Brevet FR2462067A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne un circuit d'interface de transfert de données, et plus particulièrement, un circuit d'interface de données numériques en série qui convient pour distribuer des données numériques depuis un microprocesseur ou un poste central vers un nombre quelconque de postes éloignés ou asservis ainsi que depuis un poste éloigné vers un autre poste éloigné quelconque ou vers le microprocesseur. La technologie des calculateurs numériques, la commande numérique des machines et des processus, les techniques des circuits intégrés, d'intégration poussée eut l'élaboration des microcircuits se sont combinées pour produire une révolution dans le domaine de la fabrication ainsi que de la saisie et de la distribution des informations de production. Les opérations exécutées à un stade peuvent dépendre des conditions précises dans lesquelles l'opération précédente a été exécutée. Les données de production nécessaires pour une machine qui exécute une phase de fabrication peuvent être mémorisées dans une unité centrale de mémoire. Il y a donc une nécessité qu'une circulation constante de données le long d'une ligne de production, données qui doivent être produites, aiguillées, vérifiées et reçues dans un ensemble complexe. La condition que tout poste soit capable de recevoir des données de l'un quelconque des autres postes de l'ensemble, ou de lui transférer des données, est d'une grande importance. Une solution qui impose une interconnexion bilatérale directe entre chacun des postes devient impraticable quand le nombre de ces postes est important. Cette solution a souvent été abandonnée en faveur d'une seule ligne de données le long de laquelle les différents postes sont connectés en série. Un message est alors précédé par un code d'adresse qui identifie le poste ou les postes auxquels ce message est adressé. Les données sont reçues et mémorisées successivement par chaque poste. Si le poste n'est pas celui auquel les données sont adressées, ces données sont retransmises vers le poste suivant, en aval. Par contre, si les données sont reçues par un poste adressé, elles sont conservées ainsi que retransmises. Cette disposition présente deux inconvénients.Tout d'abord, étant donné que les données sont transmises successivement d'un poste à l'autre, chacun d'entre eux doit fonctionner de manière que les données soient reçues par le poste en aval. Ensuite, un poste ne peut émettre en amont, sans circuit supplémentaire, c'est à dire qu'il ne peut émettre des données vers un poste dont il reçoit des informations. Les coup leurs optiques comprenant des diodes électroluminescentes se sont avérés un moyen extrêmement pratique de transmission de données numériques, et un exemple d'un système de transmission qui les emploie est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 970 784. Ce brevet décrit des postes de transmission de données numériques susceptibles de recevoir et d'émettre et relié par une seule ligne bidirectionnelle de données. I1 est cependant clair que si cette disposition doit être appliquée à un grand nombre de postes, il est nécessaire d'utiliser une paire séparée de lignes de données pour interconnecter chaque poste avec tous les autres. L'invention concerne donc un circuit d'interface de données et d'informations numériques en série qui élimine les inconvénients des circuits antérieurs. Ce circuit d'interface comporte une chaîne en série de coupleurs optiques ou de dispositifs optiques d'isolement fonctionnant à l'entrée et à la sortie de chaque poste de transmission de données. Chaque coupleur optique consiste en une source lumineuse, par exemple une diode électroluminescente, couplée optiquement avec un élément commandé sensible à la lumière, par exemple un phototransistor ou une résistance dépendant de la lumière. Les diodes électroluminescentes de deux coupleurs optiques sont connectées en série avec l'élément commandé (c'est à dire le phototransistor) du troisième coupleur, aux bornes de sortie d'une source d'alimentation en courant continu. Lorsqu'un poste reçoit des données, l'élément commandé en série du circuit d'interface est court-circuité par intermittence-par les impulsions de données en série provenant d'un poste émetteur en amont. Un courant peut alors circuler dans les deux diodes électroluminescentes du circuit d'interface, produisant de la lumière. La première diode électroluminescente attaque un élément commandé couplé optiquement qui retransmet