DD240300A1

DD240300A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MULTIPLEXING INPUT AND OUTPUT OF ANALOGUE SIGNALS FOR DIGITAL CALCULATORS

Info

Publication number: DD240300A1
Application number: DD27951485A
Authority: DD
Inventors: Michael Schmeisser; Paul Wystup; Peter Schmidt; Erich Leistner; Wolfgang Foerster
Original assignee: Berlin Treptow Veb K
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1985-08-09
Publication date: 1986-10-22
Also published as: DD240300B1

Abstract

Anwendbar in Automatisierungseinrichtungen, die mit Digitalrechnern betrieben werden, soll die Erfindung die Moeglichkeit schaffen, einem jeden Signalkanal aller eingesetzten Analogmultiplexer frei waehlbar entweder die Funktion eines Eingabe- oder eines Ausgabekanals zuzuordnen. Erreicht wird dies, indem beim Ausgabevorgang mit einem Analogschalter der fuer den Eingabevorgang benoetigte Spannungs-/Strom-Wandler als Gegenkopplungszweig zum Ausgabeverstaerker geschaltet wird. Fig. 1Applicable in automation equipment operated with digital computers, the invention is intended to provide the ability to freely assign to each signal channel of all analog multiplexers used either the function of an input or an output channel. This is achieved by the output process with an analog switch the voltage / current converter required for the input process is switched as negative feedback branch to the output amplifier. Fig. 1

Description

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale. Der Eingang des Ausgabeverstärkers ist an die Stromvergleichsstelle angeschlossen, und der Ausgang des Ausgabeverstärkers ist über einen Analogschalter mit einem Verteilerpunkt verbunden, an dem sowohl die eingegebenen als auch die auszugebenden Analogsignale auftreten. An diesem Verteilerpunkt sind sämtliche Analogmuitiplexer jeweils mit dem Sammelanschluß ihrer Analogkanäle und der Eingang des Impedanzwandlers angeschlossen.characterized by the following features. The input of the output amplifier is connected to the current comparison point, and the output of the output amplifier is connected via an analog switch to a distribution point where both the input and the output analog signals occur. At this distribution point all analog multiplexers are connected to the common terminal of their analog channels and the input of the impedance converter.

Diese Anordnung ermöglicht es, jedem Analogkanal eines jeden Analogmultiplexers frei wählbar entweder die Funktion eines Eingabekanals oder eines Ausgabekanals zuzuordnen. Diese Zuordnung erfolgt durch die Schaltstellung des Analogschalters. Befindet sich dieser während derAnwahl eines Analogkanals in geöffnetem Zustand, dann ist der betreffende Analogkanal ein Eingabekanal. Im geschlossenen Zustand des Analogschalters ist der gleichzeitig angewählte Analog kanal ein Ausgabekanal. Eine Abwandlung der Erfindung besteht darin, daß anstelle eines separaten Analogschalters zwischen dem Ausgang des Ausgabeverstärkers und dem Verteilerpunkt als Schaltstrecke ein beliebiger Analogkanal eines der eingesetzten Analogmuitiplexer angeordnet ist. Diese abgewandelte Anordnung kann in den Fällen vorteilhaft angewendet werden, wenn mindestens so viele Analog kanäle als Eingabekanäle benötigt werden, wie bei demjenigen Analogmuitiplexer noch zur Verfugung stehen, dessen Analog kanal als Schaltstrecke verwendet wird. Dies ist darin begründet, daß üblicherweise nur ein einziger Analogkanal eines Analogmuitiplexer angewählt werden kann, so daß die übrigen Kanäle nur dann angewählt werden können, wenn der als Schaltstrecke dienende Kanal nicht angewählt und damit geöffnet ist, woraus sich die Eingabefunktion ergibt.This arrangement makes it possible to associate with each analog channel of each analog multiplexer selectable either the function of an input channel or an output channel. This assignment is made by the switching position of the analog switch. If this is in the open state during the selection of an analog channel, then the relevant analog channel is an input channel. When the analog switch is closed, the simultaneously selected analog channel is an output channel. A modification of the invention is that instead of a separate analog switch between the output of the output amplifier and the distribution point as a switching path an arbitrary analog channel of the analog multiplexer used is arranged. This modified arrangement can be advantageously used in cases when at least as many analog channels are required as input channels, as are still available for that analog multiplexer whose analog channel is used as a switching path. This is due to the fact that usually only a single analog channel of an analog multiplexer can be selected, so that the remaining channels can only be selected when the serving as a switching path channel is not selected and thus open, resulting in the input function.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. In the accompanying drawing show

