. bedienten Slave zuerst vollständig abgearbeitet werden muß, bevor ein höherer priorisierter Slave bedient werden kann.The advantages achieved by the invention consist in particular in the fact that a method for serial data transmission is now available which can be used where serial data transmission was previously desirable because of its cost advantages, but was not used because of the low operating speed of the system components could be. Now the upper limit of the achievable transmission speed is given only by the maximum possible switching frequency of the components used. It is a special feature of the invention that only one change of state on the clock and data line occurs for each data value transmitted, that is to say only one switching cycle is required for each data value transmitted. In the method according to the invention, transmission synchronization can take place from any possible combination of states between clock and data line, with which each transmission is started. This enables transmission synchronization at any time, ie the transmission can be interrupted. At any time, the current communication can be interrupted by communication with another slave in order to continue with the interrupted communication after the interrupting communication has been completed. Any new communication can be interrupted. The new procedure does not set any limits for the interleaving depth. It is also possible to install a priority control for operating the slave on the master. The data transmission to the slaves is neither tied to a rigid sequence in the operation of the slaves, nor to the fact that the communication to the z. Currently operated slave must first be completely processed before a higher prioritized slave can be operated.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben.The invention is described in more detail with reference to the drawing.
Es zeigenShow it
Fig. 1 den zeitlichen Zusammenhang der Veränderungen im Daten- und im Taktkanal,1 shows the temporal relationship of the changes in the data and clock channels,
Fig. 2 symbolisch die Unabhängigkeit der Interpretation der übertragenen Daten vom Zustand des Taktkanals,2 symbolically the independence of the interpretation of the transmitted data from the state of the clock channel,
Fig. 3 die Übertragungssynchronisation mit der eine neue Datenfolge angezeigt wird undFig. 3 shows the transmission synchronization with which a new data sequence is displayed and
Fig. 4 die zeitlichen Abläufe bei einer Datenübertragung in beiden Richtungen, wobei der Slave die empfangenen Daten an den Master zurücksendet.Fig. 4 shows the timing of data transmission in both directions, the slave sending the received data back to the master.
Zur Beschreibung der Fig. 1 bis 4 werden zur Vereinfachung die folgenden Vereinbarungen getroffen:The following agreements are made to simplify the description of FIGS. 1 to 4:
1. Zwei eindeutig unterscheidbare Zustände eines Übertragungskanals werden, losgelöst von der physikalischen Realisation, als 0 (Null) beziehungsweise als 1 (Eins) bezeichnet. 2. Die Übergänge des einen Zustandes in den anderen und umgekehrt werden mit 0->l bzw. mit l->0 bezeichnet.1. Two clearly distinguishable states of a transmission channel, detached from the physical realization, are referred to as 0 (zero) or as 1 (one). 2. The transitions from one state to the other and vice versa are denoted by 0-> l or by l-> 0.
3. Bleibt in dem zu beschreibenden Abschnitt eines Ablaufs ein Zustand erhalten, wird dies dies mit == kenntlich gemacht.3. If a state remains in the section of a process to be described, this is indicated by ==.
4. Verändert sich in dem zu beschreibenden Abschnitt eines Ablaufs ein beliebiger Zustand in den entsprechend entgegengesetzten Zustand, wird dies mit 1 1 kenntlich gemacht.4. If an arbitrary state changes to the corresponding opposite state in the section of a sequence to be described, this is identified by 1 1.
5. Den Zuständen oder den Zustandsübergängen der Übertragungskanäle wird für den Datenkanal der Buchstabe D und für den Taktkanal der Buchstabe C vorangestellt.5. The states or the state transitions of the transmission channels are preceded by the letter D for the data channel and the letter C for the clock channel.
6. Die Übertragungsrichtung der Daten wird immer vom Master aus gesehen und mit S für Sendedaten und mit R für Empfangsdaten kenntlich gemacht.6. The direction of transmission of the data is always seen from the master and marked with S for send data and with R for receive data.
