單向單線通訊接口的製作方法
2023-05-13 20:57:51 1
專利名稱：單向單線通訊接口的製作方法
相關申請本申請要求申請日為1999年10月28日的美國臨時專利申請60/161,940的優先權，該申請已轉讓給本申請的受讓人，並在此將該申請作為本申請的參考文獻。
背景技術：
1.發明領域本發明涉及一種用於在兩個數據處理器之間傳輸信號的設備。尤其是，本發明涉及一種用於主處理器和從屬處理器之間的數據交換的設備。在兩個處理器之間由一條數據線建立了一種連接，並且通訊是單向的，由從屬處理器至主處理器。
2.相關技術對於可攜式的電子設備，如手機、個人數字助理，和可攜式攝像機，例如，已經開發了用於將各種可攜式的電子設備的元件連接在一起的體系結構/協議，這樣它們之間可以通訊。一個簡單的例子是電池組(一種「從屬」元件)，它可拆裝地與一種可攜式的電子設備(一種「主」設備)連接。至少，電池組應該能與可攜式的電子設備相通訊，通知可攜式攝像機關於在其電池中所含有的電量。
優選地，該通訊結構被設計成帶有儘可能少的連接。目前，最常使用的一種系統結構是系統管理(SM)總線，它包括三條線，連接主設備與從屬元件。該設備和元件通過其中的一條線通訊，而時鐘信號通過第二條線提供，而第三條線用於接地。
一種目前流行的用於SM總線的協議是接口集成電路(Inter-Integrated Circuit)(I2C)，它最初是由飛利浦半導體公司開發的。該協議使用一個同步信號，並具有容納多個主元件和多個從屬元件的優點(包括多個電池，其中該系統監視每個電池的各種狀態)。
對於手機製造商來說，已經強調使用只含兩條線的通訊結構。一種被大多數手機公司採用的體系結構/協議，是由達拉斯半導體公司、本奇馬克公司、優尼託羅得公司和德克薩斯儀器公司開發的「DQ」系統。該DQ系統使用一條單線和一條接地線來將一個主設備和多個從屬元件相連接。數據在那條非接地線上可雙向傳輸。該體系結構包括一個上拉式電阻，用於保持該線處於高態，並允許數據在該線狀態拉低時被傳輸，這樣對於每個傳輸比特位，傳輸線的狀態可以是高態或低態。
雙向、單線總線的一個缺點是，由於連接至一個主設備的多個從屬元件，信號交換變得複雜，而主設備必須分別詢問每個從屬元件。
雙向、單線總線的另一個缺點是，需要使用一些時域或頻域的聯繫，來跟蹤通訊的兩個半通道。致力於該系統費用的最小化，通過使用一種不穩定的振蕩器提供一種原生的時基。這種原生的時基，與電的相互關係一起，提供了用於通過一條單線總線的雙向通訊的必要參考。
雙向、單線總線的再一個缺點是，由於通訊的雙向特性，從屬元件必須要求有從數據線上讀取數據和從主設備上接收信息的能力。因此，一個I2C系統中的從屬元件，將會在大多數情況下，要求從屬元件必須有允許接收信息的體系結構，因此增加了從屬元件的成本和複雜性。
因此，現在仍然期望的是，一種新型的和改進的用於連接一個從屬元件處理器和一個主元件處理器的通訊體系結構/協議。優選地，與上述的I2C和DQ系統相比較，該新型的體系結構/協議將會是簡單的和低成本的。
發明概述為了解決上述問題，本發明提供了一種數據通訊接口，用於向一個主處理器傳送至少一個數據位。該接口包括一條單線數據線，和一個連接至數據線的從屬處理器，該從屬處理器包括一個下拉式電路，用於改變數據線上的電壓。該從屬處理器沒有從數據線上讀取數據的能力，但是對其進行編程，當數據線被激活時，使用下拉式電路改變數據線上的電壓，以發出至少一個數據位的信號。
依據本發明的一個方面，從屬處理器被編程，以使在被激活的數據線上的電壓下降以發出信號「0」，和使被激活的數據線上的電壓提高以發出信號「1」。