Fig. 1: eine Schaltungsanordnung zurmultiplexen Ein-und Ausgabe von Analogsignalen, in der die Erfindung zur AnwendungFig. 1: a circuit arrangement for multiplexing input and output of analog signals, in which the invention is used

kommt, ,Fig.2: eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.Fig. 2 shows a modification of the circuit arrangement according to Fig. 1.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 enthält eine Anzahl von Analogmultiplexem 1,2,3, deren Sammelanschlüsse 10,20,30 mit einem Verteilerpunkt 6 verbunden sind, der an den Eingang eines Impedanzwandlers 7 angeschlossen ist, dessen Ausgang über einen Widerstand 8 zu einer Stromvergleichsstelle 9 führt. Mit dem Widerstand 8 wird das am Ausgang des Impedanzwandlers 7 vorhandene Spannungssignal als Stromsignal abgebildet. An die Stromvergleichsstelle 9 sind weiterhin der Eingang eines Komparators 12, der Ausgang eines DA-Wandlers 15 und der Eingang eines Ausgabeverstärkers 16 angeschlossen. Der DA-Wandler 15 wird von einer parallelen Schnittstelle 13 gesteuert, die über einen Bus 14 mit einem nicht dargestellten Digitalrechner verbunden ist. Der Ausgang des Komparators 12 führt auf einen binären Eingang der Schnittstelle 13. Zwischen dem Ausgang des Ausgabeverstärkers 16 und dem Verteilerpunkt 6 ist die Schaltstrecke eines Analogschalters 17 angeordnet. Jeder der Analogmuitiplexer 1, 2,3 besitzt m Analogkanäle 11 ...1 m, 21 ...2 m, 31 ...3 m, wobei in praktischen Ausführungen Kanalzahlen von 4, 8 oder 16 üblich sind. Bei jedem der Analogkanäle 11 ...1 m, 21 ...2 m, 31 ...3m der Analogmuitiplexer 1,2,3 ermöglicht die Erfindung, ihm frei wählbar entweder die Funktion eines Eingabe- oder eines Ausgabekanals zuzuordnen. Die Zuordnung der Funktion erfolgt durch die Stellung des Analogschalters 17, der synchron zur Adressierung der Analogkanäle durch den Digitalrechner geschaltet wird.The circuit arrangement according to FIG. 1 contains a number of analog multiplexers 1, 2, 3 whose collection terminals 10, 20, 30 are connected to a distribution point 6, which is connected to the input of an impedance converter 7, the output of which via a resistor 8 to a current comparison point 9 leads. With the resistor 8, the voltage signal present at the output of the impedance converter 7 is mapped as a current signal. To the current comparison point 9, the input of a comparator 12, the output of a DA converter 15 and the input of an output amplifier 16 are further connected. The DA converter 15 is controlled by a parallel interface 13, which is connected via a bus 14 to a digital computer, not shown. The output of the comparator 12 leads to a binary input of the interface 13. Between the output of the output amplifier 16 and the distribution point 6, the switching path of an analog switch 17 is arranged. Each of the analog multiplexers 1, 2,3 has m analog channels 11 ... 1 m, 21 ... 2 m, 31 ... 3 m, where in practical versions channel numbers of 4, 8 or 16 are common. In the case of each of the analogue channels 11... 1 m, 21... 2 m, 31... 3 m, the analogue multiplexer 1, 2, 3 makes it possible for the invention to freely assign either the function of an input channel or an output channel. The assignment of the function is effected by the position of the analog switch 17, which is switched synchronously to the addressing of the analog channels by the digital computer.

Bei den nachfolgenden Erläuterungen der Ein- und Ausgabevorgänge wird auf das Einschwingverhalten der Gesamtanordnung ' nicht eingegangen. In praktischen Ausführungen ist diesem Umstand in bestimmter Weise durch zeitliche gestaffelte Ansteuerung der beteiligten Schaltstrecken Rechnung zu tragen.In the following explanations of the input and output operations, the transient response of the overall arrangement is not discussed. In practical embodiments, this circumstance is to be taken into account in a certain way by temporally staggered control of the switching paths involved.