les données vers un poste suivant ou en aval. La seconde diode électroluminescente excite un élément commandé couplé optiquement qui fournit les données au poste voisin. L'ensemble peut être étendu presque sans limite et peut en outre se presenter en boucle fermée dans laquelle le dernier poste de la ligne retransmet les données vers le poste de départ. A l'émission, la diode électroluminescente du coupleur optique, qui est court-circuitée par le poste en amont lorsqu'il émet des données, est excitée par les impulsions de données numériques en série provenant de la sortie du poste voisin. Un courant circule alors dans l'élément commandé, tel qu'un phototransistor, et dans les diodes électroluminescentes des deux autres coupleurs optiques du circuit d'interface. Non seulement des impulsions de données en série sont émises vers le poste suivant mais également, le poste qui émet peut vérifier l'émission en utilisant le signal de sortie du coupleur optique utilisé pour recevoir les impulsions de données. Dans un système en boucle fermée, tout poste de données peut ainsi émettre vers n importe quel autre. Le circuit d'interface est modifié pour éviter la transmission par un circuit d'interface pendant que le poste associé émet. L'invention a donc pour objet de réaliser un circuit d'interface de données destiné à des postes de réception et d'émission de données numériques en série. Un autre objet de l'invention est de réaliser un circuit d'interface de données numériques qui élimine la mémorisation et la retransmission des données dans un poste auquel les données ne sont pas adressées. Un autre objet encore de l'invention est de réaliser un circuit d'interface de données susceptible de fonctionner en boucle fermée. Un autre objet encore de l'invention est de réaliser un circuit d'interface de données numériques en série dans lequel chaque poste de données peut recevoir et émettre des données de chacun des autres postes sur une seule paire de lignes de données. Un autre objet enfin de l'invention est de réaliser un circuit d'interface de données numériques dans lequel chaque poste qui émet est immédiatement capable de lire et de vérifier les données provenant des lignes de données sur lesquelles il est en train d'émettre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs la figure 1 est un schéma d'un ensemble de transmission d'informations numériques, selon l'invention, la figure 2 représente un ensemble de transmission d'informations numériques en boucle fermée comportant des circuits d'interface d'un autre mode de réalisation selon llin- vention, et la figure 3 est un schéma des circuits d'interface modifiés de l'ensemble en boucle fermée de la figure 2. La figure 1 représente donc un ensemble de transmission d'informations numériques auquel l'invention s1 applique, et désigné globalement par la référence 10. Un microprocesseur 12 produit des impulsions de données numériques en série sur une paire de lignes de données 14. Le microprocesseur 12 peut être pratiquement de toute dimension et il comporte la quantité voulue d'éléments de mémoire, de calcul et de logiciel. Le microprocesseur 12 est représenté ici simplement comme une source représentative d'informations numériques et il ne doit pas être considéré comme faisant partie de l'invention, ni comme une limitation. Les impulsions dlinformations numériques provenant du microprocesseur 12 sont passives, c'est à dire qu'aucune tension n'est appliquée sur la ligne 14 par le microprocesseur 12. Le signal ou état "0" sur la ligne de données 14 est représenté par un circuit ouvert par le microprocesseur 12 et le signal- tl "1" ou niveau haut est représenté par un court-circuit des lignes de données 14 établi par le microprocesseur 12. La sortie du microprocesseur 12 sur les lignes de données 14 est connectée à un circuit d'interface 21 d'un premier poste de données 22. Les lignes 14 sont connectées dans le circuit d'interface 21 de manière à court-circuiter un élément commandé, à savoir une résistance dépendant de la lumière ou un phototransistor 18 faisant partie d'un premier coupleur optique 16. Le premier coupleur optique 16 comporte également une source lumineuse, généralement une diode électroluminescente 20 communiquant optiquement avec le phototransistor 18. La diode électroluminescente 20 est connectée à la sortie de donnees du premier poste de données 22, dont le fonctionnement sera décrit par la suite. Le phototransistor 18 du coupleur optique 16 est connecté