依據本發明的另一個方面，該接口包括一個連接至數據線的主處理器，該主處理器還包括一個下拉式電路，在主處理器的請求下，用於改變數據線上的電壓。該主處理器能夠從數據線上讀取數據，並且被編程，當需要來自從屬處理器的至少一個數據位時，使用下拉式電路以激活數據線。主處理器還被編程，用於從被激活的數據線上讀取電壓，以確定由從屬處理器發送的一個位值。
正如下面詳細描述的，目前公開的通訊體系結構/協議使用了最少量的硬體，將預選的信息由從屬處理器向主處理器進行傳送。通訊的格式是簡單的，並且不要求連續監視，結果同時降低了主處理器和從屬處理器的能量消耗，這在可攜式的電子設備中自然是重要的。因此，目前公開的單向、單線通訊接口，對於手持的或其它低功率的可攜式電子設備，例如手機、個人數字助理和可攜式攝像機，是特別具有吸引力的。
附圖的簡要描述本公開將參照附圖進行描述，其中
圖1是一個簡化的示意圖，說明依據本發明的一個通訊接口，包括一個從屬元件與一個主設備通過一條不定向的、單線的總線相連。
圖2顯示了數據線電壓對時間的圖表，說明了依據本發明的使用圖1中接口的不定向的通訊。
圖3顯示了一個流程圖，說明依據本發明的由圖1中的主設備使用的「數據初使化」算法。
圖4顯示了一個流程圖，說明依據本發明的由圖1中的從屬元件使用的「發送數據」的算法。
圖5顯示了一個流程圖，說明依據本發明的由圖1中的客戶端設備使用的「發送數據」算法。
圖6是一個簡化的示意圖，說明依據本發明的通訊接口，包括一條不定向的、單線總線，將包括一個電池組的從屬元件連接至包括一個可攜式電子產品的主設備。
圖7是一個簡化的示意圖，說明一個依據本發明的計算機處理單元，適合於與其它類似的計算機處理單元串行聯接，用於與一個主設備的連續通訊；及圖8是一個簡化的示意圖，說明依照本發明構造的一個電池組，並包括圖7中的多元的計算機處理單元串行連接，用於與主設備的連續通訊。
在這幾個圖中，同樣的標號表明相同的或一致的元件和單元。
發明的詳細描述參考圖1至圖4，本發明提供了由從屬處理器通過一條單線數據線，向主處理器傳送至少一個數據位信號的一種方法。該方法包括提供一個從屬處理器，它不能從該數據線上讀取數據。該方法還包括當需要來自從屬處理器的至少一個數據位時，使用一個主處理器激活該數據線；使用從屬處理器改變被激活數據線上的電壓；和使用主處理器從被激活的數據線上讀取數值以確定由從屬處理器傳送的一個位值。
當需要的數據位由從屬處理器發送後，主處理器釋放該數據線。優選地，直至在該線被主處理器激活後的一個預選時域，從屬處理器才開始改變被激活的數據線上的電壓，來發送一個數據位，這樣主處理器已經準備好接收全部數據信號。
正如圖2所示，主處理器通過將該數據線上的電壓提高至一個高邏輯電平，激活該數據線。然後，該從屬處理器將被激活的數據線上的電壓拉低，發送信號「0」，提高被激活的數據線上的電壓，發送信號「1」。該通訊方法優選設計成使該模塊的電池的電荷轉出最小化。因此，該從屬處理器從不向該數據線發出電流，而是接收電流。
如圖1所示，一個具有計算機處理器(CPU)的主設備包括主處理器。該CPU還包括一個由主處理器控制的下拉式電晶體，用於改變數據線上的電壓。一個從屬元件具有一個包括從屬處理器的CPU，該CPU還包括一個阻抗很高的下拉式電阻，用於改變數據線上的電壓。(一個用於從屬元件的高阻抗下拉式電阻，只是為了避免出現漂浮節點)。如圖所示，該系統還包括一個電源線和一個地線，延伸至該設備和該元件之間。所有的傳輸線都可以在從屬元件和主元件之間斷開連接，這樣，這些線可以根據需要重新連接，也就是從屬元件可以插入主設備中(例如像一個電池組，插入至一個手機中)。