Fig. 1 zeigt den zeitlichen Zusammenhang der Veränderungen im Daten- und im Taktkanal. Die Übergänge der Zustände sind als Rampen dargestellt, da sie real neben unterschiedlichen Schaltzeitpunkten der sendenden Elemente sowohl durch deren endliche Schaltzeiten als auch durch ohmische, kapazitive und induktive Parameter des Übertragungskanals nicht beliebig steil werden können. Es ergibt sich daraus ein Fenster (tw), dessen linke Grenze durch die erste Veränderung im Daten- oder im Taktkanal und dessen rechte Grenze durch die zugehörige letzte Änderung im Daten oder im Taktkanal bestimmt wird. Außerhalb (tw) können die Zustände im Daten- und im Taktkanal als stabil angesehen werden (tk). Der Minimal wert für (tw) ist der Maximalwert aus { (tl), (t2), (t5), (t6), .... } . Sind die Übertragimgskanäle mit Maßnahmen zur Störunterdrückung ausgestattet, sollte (tk) mindestens so groß wie (tw) sein. Je größer (tk) gegenüber (tw) wird, um so wirkungsvoller lassen sich Störungen unterdrücken. Die angestrebte maximale Übertragungsgeschwindigkeit legt die Größe für (tz) fest, wobei (tz)min die Summe aus (tw) und (tk) ist. Ist das Übertragungssystem auf ein bestimmtes (tz) abgestimmt, darf (tk) und somit (tz) auch in jedem Zyklus beliebig länger werden; während der Übertragung kann also die Übertragungsgeschwindigkeit unterhalb der maximalen Übertragungsgeschwindigkeit beliebig variiert werden. - Eine Besonderheit der Erfindung ist es danach, daß für jeden übertragenen Datenwert nur ein Zustandswechsel auf Takt- und Datenleitung gleichzeitig erfolgt, also für jeden übertragenen Datenwert nur ein Schaltzyklus erforderlich ist, und daß die Länge der Pausen zwischen zwei Schaltzyklen beliebig groß werden kann. In Fig. 2 ist symbolisch die Unabhängigkeit der Interpretation der übertragenen Daten vom Zustand des Taktkanals dargestellt; lediglich der Zustand des Datenkanals wird zur Datenidentifikation herangezogen. - Auf dem Taktkanal können Signale unterschiedlicher Polarität gesendet werden, was durch die zwei gegenläufig verlaufenden Signalzyklen in Fig. 2 deutlich gemacht werden soll.Fig. 1 shows the temporal relationship of the changes in the data and the clock channel. The transitions of the states are shown as ramps, because in addition to different switching times of the transmitting elements, they cannot become as steep as desired due to their finite switching times as well as ohmic, capacitive and inductive parameters of the transmission channel. The result is a window (tw), the left limit of which is determined by the first change in the data or clock channel and the right limit by the associated last change in the data or clock channel. Outside (tw) the states in the data and clock channels can be regarded as stable (tk). The minimum value for (tw) is the maximum value from {(tl), (t2), (t5), (t6), ....}. If the transmission channels are equipped with measures to suppress interference, (tk) should be at least as large as (tw). The larger (tk) compared to (tw), the more effectively interference can be suppressed. The desired maximum transmission speed defines the size for (tz), where (tz) min is the sum of (tw) and (tk). If the transmission system is tuned to a specific (tz), (tk) and thus (tz) may also be longer in any cycle; during the transmission, the transmission speed can therefore be varied as desired below the maximum transmission speed. - A special feature of the invention is that only one change of state on the clock and data line takes place simultaneously for each data value transferred, that is, only one switching cycle is required for each data value transferred, and that the length of the pauses between two switching cycles can be as long as desired. 2 symbolically shows the independence of the interpretation of the transmitted data from the state of the clock channel; only the state of the data channel is used for data identification. - Signals of different polarity can be sent on the clock channel, which is to be made clear by the two opposite signal cycles in FIG. 2.
