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U 02.4 – Digitale Signalübertragung

  1. Man unterscheidet bei digitalen Bussystemen zwischen paralleler und serieller Datenübertragung. In der heutigen Zeit werden oft nur noch serielle Busse eingesetzt. Warum?
  2. Nennen Sie 3 serielle Bussysteme für Entfernungen von ca. 1-10 m!
  3. Wie ist beim FireWire-Bus physikalisch die Datenübertragung realisiert?
  4. Neben dem CAN-Bus werden in der Automobilindustrie noch andere Feldbussysteme eingesetzt. Nennen Sie 2!
  5. Dargestellt ist das Telegrammformat, wie es im CAN-Bus Verwendung findet. Wie hoch ist die Protokolleffizienz bei der Übertragung von 8 Byte Nutzdaten?

    stfas-u2-telegrammformat

  6. Bis zu welcher Drehzahl könnte man die relative Position aller 4 Räder bei 8 Bit Auflösung ohne Genauigkeitsverlust erfassen, wenn der CAN-Bus mit einer Übertragungsrate von 500 kbps arbeitet? Wie hoch ist die Geschwindigkeit falls der Reifendurchmesser 0.7 m beträgt?

Lösung 2.4

a) Parallel und Seriell

Nachteile bei paralleler Datenübertragung:

  • Synchrone Datenübertragung: Laufzeitunterschiede auf einzelnen Leitungen führen zur Fehlfunktion. Dies limitiert die maximalen Taktfrequenzen.
  • Es ist eine hohe Anzahl an Adern notwendig (teuer).

b) Serielle Bussysteme für Entfernungen von ca. 1 -10 m

  • USB
  • FireWire
  • HDMI
  • Bluetooth
  • PS/2
  • DVI
  • RC5-Code
  • IrDA
  • (RS-232)

c) FireWire-Bus

  • 4 Adern für Datenübertragung
  • Vollduplex
  • Verdrillt
  • Bitseriell
  • Differenzsignal wird genutzt
  • 4-Pol, 6-Pol, 9-Pol

d) Feldbussysteme in der Automobilindustrie

  • FlexRay-Bus (Echtzeit, 6-Pol)
  • MOST-Bus (Multimedia, Nach Wichtigkeit)
  • LIN-Bus

e) Protokolleffizienz

Gesamtdaten pro Telegramm (bei 8 Byte Nutzdaten): 110 Bit

Headergröße pro Telegramm: 46 Bit

Bei voller Ausnutzung der Datenbits (8 Byte) ergibt sich für die Protokolleffizienz somit:

CA{N_{eff}} = \frac{{DatenBit}}{{Gesamt}} = \frac{{8\;Byte}}{{Ges.}} = \frac{{64\;Bit}}{{110\;Bit}} = 0,58 = 58\%

f) Drehzahl und Geschwindigkeit bei CAN-Bus

Für die Übertragungsdauer pro Bit gilt:

{T_{Bit}} = \frac{{1\;Bit}}{{500\;kbps}} = 2\mu s

Die Dauer für das Senden eines Paketes beträgt somit:

{T_{Paket}} = {T_{Bit}} \cdot {N_{Bit}} = 2 \cdot {10^{-6}}s \cdot \left( {4 \cdot 8+46} \right) = 1,56 \cdot {10^{-4}}s

Für die Winkelgenauigkeit gilt:

\Delta \varphi = \frac{{360^\circ }}{{{2^8}-1}} = 1,4118^\circ

Damit diese Genauigkeit auch ausgenutzt werden kann darf die Winkelgeschwindigkeit bzw. Drehzahl nicht höher sein als:

\omega = \frac{{\Delta \varphi }}{{{T_{Paket}}}} = \frac{{1,41^\circ }}{{1,56 \cdot {{10}^{-4}}s}} = 9050\frac{^\circ }{s} = 157,95\frac{{rad}}{s} = 25,14\frac{U}{s}

U: Umdrehungen

Das Fahrzeug darf also nicht schneller Fahren als:

v = r \cdot \omega = 0,35\;m \cdot 157,95\frac{{rad}}{s} = 55,28\frac{m}{s} = 199,0\frac{{km}}{h}

\mathcal{J}\mathcal{K}

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