圖3顯示了一個依據本發明、由圖1中的主處理器使用的「數據初始化」算法，而圖4顯示了一個依據本公開，由圖1中的從屬處理器使用的「發送數據」算法。使用圖4中的「發送數據」算法，直至當主處理器激活該數據線，從屬處理器被主處理器喚醒時才開始動作。
圖5顯示了一個依據本發明、由圖1中的客戶端設備使用的可選的「發送數據」算法。使用該可選的算法，既使數據線沒有被主處理器激活，從屬處理器也簡單地嘗試在預定的周期內發送數據。
在圖6中，顯示了一個包含電池組的從屬元件，該電池組包括圖1中的從屬CPU。除了從屬CPU之外，該電池組還包括一個電池、至少一個用於測量電池可變性能和產生一個指示測量值的模擬信號的測量設備，和一個用於將指示測量值模擬信號轉換成至少一個數據位的模/數轉換器。該從屬CPU連接至轉換器，並包括存儲器(沒有顯示)，用於從轉換器接收至少一個數據位，並且存儲至少一個數據位，直至該數據線被激活。
如圖6所示，電池組中的至少一個測量設備，包括測量電壓、電流、溫度和電流用量的工具。同時也顯示了，該電池組可與一個包括圖1中的主CPU的可攜式產品(例如手機)相連接。
參考圖7，另一個從屬CPU包括一個信號輸入線、一個數據輸出線和一個信號輸出線。從屬CPU也包括一個處理器，它包括一個下拉式電路，用於改變信號輸出線上的電壓。該處理器連接至信號輸入線和數據輸出線上，並且被編程，當輸入信號線上的電壓變化時，通過數據輸出線輸送至少一個數據位。該處理器也被編程，當通過該數據輸出線完成輸送至少一個數據位時，改變信號輸出線上的電壓。
圖7中的從屬CPU適合於與其它從屬元件串聯，用於與主設備進行連續通訊。圖8顯示了一個按照本公開構造的電池組，並包括圖7中的多元的從屬元件，一起串行連接，用於與主設備進行連續通訊。每個從屬元件連接至一個電池。儘管沒有顯示，每個從屬元件至少包括一個用於測量電池可變性能的測量設備，和一個模/數轉換器，用於將測量設備產生的模擬信號轉換為一個數位訊號。
如圖所示，從屬CPU的信號輸入線和信號輸出線是串聯的。該組件還包括一個組件CPU，它具有一個處理器、一條用於連接至一個主元件(沒有顯示)的單線數據線、一條用於接收來自從屬元件各個數據輸出線上信號的信息線、和一條連接至所連接的從屬元件的第一條信號輸入線的命令線。
該組件處理器連接至該組件數據線，並包括第一個下拉式電路，用於改變數據線上的電壓，以向連接至該數據線上的主機發送信號。該處理器還與命令線相連接，並包括第二個下拉式電路，用於改變命令線上的電壓。該處理器還連接至信息線。
對該處理器進行編程，以便當該數據線被激活時使用第二下拉式電路改變命令線上的電壓，向第一個從屬CPU輸送信號，報告信息。該組件處理器還被編程，以便當在信息線上接收到來自從屬元件的至少一個數據位時，使用第一個下拉式電路改變數據線上的電壓，通過數據線發送信息，包括對從屬元件(即第一個從屬、第二個從屬…)以及特定從屬元件的至少一個數據位(即從屬的各個電池的信息)的識別。
因此，當主處理器激活組件的數據線時，該組件處理器降低了命令線上的電壓，通知第一個從屬CPU，通過信息線發送關於第一個電池的信息至該組件的CPU。該組件處理器然後通過該數據線，利用圖2中的協議，發送電池的號碼和信息至主處理器。
然後，第二、第三和第四個從屬(部件)連續向組件CPU報告它們的電池信息，該CPU依次連續向主處理器報告電池的識別符和電池信息。最後一個從屬CPU的信號輸出線(在特定的具體化實施例中的第四個從屬部件)也連接至組件處理器的信息線上。當最後一個從屬(部件)完成向組件CPU報告信息時，最後一個從屬部件向組件發出信號，表明最後一個從屬部件已經通過從屬部件的信號輸出線和組件CPU的信息線進行了報告。組件CPU然後可以向主處理器發出信號，組件的所有從屬部件已經報告完畢。
