способ приема и передачи информации оптическим сигналом и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ приема и передачи информации оптическим сигналом, включающий в себя определение интервалов времени между дискретными оптическими импульсами, согласно которому, при приеме информации дискретный оптический импульс, поступивший на одно из фотоприемных устройств, преобразуют в дискретный электрический импульс, усиливают и подают на вход процессора, с помощью процессора определяют интервал времени между данным и предыдущим дискретными электрическими импульсами, а по указанному интервалу времени определяют принятую информацию, при передаче информации на выводе процессора формируют дискретные электрические импульсы, интервал времени между передними фронтами которых соответствует передаваемой информации, сформированные дискретные электрические импульсы подают на вход схемы формирования сигнала оптических излучателей, сформированные дискретные оптические импульсы излучают в оптический тракт, отличающийся тем, что процессор в своем составе содержит модуль захвата и регистр захвата, при приеме информации указанный интервал времени между принятыми дискретными оптическими импульсами определяют путем вычитания из содержимого регистра захвата процессора, извлеченного при поступлении на вход модуля захвата процессора данного дискретного электрического импульса, содержимого этого регистра, соответствующего предыдущему дискретному электрическому импульсу, после чего по таблице соответствия, приведенной в описании, содержащей для каждого диапазона величин интервала времени признак команды или данных и слово данных или вид команды, определяют полученное слово данных или вид команды соответственно, а при передаче информации на выводе параллельного порта процессора формируют стартовый дискретный электрический импульс путем выставления уровня логической единицы или логического нуля на время выбранной ширины импульса и далее формируют на выводе параллельного порта процессора дискретные электрические импульсы так, что указанные интервалы времени между передними фронтами формируемых дискретных электрических импульсов соответствуют передаваемому значению данных или команды указанной таблицы соответствия.

2. Устройство приема и передачи информации оптическим сигналом, содержащее оптический излучатель, фотоприемное устройство и процессор, отличающееся тем, что процессор дополнительно включает в себя встроенный таймер и модуль захвата, таблицу соответствия, содержащую для каждого диапазона величин интервала времени признак команды или данных и слово данных или вид команды, а вывод параллельного порта процессора является вводом схемы формирования сигнала оптических излучателей, выходы которой подсоединены к оптическому излучателю и дополнительным оптическим излучателям, а вход модуля захвата процессора соединен с выходом усилителя, входы которого соединены с выходом фотоприемного устройства и дополнительных фотоприемных устройств.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оптической связи и системам управления и предназначено для использования в любых устройствах, ядром или частью которых является процессор, имеющий встроенный таймер (счетчик), вывод разряда параллельного порта и модуль захвата значения таймера со специальным входом. Изобретение может быть использовано в оптических системах передачи данных, системах сбора информации, кодовых замках, устройствах охранных систем, устройствах электронных платежных средств, системах передачи данных и управления, использующих общую оптическую шину, в устройствах передачи данных, находящихся на движущихся частях, и др..

Аналоги патентуемого способа:

1. Способ [1] для передачи фазоманипулированного сигнала, заключающийся в формировании позиционно-модулированного импульса в моменты смены фазы фазоманипулированного сигнала в передатчике и обратного преобразования в фазоманипулированный сигнал в приемнике. Недостатками способа являются возможность работы только с фазоманипулированным сигналом и невысокая помехоустойчивость.

2. Способ [2] синхронизации тактовой частоты приемника сигналов с позиционно-импульсной модуляцией. Этот способ требует специальной аппаратной части и не предназначен для применения с дифференциальной позиционно-импульсной модуляцией.

Аналоги патентуемого устройства:

1. Устройства передатчика и приемника [3], где передатчик содержит два оптических элемента И, две оптические линии задержки и два оптических объединителя, приемник содержит две или четыре оптических линий задержки, два оптических элемента И и оптический объединитель. Недостатками устройства являются использование для передачи одного бита данных двух импульсов, пониженная скорость передачи из-за используемых параметров модуляции и невозможность изменить разновидность модуляции или ее параметры.

2. Устройство [2], в котором описан приемник, содержащий фотоумножитель, пороговый дискриминатор, усилитель, ограничитель, петлю задержки и декодер данных. Недостатками устройства являются дороговизна фотоумножителя и невозможность работы с дифференциальной позиционно-импульсной модуляцией.

