不稳定时钟脉冲系统的控制同步方法及相应的接收单元的利记博彩app

专利名称：不稳定时钟脉冲系统的控制同步方法及相应的接收单元的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于接收单元的同步方法以及相应的接收单元，其中，接收单元接收由一个发送单元周期性发出的同步信号，并将该同步信号送至一个第一时钟脉冲发生器，该第一时钟脉冲发生器在两个同步信号之间发出数量基本稳定的时钟脉冲信号。
背景技术：
这种同步方法和相应的接收单元一般是公知的。它们例如被应用于现场总线系统(Feldbussystem)，例如PROFIBUS。这种现场总线系统是分布式控制系统，通常包括一个发送单元(主组件(Kopfbaugruppe)，总线主设备)和多个接收单元(从设备)。对各从组件的控制通常这样实现，即发送单元向各接收单元发送命令电报。接收单元在接收到该命令电报后，向被控制的技术设备给出由发送单元先前发送的额定值。同时，接收单元从被控制的技术设备读入实际值，并将其随后发送给发送单元。然后，发送单元计算出新的额定值，并将其发送给各接收单元，以为下一个命令电报做准备。
命令电报由发送单元在时间上等间隔地发送。因此，由命令电报可以导出同步信号，借助这些同步信号可以使接收单元与发送单元同步。
在实践中，在向发送单元传送读入的实际值及向接收单元传送额定值与传送下一个命令电报之间留有一个时间间隙。该时间间隙通常用于所谓的非周期电报。这样可能造成，由于这种非周期电报的延缓使各命令电报被滞后发送。这种滞后发送的命令电报的接收造成接收单元有错误的后同步。在很多应用中，这种有错误的后同步并不严重。
相反，在时间要求严格的应用中，特别是在传动轴的内插耦合中，这种有错误的后同步是不能容忍的。因此，为了避免这一点，建议了一种相位调整器，其中，接收单元将同步信号通过在一锁相环中的该相位调整器引入到第一时钟脉冲发生器，其中，该相位调整器在接收同步信号时确定当前相位误差，并将第一时钟脉冲发生器这样再调节，使第一时钟脉冲发生器在两个同步信号之间给出额定数目的时钟脉冲信号。为了得到与发送单元足够精度的同步，建议相位调整器将当前相位误差积分，得到一个积分值，并将该积分值调整为一个积分分数，其中该积分分数小于一(见DE19932635.5)。
锁相环(PLL)的相位调整器，主要由通过现场总线系统接收到的包含干扰的同步信号中产生一个稳定的时钟脉冲信号。如果这种通过现场总线系统接收到的同步信号长时间地消失(例如，没有总线连接)，则相位调整器继续产生一个稳定的时钟脉冲信号，但不能与现场总线系统按同步信号进行同步。
如果在一段时间之后通过现场总线系统接收的同步信号又长时间地存在(例如，总线连接再次建立)，则通常这种同步信号与相位调整器产生的稳定的时钟脉冲信号完全异步。如果在这种情况下相位调整器停止，则由PLL产生的稳定的时钟脉冲消失。如果相位调整器再次重新启动，则由PLL产生的稳定的时钟脉冲与通过现场总线系统接收到同步信号再次同步。
但是，这种常规的方法对于不同的应用要求来说是有问题的，例如在传动轴的内插耦合中。例如，在机床或机器人的数字控制中，不同轴的同步驱动取决于由PLL产生的稳定的时钟脉冲。实际值例如与该时钟脉冲同步存储并给出额定值。
但是，由PLL产生的稳定的时钟脉冲的消失将造成机床不再能够确定其轴的位置，以及机床操作人员必须对轴重新了解。
为此，从应用的角度所希望的是，能够不使由PLL产生的稳定的时钟脉冲消失而实现新的同步。