en série avec une diode électroluminescente 26 d'un second coupleur optique 24 et une autre diode électroluminescente 32 d'un troisième coupleur optique 30. Les diodes électroluminescentes 26 et 32 et le phototransistor 18 sont connectés en série avec une résistance 36 de limitation de courant, aux bornes de sortie d'une source d'alimentation en courant continu de basse tension, non représentée, qui généralement délivre une tension nominale de 5 volts. Le coupleur optique 24 comporte une résistance dépendant de la lumière ou un phototransistor 28 couplé optiquement avec la diode électroluminescente 26. Enfin, le coupleur optique 30 comporte une résistance dépendant de la lumière ou un phototransistor 34 couplé optiquement avec la diode électroluminescente 32. Le signal de sortie du phototransistor 34 est appliqué sur une paire de lignes de données 38 vers un circuit d'interface 41 à un second poste de données 40 éloigné du premier poste de données 22. Le circuit d'interface 41 du poste de données 40 est identique au circuit d'interface 21 et comporte trois coupleurs optiques 42, 44 et 46 qui sont connectés de la manière déjà décrite à propos du circuit d'interface 21. Le fonctionnement du circuit d'interface de données est évident. Le microprocesseur 12 produit des impulsions de données sur les lignes 14 en les ouvrant et les court-circuitant alternativement, comme cela a été expliqué ci-dessus. Le court-circuit intermittent du phototransistor 18, dont l'impédance est normalement élevée, abaisse la résistance du circuit en série comprenant la résistance 36, les diodes électroluminescentes 26 et 32 et le phototransistor 18, faisant ainsi circuler un courant provenant de la source d'alimentation dans les diodes électroluminescentes 26 et 32 et la résistance 36. La lumière émise par les diodes électro luminescentes 26 et 32 excitées produit une diminution de résistance ou un signal à la sortie des phototransistors 28 et 34. Le phototransistor 28 fournit donc au premier poste de données 22 les impulsions de données émises par le microprocesseur 12.D'une manière similaire, le phototransistor 34 émet les impulsions provenant du microprocesseur 12 sur les lignes de données 18 vers le poste 40 suivant. Les impulsions de données sur les lignes 38 sont identiques aux impulsions de données sur les lignes 14, provenant du microprocesseur 12, et elles court-circuitent l'élément passif, à savoir une résistance dépendant de la lumiere ou un phototransistor 43 du coupleur optique 42, de sorte qu'un courant circule depuis la source de courant continu, par les éléments actifs, à savoir les diodes électroluminescentes 45 et 47 des coupleurs optiques 44 et 46.Le signal de sortie du coupleur optique 44 fournit au poste de données 40 les impulsions de données provenant du circuit d'interface 21 et le signal de sortie du coupleur optique 46 fournit des informations de données pulsées au poste suivant (poste de données nO 3) comme l'indique la figure 1. Il apparaît ainsi que les circuits d'interface de données selon l'invention peuvent être utilisés en cascade pour émettre et retransmettre des impulsions de données vers un nombre quelconque de postes, pratiquement sans limite. I1 faut noter que les impulsions de données provenant du microprocesseur 12 apparaissent sur les lignes de données 38 même si le poste 22 n'est pas en fonctionnement, par exemple lorsqu'il est arrêté pour son entretien. Dans le but d'émettre des données, un poste tel que le premier poste de données 22, applique des impulsions à la diode électroluminescente 20 du coupleur optique 16. Cela réduit l'impédance de l'élément 18 qui intervient sur les coupleurs optiques 24 et 30 en série de la même manière que les impulsions de données reçues sur les lignes 14 provenant du microprocesseur 12. La lumière produite par la diode électroluminescente 20 abaisse la résistance du phototransistor 18 de sorte qu'un courant y circule et allume les diodes électroluminescentes 26 et 32. Les impulsions lumineuses de la diode 32 sont reçues par le phototransistor 34 qui repro duit ces impulsions à sa sortie connectée aux lignes de données 38. Ainsi, les impulsions de données sont transmises sur les lignes de données 38 vers le circuit d'interface 41 du second poste de données 40.En outre, les impulsions de données sont disponibles à la sortie du phototransistor 28 du coupleur optique 24 et peuvent être lues par le poste de données 22 sous forme d'un contrôle immédiat des données qu'il émet.Il