Наиболее близкими к изобретению по технической сущности являются устройство и способ, описанные в [4]. В устройстве передатчик содержит преобразователь сигнала из импульсно-кодовой модуляции в позиционно-импульсную, соединенный с формирователем сигнала думпера, который соединен с думпером, к которому также подсоединен лазер с модуляцией мод, а выход думпера подсоединен к волоконно-оптическому кабелю. Приемник содержит детектор, вход которого соединен с волоконно-оптической линией связи, а выход - с фильтром-усилителем, выход которого подсоединен ко входу синхронного порогового детектора, выход которого подсоединен к преобразователю сигнала из позиционно-импульсной модуляции в импульсно-кодовую. В свою очередь для реализации своих функций преобразователь сигналов из импульсно-кодовой модуляции в позиционно-импульсную содержит пятиразрядный счетчик, бистабильный элемент, два сдвиговых регистра, восемь элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два элемента И-НЕ, элемент НЕ, элемент ИЛИ. Преобразователь сигналов из позиционно-импульсной модуляции в импульсно-кодовую содержит пятиразрядный счетчик, бистабильный элемент, два мультиплексора и элемент ИЛИ.

В [4] предложен способ передачи двоичных данных посредством формирования сигналов, используя счетный сигнал с периодом, равным длительности позиции импульса, подсчета этих сигналов счетчиком и выдачи его в момент, когда значение счетчика будет соответствовать передаваемым в данный момент битам данных. Также предложен способ приема позиционно-модулированных импульсов, использующий подсчет счетчиком значения времени между импульсами с помощью счетного сигнала с периодом, равным длительности позиции импульса, и выдачу двоичных данных, соответствующих значению, подсчитанному в счетчике.

К недостаткам способа-прототипа относятся:

- возможность использования только одной разновидности позиционно-импульсной модуляции;

- невозможность изменить соотношения временных параметров позиционно-импульсной модуляции;

- жесткая зависимость временных параметров от тактовой частоты;

- жестко заданное количество бит данных, передаваемых одним позиционно-модулированным импульсом;

- невозможность изменить таблицу соответствия номера позиции (слота) и значений передаваемых битов данных во время работы системы.

К недостаткам устройства-прототипа относятся:

- необходимость использования в передающей схеме двух сдвиговых регистров, бистабильного элемента, счетчика, целого набора логических вентилей, выполняемые функции которых могут быть реализованы с помощью микропроцессора;

- необходимость использования в приемной схеме счетчика, двух мультиплексоров с последовательным выходом, бистабильного элемента и вентиля, выполняемые функции которых могут быть реализованы с помощью микропроцессора.

Целью изобретения являются:

- снижение стоимости устройства;

- повышение эффективности передачи информации;

- повышение надежности передачи информации;

- возможность использования двух разновидностей позиционно-импульсной модуляции (дифференциальной и с постоянной скоростью) и изменения параметров модуляции в широких пределах.

В соответствии с целью изобретения для передачи информации используются две разновидности позиционно-импульсной модуляции (ПИМ) оптического сигнала - дифференциальная ПИМ и ПИМ с постоянной скоростью передачи, известная как позиционная модуляция. Наиболее эффективно цель изобретения достигается с использованием дифференциальной ПИМ. Рассматриваемое устройство может использовать для передачи и(или) приема одну из этих разновидностей либо может использовать обе разновидности, в последнем случае необходима однозначная процедура переключения режимов дифференциальной ПИМ и ПИМ с постоянной скоростью. Такое переключение может осуществляться передаваемой оптическими импульсами командой. Суть способа приема и передачи состоит в том, чтобы передавать информацию и команды, с помощью процессора модулируя интервал времени между передними фронтами дискретных оптических импульсов, и принимать информацию и команды, с помощью процессора измеряя интервал времени между передними фронтами соседних дискретных оптических импульсов и определяя по нему значение данных или команду (далее по тексту предполагается, что интервал времени между импульсами есть интервал времени между передними фронтами импульсов). Для передачи и приема устройство использует встроенный в процессор таймер (счетчик) и определенное соответствие величины интервала времени между передними фронтами соседних оптических импульсов и значением данных или команды. Это соответствие присутствует в виде таблицы S.

Суть способа заключается в следующем.

При поступлении позиционно-модулированного импульса на вход модуля захвата CAPTURE из регистра захвата извлекается значение Т. Далее из Т вычитается Т_пред, где Т_пред - значение, сгенерированное после обработки предыдущего позиционно-модулированного импульса (см. ниже). При использовании позиционно-импульсной модуляции с постоянной скоростью далее дополнительно из Т вычитается округленное до целого значение



где М - количество возможных позиций (слотов) позиционно-импульсной модуляции, Т_поз - длительность во времени позиции (слота), - время увеличения значения таймера на единицу, на которое настроен таймер.