因此，与经现场总线接收的同步信号的同步应为软(weich)同步，即仅通过由PLL产生的稳定的时钟脉冲信号的细微变化实现。

发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种用于接收单元的同步方法，以及一种相应的接收单元，利用该方法可以与一个不稳定的时钟脉冲系统软同步。
按照本发明，上述技术问题的解决是通过一种按照独立权利要求的上位概念扩展的同步方法实现的，其中-稳定的时钟脉冲信号用于控制第二时钟脉冲发生器，-其中，该第二时钟脉冲发生器产生一个在第一时钟脉冲信号消失时也始终存在的第二时钟脉冲信号，-其中，通过影响第二时钟脉冲发生器的周期长度，对第一和第二时钟脉冲发生器之间的相位差进行补偿。
通过软同步使所产生的时钟脉冲信号能够在很大程度上保持其周期长度，从而保证由该时钟脉冲周期性地调用的应用、如软件应用能够得到完全的处理。由于时钟脉冲信号能在很大程度上保持其周期长度，则应用也可保持足够的精度。特别是在对时间要求严格的地方、如计算速度等，与常规的解决方案相比带来很大优点。因此，软同步的过程与机器的正常运行几乎没有差别。
其中，优选的是，当仅这样细微改变第二时钟脉冲发生器的周期长度时，使相位差在给定的时间长度内不断被缩小直到第一和第二时钟脉冲信号相互同步。以这种方式实现的同步过程尤其软。
如果这样影响第二时钟脉冲发生器的周期长度，使得两个时钟脉冲信号较短的相位距离缩短，则将尤其有效地实现同步。
按照本发明方法的另一种优选实施方式，在第一稳定时钟脉冲信号消失的情况下，用一个预定的标准周期长度对第二时钟脉冲发生器进行控制。由此实现，在同步信号消失时应用也能自主地运行。
如果将由相位调整器调整的第一时钟脉冲发生器的周期长度的变化反映到第二时钟脉冲发生器上的话，则使用以上所述的锁相环(PLL)的相位调整器来产生第一稳定时钟脉冲信号将使得本发明的实现特别简单和有效。
在此被证明为有利的是，在第一稳定时钟脉冲信号中以及在始终存在的第二时钟脉冲信号中都对由相位调整器在每个时钟脉冲所确定的第一时钟脉冲发生器周期长度的校正加以考虑。


本发明的其它优点和细节通过下面结合附图对优选实施方式的描述给出。其中，具有相同功能的元件用同样的附图标记表示。其中，原理性地示出了图1为一个分布式控制系统，图2为一个接收单元，图3为一个其后接有受控时钟脉冲发生器的锁相环，以及图4为受控同步的时间图。
具体实施例方式
按照图1，分布式控制系统由通过总线系统3相互连接的一个发送单元1和接收单元2组成。发送单元1向接收单元2周期性地发送电报，而接收单元2对接收到的电报做出相应的反应。例如，接收单元2从受控技术设备或应用4读取输入值，并向受控技术设备或应用4传送输出值。这在图1中用在接收单元2和受控技术设备或应用4之间的箭头表示。
发送单元1和接收单元2之间的通信通常按下列周期性的处理模式实现首先，发送单元1向接收单元2发送其应该输出到技术设备/应用4的输出值。然后，它向接收单元2传送命令电报。在传送命令电报时，接收单元2将输出值送至技术设备4，并从技术设备4读取输入值。然后，发送单元1将询问读取的输入值。
在理想的情况下，上述模式以严格的周期性和严格的等时间间隔实施。特别是命令电报可以因此作为同步信号S来使用，或者从命令电报导出同步信号S。接收单元2借助于同步信号S能够与发送单元1同步。