Die Master-Station muß bei einer seriellen Datenübertragung der Slave-Station durch eine in der normalen Datenübertragung nicht enthaltene Synchronisationsinformation den Beginn einer neuen Datenfolge mitteilen, womit zugleich die zuvor gesendete Datenfolge beendet ist. Eine solche Arbeitsweise ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Die Übertragungssynchronisation wird durch eine geziehlte Regelverletzung der Übertragungsvereinbarung ( Fig. 1 und 2) erreicht. Ein Zustandswechsel im Datenkanal ohne zugehörigen Zustandswechsel im Taktkanal ist diese eindeutige Synchronisationsinformation. Dieses neue Übertragungsverfahren ist für die zu übertragenden Daten völlig transparent. Die Anzahl der übertragenen Bit's zwischen zwei Synchronisationsinformationen ist wahlfrei und in allen Zeichnungen nur aus darstellungstechnischen Gründen mit der jeweiligen Datenbitanzahl gezeigt.In the case of serial data transmission, the master station has to inform the slave station of the start of a new data sequence by means of synchronization information which is not contained in the normal data transmission, which also ends the previously transmitted data sequence. Such an operation is shown schematically in FIG. 3. The transmission synchronization is achieved due to a violation of the transmission agreement (Fig. 1 and 2). This clear synchronization information is a change of state in the data channel without a corresponding change of state in the clock channel. This new transmission method is completely transparent to the data to be transmitted. The number of bits transmitted between two synchronization information items is optional and is shown in all drawings with the respective number of data bits for illustration purposes only.
Bisher wurde die Datenübertragung von einem Master zu einem Slave über nur einen Datenkanal (DS) beschrieben. Dabei ist die Anzahl der übertragenen Bit's identisch mit der Anzahl der Zustandswechsel im Taktkanal. Für die Datenübertragung von einem Slave zum Master wird ein zweiter Datenkanal (DR) eingerichtet, da eine bidirektionale Nutzung des einen Datenkanals einen zusätzlichen Protokollaufwand erfordert. Dadurch würde der Anteil der zur Datenübertragung nutzbaren Zustandswechsel sinken.Data transmission from a master to a slave via only one data channel (DS) has previously been described. The number of bits transmitted is identical to the number of status changes in the clock channel. A second data channel (DR) is set up for data transmission from a slave to the master, since bidirectional use of the one data channel requires additional protocol effort. This would reduce the proportion of changes of state that can be used for data transmission.
In Fig. 4 ist eine Datenübertragung in beiden Richtungen dargestellt, wobei in diesem Beispiel der Slave die empfangenen Daten an den Master zurücksendet. Die Rücksendedaten können natürlich auch beliebige andere Daten des Slaves sei. Nach min. 2 * (tw) hat der Slave einen Zustandswechsel sicher erkannt und schaltet sein Rücksendedatum auf (DR). Nach einem weiteren (tw) ist das Rücksendedatum stabil. Auch hier ist noch mindestens eine weiteres (tw) zu einer wirkungsvollen Störunterdrückung erforderlich. Danach kann der Master die Antwort des Slaves lesen. Eine vollständige Datenübertragung in beiden Richtungen erfordert also 4 * (tw).4 shows data transmission in both directions, in which example the slave sends the received data back to the master. The return data can of course also be any other data of the slave. After min. 2 * (tw) the slave has reliably recognized a change of state and is switching its return date to (DR). After another (tw) the return date is stable. Here, too, at least one more (tw) is required for effective interference suppression. The master can then read the slave's response. A complete data transmission in both directions therefore requires 4 * (tw).
Aus den beschriebenen Zusammenhängen folgt, daß sowohl Master als auch Slave alle ihre eigenen Kommunikationsaktivitäten zur Übertragung eines Bit's in je einem Zyklus vollständig abarbeiten können, wobei die Zyklen gegenseitig verschachtelt sind: Der Master liest von (DR) das seinem letzten Taktwechsel zuzuordnende Antwortdatum des Slaves und generiert zugleich auf (DS) sein neues Sendedatum mit dem zugehörigen neuen Taktwechsel. Nach 2 *(tw) liest der Slave das vom Master gesendete Datum und generiert zugleich auf (DR) sein Rücksendedatum.From the relationships described, it follows that both master and slave can completely process all of their own communication activities for the transmission of a bit in one cycle, with the cycles being interleaved: The master reads from (DR) the slave's response date to be assigned to its last clock change and also generates its new transmission date with the associated new clock change on (DS). To 2 * (tw) the slave reads the date sent by the master and at the same time generates its return date on (DR).