Если в результате



где Т_р - длительность разделяющего интервала позиционно-импульсной модуляции,

то регистрируется сбой,

если



то регистрируется начало передачи, если нет, то из Т вычитается и далее исходя из полученного Т по таблице соответствия S определяется, чему соответствует Т - команде или данным. Если Т соответствует команде, то номер команды помещается в буфер команд произвольного размера или регистр команд либо эта команда выполняется процессором сразу или с задержкой. Если Т соответствует данным, то соответствующее ему по таблице соответствия значение данных помещается в буфер данных произвольного размера или регистр данных либо обрабатывается процессором сразу или с задержкой.

Передача данных и команд идет следующим образом.

Вначале передается стартовый импульс посредством формирования на выходе разряда параллельного порта Ро процессором сигнала логической "1" или логического "0" длительностью Т_имп, через формирователь сигнала излучателя 4 приводящий к появлению оптического сигнала длительностью Т_имп на излучателях 5, 5₁, . . . , 5_m. Причем интервал времени между передними фронтами этого стартового импульса и последнего переданного импульса из предыдущей последовательности должен быть больше Т_р+МТ_поз, что будет соответствовать началу передачи. Далее для каждого значения данных или команды исходя из таблицы соответствия S определяется соответствующий номер позиции (слота) L, определяется соответствующая ему длительность интервала Т_инт и через время Т_инт после формирования предыдущего импульса на выходе разряда параллельного порта Ро процессором формируется сигнал логической "1" или логического "0" длительностью Т_имп, через формирователь сигнала излучателя 4 приводящий к появлению оптического сигнала длительностью Т_имп на излучателях 5, 5₁,..., 5_m, излучающих дискретный оптический импульс в оптический тракт (атмосфера, вакуум, однородная или неоднородная оптическая среда), где Т_инт=Т_р+(L-1)Т_поз+ при использовании дифференциальной позиционно-импульсной модуляции и Т_инт= Т_р+(L-1)Т_поз+(М-L_пред)Т_поз+(t_инт.i) при использовании позиционно-импульсной модуляции с постоянной скоростью, где L_пред - номер позиции (слота), соответствующий предыдущему импульсу, [0,Т_поз-Т_имп].

При использовании дифференциальной ПИМ данные (значения данных) и команды передаются дискретными оптическими импульсами с шириной Т_имп, временной интервал между передними фронтами которых Т_инт меняется в зависимости от передаваемой команды или передаваемого значения данных. Последовательность данных и команд передается в виде последовательности дискретных оптических импульсов с определенным интервалом между передними фронтами соседних импульсов, фрагмент последовательности импульсов изображен на Фиг.3. Дифференциальная позиционно-импульсная модуляция характеризуется параметрами:

Т_имп - ширина дискретного оптического импульса;

Т_р - ширина разделительного интервала, равна минимально возможному интервалу между передними фронтами дискретных оптических импульсов;

М - количество используемых позиций (слотов) дискретного оптического импульса, равно сумме количества возможных значений данных и количества команд;

Т_поз - протяженность во времени позиции (слота);

S - таблица соответствий значений данных и номеров команд номерам позиций, в которой каждому возможному значению данных и каждой возможной команде соответствует номер позиции, содержит М секций, каждая из которых соответствует одной позиции и содержит диапазон значений таймера, признак команды и значение данных или вид команды.

Исходя из определения дифференциальной ПИМ для передачи значения данных или команды необходимо по таблице S определить номер позиции (слота) L и сформировать дискретный оптический импульс шириной Т_имп с интервалом времени между его передним фронтом и фронтом предыдущего импульса, равным Т_инт, где Т_инт=Т_р+(L_i-1)Т_поз+, где (0,Т_поз).

Исходя из определения дифференциальной ПИМ для приема значения данных или команды необходимо определить интервал времени Т_инт между передними фронтами соседних дискретных оптических импульсов А и В, вычесть из Т_инт длительность разделительного интервала Т_р и по полученной величине Т_и определить номер позиции L, которой соответствует импульс, далее исходя из L по таблице S определить переданное значение данных или команду.

При использовании ПИМ с постоянной скоростью передачи данные (значения данных) и команды передаются дискретными оптическими импульсами с шириной Т_имп, имеющими определенное положение на оси времени относительно стартового импульса, зависящее от значения данных или команды.