apparaît ainsi que, comme le montre la figure 1, tout poste de données peut émettre vers n'importe quel autre poste en aval et que n'importe quel poste peut recevoir des données de tous les autres postes en amont. Des données numériques peuvent être adressées à l'un quelconque d'un groupe particulier de postes de données en utilisant des préfixes d'adresse ajoutés aux données. Chaque poste est alors programmé ou connecté de maniere à réagir à une adresse numérique particulière. En outre, dans un ensemble selon l'invention, puisque des données sont transmises en passant à côté d'un poste non adressé plutôt qu'en le traversant, en incorporant une temporisation de bande morte dans les postes de données, un poste non adressé peut être réalisé de manière à négliger une émission qui ne lui est pas destinée. Cela impose essentiellement un circuit ou une programmation qui interrompt le fonctionnement de la section d'entrée de données d'un poste lorsqu'un préfixe d'adresse d'un poste différent a été détecté sur les lignes de données. Le poste continue à contrôler les lignes de données pendant le temps mort. Après un intervalle de temps mort (par exemple 7 millisecondes) le poste de données non adressé remet en circuit sa section d'entrée de données et contrôle les lignes de données en attente d'une émission qui lui soit adressée. La figure 2 représente un ensemble 49 d'interface de données selon l'invention, en configuration de boucle fermée. L'ensemble comporte un poste central 50 dans lequel un circuit d'interface 51 est connecté à un microprocesseur ou autre dispositif 52 de saisie et de transmission de données, de la même manière que celle décrite ci-dessus. Une paire de lignes de données 53 transfère des impulsions de données numériques en série vers un premier terminal de données 54. Le premier terminal 54 comporte également le circuit d'interface 55 connecté à un poste de données 56. Les signaux de sortie du premier terminal 54 sont transmis sur une paire de lignes 57 vers un second terminal (non représenté), et ainsi de suite, jusqu'à un nième terminal 58.Le nième terminal 58 comporte de la même manière un circuit d'interface 59 et un poste de données 60. La sortie du nième terminal 58 est ramenée sur une paire de lignes de données 61 au poste central 50 pour être connectée par l'intermédiaire d'un interface 51 à une entrée de signaux du processeur 52. L'ensemble de transmission de données numériques en série représenté sur la figure 2 est un système en boucle fermée qui permet non seulement un contrôle immédiat par le processeur 52 des données qu'il émet, mais qui permet également à tout poste de données de l'ensemble d'émettre des données vers n'importe quel autre poste, soit en amont, soit en aval, puisque le signal de données circule sur toute la boucle fermée pour revenir au poste qui émet. Grâce à l'utilisation d'un système d'adressage et d'un contrôle en bande morte, n'importe quel poste peut adresser n'importe quel autre connecté dans la boucle fermée. Les deux postes peuvent alors communiquer dans un sens et dans l'autre dans la mesure ou le circuit ne doit pas rester inactif pendant la durée prédéterminée de la bande morte. Quand la communication est terminée et que le circuit est au repos pendant la durée prédéterminée, tous les postes sont remis en service et n'importe lequel d'entre eux peut adresser et communiquer avec n'importe quel autre. Le circuit d'interface représenté sur la figure 1 ne fonctionne pas de façon satisfaisante dans un ensemble en boucle fermée tel que celui représenté sur la figure 2. Cela est dû au fait que lorsque l'un des postes applique une impulsion de données à la boucle, toute cette boucle passe au niveau logique "1". Ce niveau logique "1" se poursuit alors indéfiniment même après que l'impulsion a été interrompue par le poste émetteur. La figure 3 représente donc un circuit d'interface 70 modifié, connecté à un poste de données 71 qui est désigné arbitrairement comme poste nO i. Le poste 71 peut être l'un quelconque des postes comprenant le microprocesseur 52, le poste 56 ou les autres postes de la boucle fermée de la figu re 1. Le circuit d'interface 70 comporte une paire de lignes d'entrée de données 73 qui sont connectées à la sortie du circuit d'interface du poste précédent dans la boucle fermée et une paire de lignes de sortie de données 74 qui sont connectées à l'entrée du circuit d'interface du poste de données suivant dans la boucle. Le circuit d'interface 70 comporte