Der maximale Datendurchsatz wird in einem erfindungsgemäßen Übertragungssystem durch die maximale Schaltfrequenz der langsamsten Systemkomponente bestimmt. Ist der so erreichbare Datendurchsatz unakzeptabel gering, kann der Anwender auch mehr als einen Datenkanal zur Verfügimg stellen; entsprechend erhöht sich bei gleicher Schaltfrequenz der Datendurchsatz.In a transmission system according to the invention, the maximum data throughput is determined by the maximum switching frequency of the slowest system component. If the data throughput that can be achieved in this way is unacceptably low, the user can also provide more than one data channel; the data throughput increases accordingly at the same switching frequency.
AnwendungsbeispielApplication example
In der industriellen Steuerungstechnik werden sogenannte SPS eingesetzt, um den Ablauf von Prozessen zu steuern. Diese SPS sind mit Sensoren und Aktoren verbunden, mit denen die Aktionen am Zielort des Geschehens kontrolliert und beeinflußt werden. Jeder Sensor und jeder Aktor hat zu der SPS eine eigene Verbindungsleitung. Bei komplexen Prozessen entsteht dadurch ein erheblicher Verdrahtungsaufwand.So-called PLCs are used in industrial control technology to control the execution of processes. These PLCs are connected to sensors and actuators with which the actions at the destination of the event are controlled and influenced. Each sensor and each actuator has its own connection line to the PLC. This results in a considerable amount of wiring for complex processes.
Den Ablauf der einzelnen Aktionen legt der Programmierer der SPS in dem Steuerprogramm fest. Dieses arbeitet in einer Endlosschleife mit den Schritten:The programmer of the PLC determines the sequence of the individual actions in the control program. This works in an endless loop with the steps:
— alle Sensoren einlesen,- read in all sensors,
~ aus dieser Information den neuen Sollzustand aller Aktoren ermitteln,~ determine the new target state of all actuators from this information,
— den neuen Aktorensollzustand an die Aktoren schalten.- Switch the new target actuator status to the actuators.
Ein Schleifendurchlauf dauert je nach Arbeitsgeschwindigkeit der SPS und Programmlänge zwischen einigen Millisekunden und einigen Dezisekunden. Betrachtet man die einzelnen Abläufe in einem Prozeß näher, zeigen sich zwei Arten von Ereignissen:Depending on the working speed of the PLC and the program length, a loop run takes between a few milliseconds and a few deciseconds. A closer look at the individual processes in a process reveals two types of events:
— Ereignisse, die eine sofortige Reaktion erfordern, wie z. B., die Bedienung des Notschalters,- Events that require an immediate response, such as B., the operation of the emergency switch,
— Ereignisse, bei denen geringe Verzögerungen zwischen Ereignis und entsprechender Reaktion unerheblich sind, wie z. B. bei der Erfassung und der Darstellung sich langsam ändernder Werte.- Events in which slight delays between the event and the corresponding reaction are insignificant, such as B. when recording and displaying slowly changing values.
Für die Kommunikation der Sensoren und Aktoren der zweiten Ereignisklasse bietet es sich an, statt der sehr aufwendigen Parallelverdrahtung zwischen SPS und Sensoren / Aktoren das erfindungsgemäße Datenübertragungsverfahren einzusetzen. Die SPS ist der Master. Sie kann in jedem Schleifendurchlauf ein Bit eines Sensors lesen und ein Bit zu einem Aktor senden. Für Daten- und Taktkanäle können die E/A - Ports der SPS verwendet werden; auf der SPS-Seite entstehen keine zusätzlichen Hardwarekosten. Auf der Sensor / Aktorseite ist ein Interface erforderlich, das die übertragenen Daten wieder parallel zur Verfügung stellt. Diese Interfaces können auch Bestandteil der Sensoren / Aktoren sein. For the communication of the sensors and actuators of the second event class, it is advisable to use the data transmission method according to the invention instead of the very complex parallel wiring between the PLC and sensors / actuators. The PLC is the master. It can read a bit from a sensor in each loop pass and send a bit to an actuator. For The I / O ports of the PLC can be used for data and clock channels; there are no additional hardware costs on the PLC side. An interface is required on the sensor / actuator side that makes the transmitted data available again in parallel. These interfaces can also be part of the sensors / actuators.