Позиционно-импульсная модуляция с постоянной скоростью характеризуется параметрами:

Т_имп - ширина дискретного оптического импульса;

Т_р - ширина разделительного интервала;

М - количество используемых позиций (слотов) дискретного оптического импульса, равно сумме количества возможных значений данных и количества команд;

Т_поз - протяженность во времени позиции (слота);

Т_пим - длительность периода ПИМ;

S - таблица соответствий значений данных и номеров команд номерам позиций, в которой каждому возможному значению данных и каждой возможной команде соответствует номер позиции, содержит М секций, каждая из которых соответствует одной позиции и содержит диапазон значений таймера, признак команды и значение данных или вид команды.

В ПИМ с постоянной скоростью позиция импульса определяется не относительно предыдущего импульса, как в дифференциальной ПИМ, а относительно стартового импульса A₁, с которого начинается передача последовательности (пакета) данных и команд.

Исходя из определения ПИМ с постоянной скоростью для передачи значения данных или команды необходимо по таблице S определить номер слота L_i и сформировать дискретный оптический импульс А_i+1 шириной Т_имп с интервалом времени между его передним фронтом и передним фронтом предыдущего импульса A_i, равным Т_инт.i, где T_инт.i=T_p+(L_i-1)T_поз+(M-L_i-1+1)T_поз+, где (0,Т_поз), причем если импульс A_i стартовый (A₁), то L_i-1 берется равным М+1.

Исходя из определения ПИМ с постоянной скоростью для приема значения данных или команды необходимо определить интервал времени Т_инт.i между передними фронтами соседних дискретных оптических импульсов A_i и А_i+1, вычесть из Т_инт.i длительность разделительного интервала Т_р, прибавить к ней величину T_поз(M-L_i-1+l) и по полученной величине T_и.i определить номер позиции L_i, которой соответствует импульс, далее по L_i по таблице S определяется переданное значение данных или команда.

Способ приема и передачи предназначен для определения значения принятых данных или команды исходя из измеренного с помощью встроенного в процессор таймера (счетчика) значения интервала времени Т_инт между передними фронтами соседних дискретных оптических импульсов А и В или A_i и A_i-1 и для формирования последовательности дискретных оптических импульсов с интервалом времени между передними фронтами соседних импульсов, зависящим от значения передаваемых данных или команды. Интервал формируется процессором с помощью отсчитывания таймером (счетчиком) значения времени и(или) используя временные характеристики выполнения команд процессора.

В соответствии с целью изобретения в схему вместо преобразователя данных из импульсно-кодовой модуляции в позиционно-импульсную и преобразователя из позиционно-импульсной в импульсно-кодовую введен процессор, вместо формирователя думпера и думпера введена схема формирования сигнала оптических излучателей, вход которой соединен с выводом параллельного порта процессора Ро, а выходы подсоединены к оптическому излучателю и m дополнительным оптическим излучателям, в роли которых могут выступать светодиоды, лазерные диоды, лазеры и другие излучающие устройства оптического диапазона. Вместо детектора, фильтра-усилителя и синхронного порогового детектора в схему введен усилитель, выход которого соединен со входом модуля захвата CAPTURE. А n+1 входов усилителя соединены с выходом детектора и n выходами n дополнительных детекторов. В роли детекторов могут выступать фотодиоды или любые другие фотодетекторы, преобразующие оптическое излучение в электрический сигнал. Процессор должен иметь встроенный таймер (счетчик) и модуль захвата со специальным входом.

Устройство для передачи может использовать один набор вышеперечисленных параметров ПИМ, а для приема - другой, так как рассматриваемое устройство обеспечивает гораздо большую скорость передачи данных и команд, чем приема в основном из-за того, что интервал Т_p при приеме имеет минимально возможную величину, гораздо большую, чем при передаче. Возможно использование одного набора параметров как для передачи, так и для приема.

Так как способ и устройство для передачи информации используют позиционно-импульсную модуляцию, суть которой состоит в том, чтобы модулировать интервал времени между дискретными импульсами, значит, для работы устройству необходимо корректно измерять интервалы времени между передними фронтами поступающих импульсов и корректно формировать в зависимости от значений передаваемых данных и команд интервалы времени между передними фронтами выдаваемых импульсов.

Измерять время между приходящими импульсами процессор может используя модуль захвата (Capture Unit), который извлекает значение таймера автоматически при поступлении импульса на его вход, используя извлеченное в этот момент значение таймера и значение, извлеченное в момент прихода предыдущего импульса, и по разнице этих значений определяя интервал времени между импульсами.

На Фиг.1 представлена схема устройства передачи и приема информации оптическим сигналом, где:

1, 1₁,..., 1_n - основной и n дополнительных фотоприемных устройств;

2 - импульсный усилитель;

3 - процессор;

4 - формирователь сигнала излучателей;

5, 5₁,..., 5_m - основной и m дополнительных излучателей;

Ро - выход разряда параллельного порта процессора;

CAPTURE - вход модуля захвата процессора.