également une paire de lignes d'entrée de données 75 provenant du poste 71 et une paire de lignes de sortie de données 76 connectées au poste 71.Le circuit d'interface 70 comporte d'une façon générale quatre coupleurs optiques 77 à 80. Une source d'alimentation à basse tension, par exemple une source courante de courant continu à 5 volts, est connectée par une borne 81 à un circuit comprenant une résistance 82 de limitation de courant, une diode électroluminescente 83 dans le coupleur 78, une diode électroluminescente 84 dans le coupleur 77 et les lignes d'entrée de données 73 vers la masse 85. Lorsqu'une impulsion de données est reçue sur les lignes 73, provenant du poste précédent, le circuit est fermé et excite les diodes électroluminescentes 83 et 84. La diode 84 est couplée optiquement avec un phototransistor 85 connecté aux lignes de sortie 74 de manière à appliquer l'impulsion au poste suivant dans la boucle fermée. D'une manière similaire, la diode électroluminescente 83 du coupleur optique 78 est couplée optiquement avec un phototransistor 86 qui applique l'impulsion de données reçue sur les lignes d'entrée 76 vers le poste 71. Les coupleurs optiques 79 et 80 fonctionnent quand des données sont émises par le poste 71. D'une façon générale, le coupleut optique 79 applique les données de sortie du poste 71 aux lignes de sortie 78 et le coupleut optique 80 inhibe toute transmission des lignes d'entrée 73 vers les lignes de sortie 74.Le coupleur optique 79 comporte une diode électroluminescente 87 et le coupleur optique 80 comporte une diode électroluminescente 88 ces diodes étant connectées en série aux bornes des lignes de sortie 75 provenant du poste 71. Quand le poste 71 applique une impulsion de sortie sur la ligne 75, les deux diodes électroluminescentes 87 et 88 sont excitées. La diode 87 excitée dans le coupleur optique 79 excite le phototransistor 89 connecté entre les lignes de sortie 74, en parallèle avec le phototransistor 85. Ainsi, les données de sortie du poste 71 sont appliquées sur la ligne 74 vers le poste de données suivant dans la boucle fermée. La diode 88 allumée excite un phototransistor 90 dans le coupleur optique 80. Le phototransistor 90 est connecté de manière à court-circuiter la diode 84 du coupleur optique 77.Par conséquent, une impulsion de données reçue sur les lignes d'entrée 73 provenant du poste précédent dans la boucle fermée est dérivée du coupleur optique 77 pendant que le poste 71 émet des données. Mais l'impulsion d'entrée reçue sur les lignes 73 allume encore la diode électroluminescente 83 du coupleur optique 78. Cela permet aux données émises par le poste 71 de parcourir toute la boucle jusqu'au coupleur optique 78 et par conséquent jusqu'aux lignes d'entrée 76 du poste 71, pour vérification. Etant donné que les données qui parcourent toute la boucle fermée ne franchissent pas le coupleur optique 77, cette boucle revient normalement au niveau bas ou "0" quand une impulsion de sortie provenant du poste 71 cesse sur la ligne 75. Eventuellement, un relais peut être connecté entre les lignes d'entrée et de sortie dans chacun des circuits d'interface des figures 1 et 3. Le relais de chaque circuit d'interface est normalement maintenu ouvert par la source d'alimentation à basse tension qui alimente le circuit d'interface. Dans le cas où la source d'alimentation est défaillante ou lorsqu'un poste est mis hors service, le relais ferme son contact pour connecter les lignes d'entrée de ce poste avec les lignes de sortie de manière à maintenir la continuité de l'ensemble. Il est bien évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits et illustrés à titre d'exemples sans sortie du cadre de l'invention. Dans la description ci-dessus, le terme "coupleur optique" désigne tout type de dispositif de couplage par énergie rayonnante dont le temps de réponse est suffisamment court pour manipuler les données émises dans le système incorporant le circuit d'interface. REVENDICATIONS 1 - Circuit d'interface de données numériques en série destiné à relier un poste d'émission et de réception de données comportant une entrée et une sortie à la sortie d'un poste précédent et à l'entrée d'un poste suivant, circuit d'interface caractérisé en ce qu'il comporte des premier, second et troisième coupleurs optiques comprenant chacun un elément d'attaque couplé optiquement avec un élément commandé, une source de tension, un dispositif de connexion des élé- ments d'attaque des premier et second coupleurs optiques et de l'élément commandé du troisième coupleur optique en série avec ladite source de tension, un dispositif de connexion de la sortie du poste précédent en parallèle avec ledit élément commandé dudit troisième coupleur optique, un dispositif de connexion dudit élément d'attaque dudit troisième coupleur optique à la sortie dudit poste d'émission et de réception de données, un dispositif de connexion dudit élément commandé dudit second coupleur optique à l'ventrée dudit poste d'émis- sion et de réception de données et un dispositif de connexion dudit élément commandé dudit premier coupleur optique à l'entrée dudit poste suivant. 