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zur seriellen Datenübertragung zwischen zwei oder mehreren miteinander Daten austauschenden Stationen, wobei mindestens eine Station als Master-Station und mindestens eine weitere Station als Slave-Station arbeitet, die alle durch zwei oder mehr Übertragungskanäle miteinander verbunden sind, wobei mindestens ein Übertragungskanal als Datenkanal für die Übertragung der Daten und ein anderer Übertragungskanal als Taktkanal für die Übertragung eines Taktsignals vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die folgenden Maßnahmen:1. Method for serial data transmission between two or more stations exchanging data with each other, with at least one station working as a master station and at least one further station as a slave station, all of which are connected to one another by two or more transmission channels, with at least one transmission channel as Data channel for the transmission of the data and another transmission channel as a clock channel for the transmission of a clock signal are provided, characterized by the following measures:
1. Die Master-Station generiert zur Datenübertragung in jedem Zyklus im Taktkanal einen Zustandswechsel beliebiger Richtung und schaltet zugleich den Datenkanal in den Zustand, der dem zu übertragenden Datum entspricht, wobei die Unabhängigkeit der Interpretation der übertragenen Daten vom Zustand des Taktkanals dadurch gewährleistet ist, daß die Datenindentifikation lediglich über den Zustand des Datenkanals erfolgt.1. For data transmission, the master station generates a state change in any direction in the clock channel in each cycle and at the same time switches the data channel to the state that corresponds to the data to be transmitted, thereby ensuring that the interpretation of the transmitted data is independent of the state of the clock channel, that the data identification only takes place via the state of the data channel.
2. Zur Übertragungssynchronisation generiert die Master-Station in einem Zyklus einen Zustandswechsel in beliebiger Richtung in mindestens einem Datenkanal, während ausschließlich in einem solchen Sychronisationszyklus der aktuelle Zustand des Taktkanals erhalten bleibt, was in jedem beliebigen Übertragungszyklus erfolgen kann und jeweils den Beginn einer neuen Datenfolge und das Ende einer bisherigen Datenfolge signalisiert.2. For transmission synchronization, the master station generates a state change in any direction in at least one data channel in one cycle, while the current state of the clock channel is only retained in such a synchronization cycle, which can take place in any transmission cycle and in each case the beginning of a new data sequence and signals the end of a previous data sequence.
3. Die aktuelle Übertragung kann in jedem Zyklus durch eine Übertragungssynchronisation abgebrochen und wieder neu eingeleitet werden.3. The current transmission can be aborted and restarted in each cycle through transmission synchronization.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Maßnahmen:2. Method according to claim 1, characterized by the following measures:
1. Für die Datenübertragung von einer Slave-Station zu einer Master- Station steht zusätzlich mindestens ein weiterer Datenkanal zur Verfügung (Slave-Master- Datenkanal = SM-Datenkanal).1. At least one additional data channel is available for data transmission from a slave station to a master station (slave-master data channel = SM data channel).
2. Nachdem die Slave-Station durch die Detektion eines Zustandswechsels im Taktkanal einen neuen Übertragungszyklus erkannt hat, schaltet die Slave Station den SM-Datenkanal in den Zustand, der dem von der Slave-Station zu der Master- Station zu übertragenden Datum entspricht. 3. Wenn die Slave-Station eine Übertragungssynchronisation detektiert hat, schaltet sie die Steuerung des SM-Datenkanals passiv.2. After the slave station has recognized a new transmission cycle by detecting a state change in the clock channel, the slave station switches the SM data channel to the state that corresponds to the data to be transmitted from the slave station to the master station. 3. If the slave station has detected a transmission synchronization, it switches the control of the SM data channel to passive.
4. Bei jeder Generierung eines Übertragungszyklus liest die Master-Station den neuen Zustand des SM-Datenkanals ein.4. Each time a transmission cycle is generated, the master station reads the new status of the SM data channel.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Maßnahmen:3. Method according to one or more of the preceding claims, characterized by the following measures:
1. Mehrere Slave-Stationen werden busförmig, d.h. parallel an einer Master- Station betrieben.1. Several slave stations are operated in bus form, i.e. in parallel on a master station.