На Фиг.2 представлена диаграмма передачи информации с использованием разновидности ПИМ дифференциальная позиционно-импульсная модуляция, где:

1 - позиция (слот) номер 1;

2 - позиция (слот) номер 2;

3 - позиция (слот) номер 3;

L - позиция (слот) номер L;

М-1 - позиция (слот) номер М-1;

М - позиция (слот) номер M;

А - предыдущий позиционно-модулированный импульс;

В - последующий позиционно-модулированный импульс;

С - зона возможных положений позиционно-модулированного импульса;

Т_имп - ширина позиционно-модулированного импульса;

Т_р - длина разделяющего интервала позиционно-импульсной модуляции;

Т_инт - интервал времени между позиционно-модулированными импульсами;

Т_и - интервал времени, равный Т_инт-Т_р;

Т_поз - ширина позиции (слота);

MT_поз - длина зоны возможных положений позиционно-модулированного импульса.

На Фиг. 3 представлена диграмма-пример передачи информации с использованием разновидности ПИМ дифференциальная позиционно-импульсная модуляция, где Т_инт.1, Т_инт.2, Т_инт.3, Т_инт.4, Т_инт.5, Т_инт.6 обозначают временные интервалы между передними фронтами передаваемых позиционно-модулируемых импульсов.

На Фиг.4 представлена диаграмма передачи информации с использованием разновидности ПИМ позиционно-импульсная модуляция с постоянной скоростью, где:

1 - позиция (слот) номер 1 первого позиционно-модулированного импульса;

2 - позиция (слот) номер 2 первого позиционно-модулированного импульса;

3 - позиция (слот) номер 3 первого позиционно-модулированного импульса;

L₁ - позиция (слот) номер L₁ первого позиционно-модулированного импульса;

М-1 - позиция (слот) номер М-1 первого позиционно-модулированного импульса;

М - позиция (слот) номер М первого позиционно-модулированного импульса;

L₂ - позиция (слот) номер L₂ второго позиционно-модулированного импульса;

L₃ - позиция (слот) номер L₃ третьего позиционно-модулированного импульса;

A₁ - стартовый позиционно-модулированный импульс;

A₂, А₃, А₄ - первый, второй и третий позиционно-модулированные импульсы соответственно;

C₁ - зона возможных положений первого позиционно-модулированного импульса;

C₂ - зона возможных положений второго позиционно-модулированного импульса;

С₃ - зона возможных положений третьего позиционно-модулированного импульса;

Т_имп - ширина позиционно-модулированного импульса;

Т_р - длина разделяющего интервала позиционно-импульсной модуляции;

Т_инт.1, Т_инт.2, Т_инт.3 - интервалы времени между позиционно-модулированными импульсами;

T_и.1 - интервал времени, равный Т_инт.1-Т_р;

Т_поз - ширина позиции (слота);

MT_поз - длина зоны возможных положений позиционно-модулированного импульса;

Z₁, Z₂, Z₃ - зоны первого, второго и третьего периодов передачи позиционно-модулированных импульсов соответственно;

Т_пим - величина периода передачи позиционно-модулированных импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим процесс приема устройством оптических сигналов, передающих данные и команды из какого-то внешнего устройства в устройство рассматриваемое.

В исходный момент времени процессор 3 в рассматриваемом устройстве выполняет какие-то действия и встроенный в процессор 3 таймер (счетчик) в течение каждого периода времени увеличивает значение на единицу. Передаваемые каким-то внешним устройством дискретные оптические позиционно-модулированные импульсы после прохождения по оптическому каналу (атмосфера, вакуум, однородная или неоднородная оптическая среда) попадают в фотодетектор(ы) 1, 1₁,. .., 1_m и приводят к появлению на выходе(ах) фотодетектора(ов) дискретных электрических импульсов, которые попадают в усилитель 2, там усиливаются, нормируются и попадают на вход модуля захвата CAPTURE. Каждый из этих импульсов инициирует в процессоре 3 прерывание - спустя небольшое время задержки, и дополнительно в момент прихода импульса на вход CAPTURE в регистр захвата помещается накопленное в таймере значение. После инициирования прерывания процессор прекращает выполнение действий, которыми был до этого занят, и переходит к приему данных и команд в соответствии с описываемым способом. При передаче совокупности данных и команд на выводе разряда параллельного порта Ро процессор формирует стартовый дискретный импульс путем выставления уровня логической единицы или логического нуля на время выбранной ширины импульса Т_имп и далее для каждого значения данных и каждой команды по таблице соответствия S определяет величину соответствующего интервала времени и формирует на выводе разряда параллельного порта процессора дискретный импульс путем выставления уровня логической единицы или логического нуля на время выбранной ширины импульса так, что его передний фронт на оси времени находится на расстоянии, равном величине этого интервала, от переднего фронта предыдущего импульса. Формируемый на выводе разряда параллельного порта Ро сигнал поступает на схему формирования сигнала излучателей 4 и приводит к появлению на оптических излучателях 5, 5₁,..., 5_m оптического сигнала, который испускается в оптический тракт и принимается подобными устройствами.