按照图2和3，由接收单元2接收的同步信号通过总线连接元件2′送至锁相环6的相位调整器5。锁相环6包括一个时钟脉冲发生器7。在时钟脉冲发生器7内一个时钟产生器8产生主时钟信号(Primaertaktsignale)，该信号被送至分频器9。在分频器9的输出端将被分频的主时钟信号作为时钟脉冲信号输出。这些时钟脉冲信号被送至脉冲信号计数器10。
在时钟产生器8的理想调节下，时钟脉冲发生器7在两个同步信号S之间准确地输出额定数目Z*个时钟脉冲信号。但是，通常时钟脉冲发生器输出与额定数Z*偏差的数目Z个时钟脉冲信号。因此，相位调整器5在接收同步信号时确定当前相位差z，并随后这样调整时钟脉冲发生器7，使得其在两个同步信号S之间输出额定数Z*个时钟脉冲信号。其实现如下
在开始同步之前，即在确定第一个当前相位误差z之前，首先由控制单元11向操纵单元12给定一个起始信号。该操纵单元12据此控制时钟脉冲发生器7的时钟产生器8。当脉冲信号计数器10计数到额定数目Z*个时钟脉冲信号时，脉冲信号计数器10向操纵单元12传送一个信号，该操纵单元据此又停止时钟产生器8。由此，锁相环6被所谓“预置”(vorgespannt)。在接收下一个同样传送至操纵单元12的同步信号时，该单元又启动时钟产生器8。由此脉冲信号计数器10重新向上计数。
额定数目Z*的达到以及下一个同步信号S的出现，将被通知给主脉冲计数器13。在这两个信号中的第一个出现时，主脉冲计数器13被启动；在这两个信号中的第二个出现时，主脉冲计数器13被停止。由此，该主脉冲计数器13的(带符号的)计数状态是时钟脉冲发生器7的时钟和同步信号S的周期性之间误差的直接量度。
在时钟脉冲发生器7重新启动之后，在接收第一个同步信号S时，将主脉冲计数器13的计数状态传送至控制单元11。该控制单元11由此计算用于操纵时钟产生器8的校正值，并将该校正值直接送至相位调整器5。这样，在第一同步周期中检测到的当前相位误差z至少可以基本上得到调整。
在其它同步周期，主脉冲计数器13始终按照同步信号S和额定数目Z*的到达而被控制。当这两个信号中的第一个出现时，主脉冲计数器13被启动，而在第二个信号出现时，主脉冲计数器13被停止。主脉冲计数器13的计数状态被送至一个比较器14。
主脉冲计数器13的计数状态将以绝对值与最大误差进行比较。当计数状态超过最大误差时，则一个暂停时间计数器15向上计数。在这种情况下，没有误差信号输出给相位调整器5。相位调整器5保持其迄今的输出信号。
通常，主脉冲计数器13在每次传送一个同步信号S时被启动或者停止。但是，也可以由控制单元11向锁相环6附加地传送一个有效性信号G。在这种情况下，仅当该有效性信号G存在时，主脉冲计数器13才被启动和停止。此外，还可以将主脉冲计数器13按一个相对于同步信号S的相位偏差来启动和分析。
如果相位调整器将当前相位误差调整到一个小于一的比例成分(Proportionalbruchteil)，则可加速对相位误差的调整。当该比例成分大于积分分数时，尤其如此。
如果相位调整器仅在当前相位误差的绝对值不超过最大误差时才对时钟脉冲发生器进行再调整，则由于周期性电报的同步信号的延迟不会造成有错误的时钟脉冲发生器的再调整。
如果当超过最大误差时一个计数器向上计数的话，则尤其能够识别发送单元和接收单元之间通信的持续误差。
如果从一个控制单元向锁相环传送一个有效性信号，而且仅当该有效性信号存在时才执行同步方法，则可保证按照正确的同步信号进行同步。
如果在时钟脉冲发生器中由时钟产生器产生一主时钟脉冲信号，并将其送至一个分频器，在分频器的输出端将分频后的主时钟脉冲信号作为时钟脉冲信号输出，则可保证所有在时钟产生器和分频器之间设置的组件同样是相位正确地同步的。