2. Um die Slave-Stationen eindeutig identifizieren zu können, erhält jede Slave-Station an dem besagten Bus eine individuelle Adresse, die die Master-Station nach jeder Übertragungssynchronisation als erstes sendet.2. In order to be able to clearly identify the slave stations, each slave station on the said bus receives an individual address, which the master station sends first after each transmission synchronization.
3. Nach jeder Übertragungssynchronisation werten alle Slave-Stationen die nachfolgende Adresse aus; die Slave-Station mit der gesendeten Adresse wertet die nachfolgenden für sie bestimmten Nutzdaten aus, alle anderen Slave-Stationen warten auf die nächste Übertragungssynchronisation.3. After each transmission synchronization, all slave stations evaluate the following address; The slave station with the sent address evaluates the subsequent user data intended for it, all other slave stations wait for the next transmission synchronization.
4. Welche Slave-Station als nächste zu bedienen ist, kann in der Master-Station durch eine feste Abfolge oder durch eine Prioritätssteuerung festgelegt werden.4. Which slave station is to be served next can be determined in the master station by a fixed sequence or by priority control.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Maßnahmen:4. Method according to one or more of the preceding claims, characterized by the following measures:
1. In der Master-Station ist für jede Slave-Station und jede Datenflußrichtung ein Kommunikationsdatenfeld sowie je ein Zeiger in dieses Datenfeld angelegt.1. In the master station, a communication data field and a pointer are created in this data field for each slave station and each data flow direction.
2. In der Slave-Station ist für die Empfangsdaten und die Rücksendedaten je ein Datenfeld und je ein Zeiger in dieses Datenfeld angelegt.2. In the slave station, a data field and a pointer are created in this data field for the received data and the return data.
3. Mit jeder Datenübertragung werden in der Master-Station und der entsprechenden Slave-Station die zugeordneten Zeiger um die Anzahl der übertragenen Daten weiterbewegt. 4. Das Rücksetzen der Zeiger in der angewählten Slave-Station und der zugeordneten Zeiger in der Master-Station erfolgt nach der erneuten Adressierung der Slave- Station.3. With each data transfer, the assigned pointers in the master station and the corresponding slave station are moved by the number of data transferred. 4. The pointers in the selected slave station and the assigned pointers in the master station are reset after the slave station has been addressed again.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch die folgenden Maßnahmen:5. Method according to one or more of the preceding claims, characterized by the following measures:
1. Der Adresse folgt eine 1 -Bit-lange Datenartinformation, die festlegt, ob die nachfolgenden Daten ganz neue Daten sind oder die Fortsetzung einer zuvor unterbrochenen Datenübertragung.1. The address is followed by a 1-bit long data type information that determines whether the subsequent data is completely new data or the continuation of a previously interrupted data transfer.
2. Im Fall der Fortsetzung einer unterbrochenen Übertragung werden in der Master- Station und in der Slave-Station die Zeiger in die Kommunikationsdatenfelder nicht zurückgesetzt und die Datenübetragung erfolgt ab den aktuellen Datenzeigerpositionen.2. If an interrupted transmission is continued, the pointers in the communication data fields in the master station and in the slave station are not reset and data transmission takes place from the current data pointer positions.
3. Eine Prioritätssteuerung kann in jedem Zyklus die aktuelle Datenübertragung unterbrechen, um eine neue Datenübertragung zu einer anderen, höher priorisierten Slave-Station durchzuführen.3. A priority control can interrupt the current data transmission in each cycle in order to carry out a new data transmission to another, higher priority slave station.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgende Maßnahme:6. Method according to one or more of the preceding claims, characterized by the following measure:
Der Adresse bzw. der Dateninformation folgt eine Slave-Station-interne Information, die den Zielort für die Übertragungsdaten innerhalb der Slave-Stationen festlegt.The address or data information is followed by slave station-internal information that determines the destination for the transmission data within the slave stations.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgende Maßnahme:7. Method according to one or more of the preceding claims, characterized by the following measure:
Das der Übertragungssynchronisation nachfolgende Bit bleibt unbenutzt.The bit following transmission synchronization remains unused.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgende Maßnahme:8. Method according to one or more of the preceding claims, characterized by the following measure:
Das der Übertragungssynchronisation nachfolgende Bit wird zu besonderen Zwecken benutzt. The bit following transmission synchronization is used for special purposes.
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