На диаграмме передачи при использовании дифференциальной ПИМ (Фиг.2) на оси времени справа от переднего фронта дискретного оптического импульса А отложен отрезок времени _р, а далее один за другим отложены М отрезков длиной Т_поз, эти отрезки являются позициями дискретного оптического импульса. Всего их М (на Фиг.2 они обозначены 1, 2, 3,..., М-1, М). Появление после дискретного оптического импульса А дискретного оптического импульса В, передний фронт которого лежит внутри позиции с номером L, будет означать, что передано значение данных или команда, соответствующая номеру позиции L в таблице S. Появление дискретного оптического импульса с передним фронтом вне зоны С означает начало передачи. Дискретный оптический импульс А является предыдущим в последовательности передаваемых импульсов, а дискретный оптический импульс В является последующим в последовательности передаваемых импульсов. Интервал времени _инт между передними фронтами этих импульсов представляет передаваемое значение данных или команду, по нему во время приема однозначно определяется номер позиции L и далее по таблице S значение данных или команда. Для определения положения переднего фронта следующего за В дискретного оптического импульса необходимо повторить вышеописанную процедуру откладывания отрезков на оси времени от переднего фронта импульса В.

На диаграмме передачи ПИМ с постоянной скоростью (Фиг.4) на оси времени справа от переднего фронта дискретного оптического импульса A₁ (стартового импульса) отложены отрезки времени Z₁, Z₂, Z₃,.... - периоды ПИМ длительностью Т_пим каждый. Каждый период Z_i содержит разделительный интервал длительностью Т_p и позиционную зону С_i, содержащую М отрезков длительностью Т_поз - позиций (слотов) с номерами от 1 до М. Появление дискретного оптического импульса A_i, лежащего внутри позиции с номером L_i, будет означать, что передано значение данных или команда, соответствующая номеру позиции L_i в таблице S. Появление дискретного оптического импульса вне любой зоны C_i и отрезка Т_p означает начало передачи последовательности (пакета) данных и команд и что этот импульс будет стартовым для последовательности. Передние фронты передаваемых дискретных оптических импульсов будут отстоять друг от друга на величину времени Т_инт.i, и, определив величину интервала между передними фронтами соседних импульсов A_i и А_i+1 при приеме и имея в распоряжении величину интервала Т_инт.i-1 для предыдущей пары импульсов А_i-1 и A_i, можно однозначно определить номер позиции импульса L_i и далее по L_i из таблицы S определить переданное значение данных или команду.

Рассмотрим пример, в котором два одинаковых устройства, содержащие как составную часть схему, изображенную на Фиг.1, обмениваются данными и командами. Используется дифференциальная ПИМ со следующими параметрами: Т_имп=200 нс, Т_р=16 мкс, М - 26, Т_поз =800 нс, =400 нс.

S имеет вид, приведенный в таблице (см. в конце описания).

Таймер в обоих устройствах настроен на автоувеличение на единицу каждый период = 200 нс. Пусть первое устройство передает Команду 4 и пакет данных формата 1 длиной в 4 четырехразрядных слова данных: 3, 14, 7, 10. После этой передачи первое устройство переходит в режим приема. Второе устройство после приема команды и пакета данных передает подтверждение приема пакета.

Исходя из определения дифференциальной ПИМ и таблицы S первое устройство передает семь дискретных оптических импульсов посредством формирования сигнала логической единицы на выводе разряда параллельного порта Ро процессора с шестью интервалами между импульсами: Т_инт.1=34,8 мкс, Т_инт.2=29,2 мкс, Т_инт.3= 18,8 мкс, Т_инт.4=26,0 мкс, Т_инт.5=18,0 мкс, Т_инт.6=22,0 мкс (Фиг.5), интервал между импульсами равен интервалу между передними фронтами импульсов, которые через формирователь сигнала излучателей генерируют оптические сигнала такой же длительности, которые далее излучаются в оптический тракт (атмосфера, вакуум, однородная или неоднородная оптическая среда) и достигают фотодетекторов второго устройства, генерируя в них сигнал такой же формы, который после усиления поступает на вход модуля захвата процессора CAPTURE второго устройства.