当在确定第一当前相位误差之前时钟脉冲发生器发出额定数个时钟脉冲信号后停止，而在接收到下一个同步信号时被重新启动时，可使接收单元在启动时的同步尤其迅速。
在时钟脉冲发生器重新启动后接收到第一个同步信号时，当前相位误差至少得到了基本的调整，而对当前相位误差的积分、积分值的调整，以及必要时对当前相位误差的调整，则直到接收到第二个同步信号后才进行，这样可在该方法开始时就使同步进一步加快。
但是，按照本发明，由锁相环6(PLL)的相位调整器产生的稳定的时钟脉冲信号Z仅用作中间信号b。对于实际通过总线系统上的接收单元2运行的应用4，将产生另一个始终存在的时钟脉冲信号a。这借助于另一个时钟脉冲发生器7′实现，它如同第一时钟脉冲发生器7，通过一个时钟产生器8′产生第二主时钟脉冲信号，并后接分频器9′。分频器9′的输出信号驱动后接的脉冲信号计数器10′。因此，这些组件的工作方式基本上相应于锁相环6的工作方式。
锁相环6的第一脉冲信号计数器10输出端上的中间信号b以及在另一脉冲信号计数器10′输出端始终存在的第二时钟脉冲信号a被送至另一个比较器A，用于确定用于应用4的时钟脉冲信号a和锁相环6的稳定时钟脉冲信号b之间的差。作为测量结果，用作该两个时钟脉冲信号a和b的相位差的量度的差值c被送至指示单元C。该指示单元在c变为零时发出提示，表示用于应用4的时钟脉冲信号a与锁相环6、也因此与总线系统3的同步信号S同步。
此外，相位差c被送至一个控制单元B。该单元另外被相位调整器5的调整信号d以及一个状态信号e所驱动。状态信号e提供关于锁相环6状态的信息，即PLL是否锁定且稳定或者开锁、不稳定、关闭或处于起始阶段。另外一个送至控制单元B的信号f，在需要时用于“软”同步。
现在为控制单元B选择下列运行方式如果状态信号e表明PLL6不稳定(开锁、关闭、起始阶段等)，则对时钟产生器8′按预定的标准周期长度控制。由此，时钟产生器8’的运行和PLL6不耦合，而使应用4能够不被中断地继续自主运行。
反之，如果状态信号e表明PLL6稳定或锁定，则用相位调整器5的调整输出d来控制时钟产生器8′，即与锁相环6一样。这样，使时钟脉冲信号a和b的产生完全一致，也就是即便时钟脉冲信号b具有微小的偏差时，相位差c也能保持不变。
如果在比较器A中识别出第一时钟脉冲信号b和用于应用4的始终存在的时钟脉冲信号a之间的相位差c，则通过请求信号f要求控制单元B，用相对于调整器输出d微不足道的修正值控制时钟产生器8′，使得相位差c逐渐减小。
通过微小地改变为应用4产生的时钟脉冲信号a的周期长度，可以使其这样改变，即使由PLL6产生的稳定的时钟脉冲信号b和为应用4产生的时钟脉冲信号a之间的相位差c缓慢(“软”)减小，直到在一定的时间之后该两个时钟脉冲信号a、b相互同步。为此，相位调整器5必须(再次)接通，即产生时钟脉冲信号。在此期间，不断测量由PLL6产生的稳定时钟脉冲信号b和为应用4产生的时钟脉冲信号a之间的相位差，通过随时有目的地改变为应用4产生的时钟脉冲信号a的周期长度，可以将该相位差逐渐降低至零。
例如对于+1000ns的相位差，现在例如在为应用4产生的时钟脉冲信号a的100个周期内将周期长度每次缩短10ns，由此，使该相位差逐渐缓慢地减少为零(“软同步”)。
因此，关闭和再次启动由PLL6产生的稳定时钟脉冲信号b不会影响为应用4产生的时钟脉冲信号a。应用4可以不间断地运行。