從屬CPU的信號輸入線和信號輸出線優選通過電壓轉換器相連，而數據輸出線優選通過光絕緣體連接至組件CPU的信息線。另外，從屬部件的信號輸出線和組件CPU的信息線通過光絕緣體相連。
因此，本發明提供了一種新的和改進的通訊體系結構和協議，它包括在主處理器和從屬處理器之間連接一條單向數據線。在此方法中，該主處理器(它可能是一個可攜式電子元件，例如手機、PDA或可攜式攝像機)含有一個開關，用於將一個正電壓耦合至數據線。從屬處理器(它可以包含在一個電池組內用於監視電池)然後使用一個預定的協議，按一定的速率發送信號，但只是沿著數據線的一個方向。
因此，當主處理器需要信息時，主處理器激活該數據線，而從屬處理器能夠向主處理器發送信息。當來自從屬處理器的數據傳輸完成時，或在傳輸結束之前(也就是在主處理器的判斷下)，主處理器可以移去數據線上的電壓，使數據線電壓變低。從屬處理器可以被程序激活，並且當數據線被激活時，只發送數據，或不管該數據線的狀態連續發送數據。
依據本發明，在一個含有多個從屬處理器的設備中，由主處理器訊問每一個從屬處理器的工作是連續和周期地進行的。在一個具體的實施方案中(沒有顯示)，每個從屬部件可以包括一個存儲設備，例如一個移位寄存器，它可以連續地實時更新所需信息，並傳送至主處理器。然後，當從屬部件被主處理器激活時，向主處理器提供最近的更新後的信息。另一個具體化實施例(沒有顯示)可包括一個系統，用於監視多個電池隨著周期的和交錯的時延，或一個有線的OR邏輯序列，以確定哪一個從屬部件正被訊問。多種鑑定方案或邏輯序列也可以用於確定是否另一個從屬部件正在使用該單線數據線。
對於本領域的熟練技術人員應該理解的是，上面所描述的具體實施方案僅僅是用於說明本發明。這些實施例可以有助於說明本發明概念的一些範圍，但這些實施例並不僅僅限於這些實施例。因此，本發明的開創性的概念的範圍並不僅僅由權利要求限定。
權利要求
1.一種由從屬處理器通過一條單線數據線傳送至少一個數據位至主處理器的方法，包括提供一個不能從數據線上讀取數據的從屬處理器；當需要來自從屬處理器至少一個數據位時，使用主處理器激活該數據線；使用從屬處理器改變被激活的數據線上的電壓；和使用主處理器，讀取被激活的數據線上的電壓，以確定由從屬處理器發送的一個位值。
2.依據權利要求1的方法，還包括當需要的數據位被從屬處理器發送時，釋放數據線。
3.依據權利要求1的方法，其中，該從屬處理器只是在預選的時間周期過去後，改變被激活的數據線上的電壓。
4.依據權利要求1的方法，其中，該從屬處理器將被激活的數據線上的電壓拉低，以發送一個信號「0」。
5.依據權利要求1的一種方法，其中，該從屬處理器將被激活的數據線上的電壓提高，發送一個信號「1」。
6.依據權利要求1的方法，其中，該主處理器通過提高數據線至一個高邏輯電平，激活該數據線。
7.一種用於傳送至少一個數據位至主處理器的通訊接口，包括一條單線數據線；一個連接至該數據線的從屬處理器，並包括一個下拉式電路，用於在從屬處理器的請求下，改變該數據線上的電壓，該從屬處理器不能從該數據線上讀取數據；其中，該從屬處理器被編程，用於當該數據線被激活時，使用該下拉式電路，改變該數據線上的電壓，以便發送至少一個數據位。
8.依據權利要求7的接口，其中，該從屬處理器包括一個時鐘並被編程，以便只在一個預選的時間周期過去後，改變被激活的數據線上的電壓。
9.一個依據權利要求7的接口，其中，該從屬處理器被編程以便降低被激活的數據線上的電壓，發送一個信號「0」。
10.一個依據權利要求7的接口，其中，該從屬處理器被編程以便提高被激活的數據線上的電壓，發送一個信號「1」。