При поступлении первого импульса из этой последовательности на вход модуля захвата CAPTURE процессора второго устройства процессор второго устройства помещает в регистр захвата текущее значение таймера, к примеру равное 5600, и инициирует прерывание регистра захвата. Извлеченное значение (5600) помещается во временный регистр. Процессор второго устройства устанавливает признак начала передачи.

При поступлении второго импульса из этой последовательности на вход модуля захвата CAPTURE процессора второго устройства процессор второго устройства помещает в регистр захвата текущее значение таймера, равное 5774, и инициирует прерывание регистра захвата. Процессор прерывает выполнение основной программы и из значения, находящегося в регистре захвата, (5774) вычитает значение, полученное модулем захвата при поступлении предыдущего импульса, хранящееся во временном регистре (5600). Полученное значение 174 (T_инт.1= 34,8 мкс) и соответствует в таблице S команде 4. Процессор второго устройства помещает содержимое регистра захвата (5774) во временный регистр, выполняет команду 4 и возвращается к выполнению основной программы.

При поступлении третьего импульса из этой последовательности на вход модуля захвата CAPTURE процессора второго устройства процессор второго устройства помещает в регистр захвата текущее значение таймера, равное 5920, и инициирует прерывание регистра захвата. Процессор прерывает выполнение основной программы и из значения, находящегося в регистре захвата, (5920) вычитает значение, полученное модулем захвата при поступлении предыдущего импульса, хранящееся во временном регистре (5774). Полученное значение 146 (Т_инт.1=29,2 мкс) и соответствует в таблице S команде начала передачи пакета формата 1. Процессор второго устройства помещает содержимое регистра захвата (5920) во временный регистр, выполняет подготовку к приему пакета формата 1 и возвращается к выполнению основной программы.

При поступлении четвертого импульса из этой последовательности на вход модуля захвата CAPTURE процессора второго устройства процессор второго устройства помещает в регистр захвата текущее значение таймера, равное 6014, и инициирует прерывание регистра захвата. Процессор прерывает выполнение основной программы и из значения, находящегося в регистре захвата, (6014) вычитает значение, полученное модулем захвата при поступлении предыдущего импульса, хранящееся во временном регистре (5920). Полученное значение 94 (Т_инт.1= 18,8 мкс) и соответствует в таблице S значению слова данных 3. Процессор второго устройства помещает содержимое регистра захвата (6014) во временный регистр, заносит значение слова данных 3 в ячейку памяти 1, и возвращается к выполнению основной программы.

При поступлении пятого импульса из этой последовательности на вход модуля захвата CAPTURE процессора второго устройства процессор второго устройства помещает в регистр захвата текущее значение таймера, равное 6148, и инициирует прерывание регистра захвата. Процессор прерывает выполнение основной программы и из значения, находящегося в регистре захвата, (6148) вычитает значение, полученное модулем захвата при поступлении предыдущего импульса, хранящееся во временном регистре (6014). Полученное значение 134 (T_инт.1=26,0 мкс) и соответствует в таблице S значению слова данных 14. Процессор второго устройства помещает содержимое регистра захвата (6148) во временный регистр, заносит значение слова данных 14 в ячейку памяти 2 и возвращается к выполнению основной программы.

При поступлении шестого импульса из этой последовательности на вход модуля захвата CAPTURE процессора второго устройства процессор второго устройства помещает в регистр захвата текущее значение таймера, равное 6238, и инициирует прерывание регистра захвата. Процессор прерывает выполнение основной программы и из значения, находящегося в регистре захвата, (6238) вычитает значение, полученное модулем захвата при поступлении предыдущего импульса, хранящееся во временном регистре (6148). Полученное значение 90 (T_инт.1= 18,0 мкс) и соответствует в таблице S значению слова данных 7. Процессор второго устройства помещает содержимое регистра захвата (6238) во временный регистр, заносит значение слова данных 7 в ячейку памяти 3 и возвращается к выполнению основной программы.

При поступлении седьмого импульса из этой последовательности на вход модуля захвата CAPTURE процессора второго устройства процессор второго устройства помещает в регистр захвата текущее значение таймера, равное 6348, и инициирует прерывание регистра захвата. Процессор прерывает выполнение основной программы и из значения, находящегося в регистре захвата, (6348) вычитает значение, полученное модулем захвата при поступлении предыдущего импульса, хранящееся во временном регистре (6238). Полученное значение 110 (Т_инт.1= 22,0 мкс) и соответствует в таблице S значению слова данных 10. Процессор второго устройства помещает содержимое регистра захвата (6348) во временный регистр, заносит значение слова данных 10 в ячейку памяти 4, и, так как все четыре слова пакета приняты, регистрируется конец передачи пакета данных. Далее процессор возвращается к выполнению основной программы.