如在实施方式中所述，只要通过锁相环6调整时钟脉冲发生器7，就必须保证，所测得的相位差c不会由于PLL6的调整行为在每次测量之间发生变化，由此使控制单元B可以这样操纵第二时钟脉冲发生器7′，使得可以有目的地减小相位差c。
为了实现这一点，由于PLL6不可避免的调整行为，将由PLL6产生的稳定时钟脉冲信号b周期长度的波动也反映到为应用4产生的时钟脉冲信号a中，只要相位调整器5不是刚刚关闭。
也就是说，在由PLL6产生的稳定时钟脉冲信号b中和在为应用4产生的时钟脉冲信号a中都考虑由PLL6在每个时钟脉冲所确定的周期长度的校正。这样，当控制单元B仅将调整器输出d继续送至第二时钟脉冲发生器7′时，可使相位差c保持为常数。
由在图4中示出了这种关系。在此，示出了不同的情况X、Y和Z，其中，作为相叠表示的信号有接收的同步信号S、由PLL6产生的稳定时钟脉冲信号b和为应用4产生的始终存在的时钟脉冲信号a。
情况X表示了一种同步信号S包含微小跳动z(偏离期望的理想时钟脉冲时刻)的情形。这表明，此时实际时钟脉冲信号(实线表示)稍微偏离虚线表示的时钟脉冲的期望的理想时刻。由PLL6产生的稳定时钟脉冲信号b近乎精确地位于期望的时钟脉冲时刻上。为应用4产生的时钟脉冲信号a则以一个可能的常数相位差c0位于期望的理想时钟脉冲时刻的旁边。
在情况Y1或者Y2中，同步信号S具有较大的跳动z。这使得PLL6显示出强烈的内部调整行为d1或d2，以便产生一个与同步信号S同步的时钟脉冲信号b。这对移动了相位差c的时钟脉冲信号a造成负面影响，因为由于PLL6的这种调整行为使相位差c不能保持为常数，而可能同样相应于PLL6的调整行为而变化。但由于控制单元B在操纵第二时钟脉冲发生器7′时考虑了调整器输出d，因此相位差c保持为常数c0。于是PLL的调整行为也对于应用时钟脉冲a。
在情况Y1或者Y2中，将调整器输出d的波动反映到用于应用4的最终时钟脉冲信号a中，该时钟脉冲信号a的行为与由PLL6的第一时钟脉冲信号b的一致。由此使时钟脉冲信号a和b之间的相位差c为确定的。两个时钟脉冲信号a、b由此表现相同，并只是以一固定的相移在时间上相互错开。根据这些时钟脉冲信号可以没问题地实现上述“软同步”。
该解决问题的方案原则上也可以这样实现，即将为应用4产生的时钟脉冲信号a直接按接收的时钟脉冲信号b或者同步信号S进行调整。但是，这样做有以下缺点“软同步”必须通过相位调整器5的调整量(＝由PLL确定的校正)的限幅器来实现。这种非线性性造成调整回路的复杂化。必须按调整技术进行研究并在调整回路中加以考虑(例如，通过在调整器的积分部件上附加限幅器)。
在PROFIBS的应用情况下，PLL6用于对大约为1μs(最大跳动的数量级)的相位差进行调整。因此，PLL6的调整参数被设置得非常慢或“软”，以便滤掉跳动。但是，在“软同步”中出现的相移c在ms的范围内。因此，首先需要其它更快的、因此也是“硬”的调整参数。在这两种调整参数组之间的转换又会造成调整回路的另一非线性性，这又造成调整回路的复杂性。这又必须按调整技术进行研究并导出所要求的一致性。
必须从调整技术的角度对处在时钟脉冲周期长度数量级上的相位差c加以考虑。根据不同的调整行为两个被观察的时钟脉冲可能相互“超越”，这可能造成相位差测量A的跳跃。这又造成其后果必须研究的非线性性。
所有这些都造成费用的提高而不具备按照本发明的控制方案的优点。用减少处理控制问题来代替调整，可以实现根本的简化。
利用按照本发明的方法还特别能以足够的精度操纵分散受控内插轴。
权利要求