11.依據權利要求7的接口，還包括一個連接至該數據線的主處理器，並包括一個下拉式電路，用於在主處理器的請求下，改變數據線上的電壓，該主處理器能夠從該數據線上讀取數據；其中，該主處理器被編程，用於當需要來自從屬處理器的至少一個數據位時，使用該下拉式電路，激活該數據線，並且讀取被激活的該數據線上的電壓，以確定由從屬處理器所發送的一個位值。
12.依據權利要求11的接口，其中，該主處理器通過提高該數據線的電壓至一個高邏輯電平激活該數據線。
13.一種電池組，包括一個依據權利要求7的接口，還包括一個電池；至少一個測量設備，該設備用於測量該電池的可變性能並產生一個指示該測量值的模擬信號；和一個與該測量設備相連接的模擬數字轉換器，用於將指示測量值的模擬信號轉換為至少一個數據位；其中，該從屬處理器連接至該模擬數字轉換器，並包括用於接收來自該轉換器的至少一個數據位的存儲器，並存儲至少一個數據位，直到數據線被激活。
14.一種用於發送至少一個數據位至主設備的從屬元件，包括一條信號輸入線；一條數據輸出線；一條信號輸出線；和一個處理器，包括一個下拉式電路，用於改變信號輸出線上的電壓，該處理器連接至該信號輸入線和數據輸出線上；其中該處理器被編程，用於當信號輸入線的電壓改變時，通過該數據輸出線，傳送至少一個數據位，並用於在通過該數據輸出線傳送至少一個數據位後，改變該信號輸出線上的電壓。
15.一種電池組，包括一個依據權利要求14的接口，還包括至少一個測量設備，用於測量一個電池的可變性能，並產生一個指示測量值的模擬信號；和一個連接至該測量設備的模擬數字轉換器，用於將指示測量值的模擬信號轉換為至少一個數據位；其中，該處理器連接至該轉換器，並包括用於接收來自該轉換器的至少一個數據位的存儲器，存儲至少一個數據位，直至信號輸入線上的電壓被改變。
16.依據權利要求15的電池組，還包括一個電池。
17.一種組件，包括依據權利要求14的多元從屬元件，其中這些從屬元件通過信號輸入線和信號輸出線串連，而該組件還包括一個組件接口，該接口包括一條用於與主元件連接的單線數據線，；一條用於接收來自從屬元件的各個數據輸出線的至少一個數據位的信息線，；一條連接至第一個所連接的從屬元件的信號輸入線的命令線；一個連接至數據線的處理器，並包括第一個下拉式電路，用於改變數據線上的電壓；該處理器不能從該數據線上讀取數據；該處理器連接至該信息線和命令線，並包括第二個下拉式電路，用於改變命令線上的電壓；其中，該處理器被編程，當該數據線被激活時，使用第二個下拉式電路，改變命令線上的電壓；和當在信息線上接收到來自其中一個從屬元件的至少一個數據位時，使用第一個下拉式電路，改變數據線上的電壓，通過數據線發送信息，包括對從屬元件和該特定從屬元件的至少一個數據位的識別。
18.依據權利要求17的組件，其中這些從屬元件是通過電壓轉換器串聯的。
19.依據權利要求17的組件，其中這些從屬元件的數據輸出線是由光絕緣體連接到組件處理器的信息線的。
20.依據權利要求17的組件，其中最後一個從屬元件的信號輸出線與該組件處理器的信息線相連接。
全文摘要
一種數據通訊接口,用於向主處理器傳輸至少一位數據。該接口包括一條單線的數據線,和與該數據線相連的一個從屬處理器,該從屬處理器包括一個下拉式電路,用於改變該數據線上的電壓。該從屬處理器是被動的,不能從該數據線上讀取數據。對該從屬處理器編程序,當數據線被激活時,用來改變數據線上的電壓,以發出至少一個數據位的信號。
文檔編號H04L29/10GK1382326SQ00814769
公開日2002年11月27日 申請日期2000年10月27日 優先權日1999年10月28日
發明者達尼埃爾·D·費裡爾, 加裡·V·桑德斯 申請人:鮑爾斯馬特公司