Далее первое устройство переходит в режим приема, а второе устройство переходит в режим передачи. Процессор второго устройства передает два дискретных импульса шириной 200 нс с интервалом времени между их передними фронтами 30,8 мкс, что соответствует команде подтверждения приема пакета, которые через формирователь сигнала излучателей генерируют оптические сигналы такой же длительности, которые излучаются в оптический тракт и достигают фотодетекторов первого устройства, генерируя в них сигнал такой же формы, который после усиления поступает на вход модуля захвата процессора CAPTURE первого устройства.

При поступлении первого импульса на вход модуля захвата CAPTURE процессора первого устройства процессор первого устройства помещает в регистр захвата текущее значение таймера, к примеру равное 20500, и инициирует прерывание регистра захвата. Извлеченное значение (20500) помещается во временный регистр. Процессор первого устройства устанавливает признак начала передачи.

При поступлении второго импульса на вход модуля захвата CAPTURE процессора первого устройства процессор первого устройства помещает в регистр захвата текущее значение таймера, равное 20654, и инициирует прерывание регистра захвата. Процессор прерывает выполнение основной программы и из значения, находящегося в регистре захвата, (20654) вычитает значение, полученное модулем захвата при поступлении предыдущего импульса, хранящееся во временном регистре (20500). Полученное значение 154 (Т_инт.1=30,8 мкс) и соответствует в таблице S команде подтверждения приема пакета. Процессор первого устройства помещает содержимое регистра захвата (20654) во временный регистр и регистрирует прием подтверждения. Далее процессор возвращается к выполнению основной программы.

На этом сеанс связи заканчивается.

Введение процессора, который является стандартным устройством с невысокой стоимостью, позволяет достичь цели снижения стоимости устройства за счет использования относительно недорогих типов процессоров. Дополнительно стоимость устройства снижается за счет удешевления стоимости его разработки, так как разработка и отладка программы процессора, как правило, дешевле разработки и отладки устройства, состоящего из логических схем и программируемых логических схем.

Введение процессора позволяет реализовать возможность использования двух разновидностей позиционно-импульсной модуляции (дифференциальной и с постоянной скоростью) и изменения параметров модуляции в широких пределах.

Повышение эффективности передачи становится здесь возможным, если значениям данных и командам ставить в соответствие номер позиции, исходя из средней вероятности его появления, чем выше частота появления в тракте, тем меньший номер позиции соответствует этому значению или команде и тем меньше величина T_инт. При таком соответствии при неизменных параметрах ПИМ (кроме S) средняя скорость передачи повышается.

Варьируя параметры Т_р, Т_поз и Т_имп, можно устанавливать компромисс между скоростью передачи и дальностью. Увеличивая Т_р, Т_поз и уменьшая Т_имп, можно увеличить скважность передаваемых оптических импульсов и соответственно увеличить испускаемую излучателем мощность и соответственно дальность передачи.

Повышение надежности передачи достигается с помощью введенных позиций, соответствующих не значениям данных, а командам. Эти команды могут использоваться для контроля и управления целостностью передаваемых данных, формирования пакетов данных и команд.

Дополнительно надежность передачи увеличивается из-за упрощения структуры передаваемых пакетов данных, упрощения алгоритма обработки поступающих данных, так как в описываемом устройстве присутствует однозначное соответствие сигналов с данными и командами и появляются команды, которые не передаются в виде данных, что приводит к повышению надежности передачи данных и команд.

Источники информации

1. Патент США 5214526 "Pulse modulated infrared data communications link". Appl. N 709749. Filed: Jun. 4, 1991. Int. Cl. H 04 B 10/04. US Cl. 359/184.

2. Патент США 4648133 "Synchronization tracking in pulse position modulation receiver". Appl. N 638586. Filed: Aug. 7, 1984. Int. Cl. H 04 B 9/00. US Cl. 455/608.

3. Патент США 5408351. Apr. 18, 1995. "Optical communication system". Appl. N 961606. Filled: Oct. 15, 1992. Int. Cl. H 04 B 10/00. US Cl. 359/186.

4. Патент США 4584720. "Optical communication system using pulse position modulation". Appl. N 527813. Filed: Aug. 30, 1983. Int. Cl. H 04 B 9/00. US Cl. 455/608 - прототип.