2 - Circuit d'interface selon la revendication 1, carac térisé en ce que lesdits éléments d'attaque consistent en des diodes électroluminescentes. 3 - Circuit d'interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments commandés consistent en des phototransistors. 4 - Circuit d'interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments commandés consistent en des résistances dépendant de la lumière. 5 - Dispositif de transfert d'impulsions de données en série entre plusieurs postes de données disposés en une séquence, chaque poste de données comportant une entrée et une sortie, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une paire séparée de conducteurs entre deux postes voisins dans la séquence, un circuit d'interface séparé associé avec chaque poste, chaque circuit d'interface comprenant un premier coupleur optique avec un élément d'attaque connecté à une première entrée et couplé optiquement avec un élément commandé connecté à une première sortie, un second coupleur optique avec un élément d'attaque connecté à une seconde entrée et couplé optiquement avec un élément commandé connecté à une seconde sortie, un troisième coupleur optique avec un élément d'attaque connecté à une troisième entrée et couplé optiquement avec un élément commandé connecté à une troisième sortie, une source de tension, un dispositif de connexion en série de ladite source de tension, de ladite première entrée, de ladite seconde entrée et de ladite troisième sortie, un dispositif de connexion de ladite première sortie aux conducteurs aboutissant au poste suivant dans la séquence, un dispositif de connexion de ladite seconde sortie à l'entrée du poste associé avec ce circuit d'interface, un dispositif de connexion de ladite troisième entrée à la sortie du poste associé et un dispositif de connexion de ladite troisième sortie aux conducteurs provenant du poste précédent dans la séquence. 6 - Circuit d'interface de données numériques en série destiné à relier un poste d'émission et de réception de données comportant une entrée et une sortie à une ligne d'entrée de données provenant d'un poste de données précédent et à une ligne de sortie de données aboutissant à un poste de données suivant, circuit d'interface caractérisé en ce qu'il comporte un premier coupleur optique qui relie ladite ligne d'entrée de données à ladite ligne de sortie de données, un second coupleur optique qui relie ladite ligne d'entrée de données à ladite entrée dudit poste de réception et d'émission de données et un troisième coup leur optique qui relie ladite sortie dudit poste de réception.et d'émission de données à ladite ligne de sortie de données. 7 - Circuit d'interface selon la revendication 6, carac térisé en ce qu'il comporte en outre un quatrième coupleur optique commandé par ladite sortie dudit poste de réception et d'émission de données de manière à bloquer le passage des données provenant de ladite ligne d'entrée de données vers ladite ligne de sortie de données. 8 - Circuit d'interface selon la revendication 7, carac térisé en ce que chacun desdits coupleurs optiques comporte une entrée couplée optiquement avec une sortie, ledit circuit d'interface comportant en outre un dispositif de connexion des entrées desdits premier et second coupleurs optiques à ladite ligne d'entrée de données, un dispositif de connexion des sorties desdits premier et troisième coupleurs optiques à ladite ligne de sortie de données, un dispositif de connexion des entrées desdits troisième et quatrième coupleurs optiques à ladite sortie du poste de réception et d'émission de donnees, un dispositif de connexion de la sortie dudit second coupleur optique à ladite entrée dudit poste de ré ce tion et d'émission de données et un dispositif de connexion de la sortie dudit quatrième coupleur optique à l'entrée dudit premier coupleur optique.