Разработка и испытание однопроводной линии передачи цифровых состояний в реальном времени

Краткая аннотация:

В процессе решения инженерных задач нередко возникает необходимость передачи в реальном времени дискретных значений того или иного параметра с помощью электрического сигнала по одному проводу. Подобная необходимость может возникать при создании устройств робототехники и автоматики, а также в системах индикации в условиях, когда количество проводов для передачи информации между блоками по какой-либо причине ограничено. Данная задача отчасти может быть решена с использованием стандартных протоколов последовательной передачи данных с известной скоростью, таких как OneWire или UART, однако в данном случае на передающей и приёмной стороне необходимо устанавливать микроконтроллеры, обрабатывающие данные протоколы, а также при передаче данных неизбежно будет возникать задержка. Снизить величину задержки до достаточно малых значений можно применением ЦАП и АЦП, то есть на передающей стороне формировать уровни аналогового сигнала и обратно преобразовывать данные уровни на приёмной стороне в цифровой код. Однако для работы АЦП и ЦАП также необходимы микроконтроллеры либо, как минимум, тактовые генераторы, что усложняет схемотехнику на приёмной и передающей стороне. В случае, когда управляющих команд сравнительно немного, систему можно упростить, формируя АЦП и ЦАП на основе логических микросхем, не требующих тактирования. В работе рассматривается система, передающая по подобной линии восемь состояний. При этом в качестве ЦАП предлагается комбинация дешифратора и микросхем «логическое «и»», а АЦП построен на компараторах и микросхемах «логическое «исключающее или»». Данное решение позволяет передавать данные в реальном времени, не требует внешних тактовых генераторов, микроконтроллеров и иных специализированных микросхем. Данное схемотехническое решение было выполнено в виде прототипа на реальной элементной базе, после чего были проведены эксперименты, позволяющие оценить устойчивость данной системы к различным факторам, таким как длина линии связи, наличие вблизи линии связи источников электромагнитных помех и наличие помех по цепям питания. Также были оценены динамические характеристики системы.