1.一种用于接收单元(2)的同步方法，其中，-将从发送单元(1)周期性发出的同步信号(S)传送给该接收单元(2)，-该接收单元(2)将该同步信号(S)送至一第一时钟脉冲发生器(7)，-该第一时钟脉冲发生器(7)在两个同步信号(S)之间发出数目基本稳定的时钟脉冲信号(b或z)，其特征在于，这些稳定时钟脉冲信号(b或z)用于控制一第二时钟脉冲发生器(7′)，其中，-该第二时钟脉冲发生器(7′)产生一个即便在第一稳定时钟脉冲信号(b或z)消失时也始终存在的第二时钟脉冲信号(a)，-在所述第一时钟脉冲发生器(7)和所述第二时钟脉冲发生器(7′)之间出现的相位差(c)通过第二时钟脉冲发生器(7′)的周期长度的影响得到补偿。
2.根据权利要求1所述的用于接收单元的同步方法，其特征在于，将所述第二时钟脉冲发生器(7′)的周期长度只进行微小的改变，使得所述相位差(c)在一个预定的时间段内一直减小，直到第一时钟脉冲信号(b或z)和第二时钟脉冲信号(a)相互同步。
3.根据权利要求1或2所述的用于接收单元的同步方法，其特征在于，这样影响所述第二时钟脉冲发生器(7′)的周期长度使得两个时钟脉冲信号(a，b)之间较短的相距离缩小。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于接收单元的同步方法，其特征在于，所述第二时钟脉冲发生器(7′)在第一稳定时钟脉冲信号(b或z)消失的情况下，按一个预定的标准周期长度被控制。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于接收单元的同步方法，其中，-所述接收单元(2)将所述同步信号(S)通过一个锁相环(6)的相位调整器(5)送至所述第一时钟脉冲发生器(7)。-所述相位调整器(5)在接收同步信号(S)时，确定当前相位误差(z)，并对第一时钟脉冲发生器(7)这样进行再调整，使得第一时钟脉冲发生器(7)在两个同步信号(S)之间发出额定数量(Z*)的时钟脉冲信号，其特征在于，将由相位调整器(5)调整的第一时钟脉冲发生器(7)的周期长度的变化反映到第二时钟脉冲发生器(7′)。
6.根据权利要求5所述的用于接收单元的同步方法，其特征在于，由所述相位调整器(5)逐个时钟脉冲地确定的第一时钟脉冲发生器(7)周期长度的校正(d)，既在第一稳定时钟脉冲信号(b或z)中又在始终存在的第二时钟脉冲信号(a)中被加以考虑。
7.一种接收单元，用于实施根据上述权利要求之一所述的同步方法。
全文摘要
本发明公开了一种用于接收单元的同步方法以及相应的接收单元。借助于细微改变所产生的时钟脉冲信号(a)的周期长度实现的软同步，可以将该时钟脉冲信号这样改变，即由PLL(6)根据同步信号(S)产生的稳定时钟脉冲信号(b)和为应用(4)产生的时钟脉冲信号(a)之间的相位差(c)缓慢减小，直到在一定时间之后两个时钟脉冲信号(a，b)相互同步。这样，产生的时钟脉冲信号(a)保持其周期长度，从而保证可以按所需精度完全完成由该时钟脉冲周期所调用的应用。通过将由PLL6调整的第一时钟脉冲发生器的周期长度的变化反映到第二时钟脉冲发生器中，使待补偿的相位差(c)保持为常数。因此，软同步的过程和正常运行状态差别很小。
文档编号H04J3/06GK1476691SQ01819258
公开日2004年2月18日 申请日期2001年9月10日 优先权日2000年9月21日
发明者亨德里克·罗奇, 迪特马·万纳, 万纳, 亨德里克 罗奇 申请人:西门子公司