Zuerst wird ein Eingabevorgang erläutert. Hierbei befindet sich der Analogschalter 17 im geöffneten Zustand. Das auf den Verteilerpunkt 6 durchgeschaltete Eingangssignal wird durch den Impedanzwandler 7 und den Widerstand 8 als proportionaler Strom abgebildet und der Stromvergleichsstelle 9 zugeführt.First, an input operation will be explained. Here, the analog switch 17 is in the open state. The input signal switched through to the distribution point 6 is imaged by the impedance converter 7 and the resistor 8 as a proportional current and fed to the current comparison point 9.

Dieser Strom wird mit dem Ausgangsstrom des DA-Wandlers 15 verglichen. Mit Hilfe des Komparators 12 ermittelt der angeschlossene Digitalrechner in bekannter Weise durch sukzessive Approximation den äquivalenten Digitalwert. Für die Ausgabe eines Analogwertes, die nun betrachtet wird, muß der Analogschalter 17 geschlossen werden, wodurch ein Gegenkopplungszweig zum Ausgabeverstärker 16 entsteht. Der Gegenkopplungszweig erstreckt sich von dem Verteilerpunkt 6 über den Impedanzwandler 7 und den Widerstand 8 zur Stromvergleichsstelle 9. Der vom DA-Wandler 15 ausgegebene Strom bewirkt am Ausgang des Ausgabeverstärkers 16 und damit am Verteilerpunkt 6 eine Spannung, die dem umzusetzenden Digitalwert äquivalent ist. Durch frei wählbare Adressierung eines Analogkanals in einem der Analogmuitiplexer 1 oder 2 oder 3 wird diese Spannung nach außen durchgeschaltet und führt beispielsweise auf ein hier nicht dargestelltes Halteglied. Bei Ausgabevorgängen wird die Stellung des Komparators 12 nicht ausgewertet.This current is compared with the output current of the DA converter 15. By means of the comparator 12, the connected digital computer determines the equivalent digital value in a known manner by successive approximation. For the output of an analog value, which is now considered, the analog switch 17 must be closed, creating a negative feedback branch to the output amplifier 16. The negative feedback branch extends from the distribution point 6 via the impedance converter 7 and the resistor 8 to the current comparison point 9. The current output by the DA converter 15 causes at the output of the output amplifier 16 and thus at the distribution point 6 a voltage which is equivalent to the digital value to be converted. By freely selectable addressing of an analog channel in one of the analog multiplexer 1 or 2 or 3, this voltage is turned on to the outside and leads, for example, to a holding member, not shown here. For output operations, the position of the comparator 12 is not evaluated.

Fig. 2zeigt einen Anwendungsfall mit 2 Analogmultiplexem 4 und 5, von denen jeder 8 Analogkanäle 41 ...48 bzw. 51 ...58 besitzt. Als Schaltstrecke zwischen dem Ausgang des Ausgabeverstärkers 16 und dem Verteilerpunkt 6 wird einer der Analogkanäle, z. B. 41, des Analogmultiplexers 4 verwendet. Da der als Schaltstrecke verwendete Analogkanal 41 bei einem Ausgabevorgang geschlossen sein muß, sind bei Analogmultiplexem, bei denen nicht mehr als ein Analogkanal gleichzeitig adressiert werden kann, die übrigen Analogkanäle 42...48 nur als Eingänge verwendbar. Diese Einschränkung hat keine nachteilige Auswirkung, da in praktischen Anwendungsfällen fast immer eine größere Anzahl von Analogeingängen benötigt wird. Der Analogmuitiplexer 5 ist bezüglich der funktioneilen Festlegung seiner Analogkanäle 51 ...58 frei wählbar.Fig. 2 shows an application with 2 analog multiplexers 4 and 5, each having 8 analog channels 41 ... 48 and 51 ... 58, respectively. As a switching path between the output of the output amplifier 16 and the distribution point 6 is one of the analog channels, z. B. 41, the analog multiplexer 4 is used. Since the analog channel 41 used as a switching path must be closed during an output process, analog multiplexers in which not more than one analog channel can be addressed simultaneously, the remaining analog channels 42 ... 48 can only be used as inputs. This limitation has no adverse effect, as in practical applications almost always a larger number of analog inputs is needed. The analog multiplexer 5 can be freely selected with regard to the functional definition of its analog channels 51.

Claims

Invention claim:

1. Circuit arrangement for multiplex input and output of analog signals for digital computers, in the signal input analog multiplexer, an impedance converter with a downstream resistor for voltage / current conversion, evaluated by a comparator Stromvergleichsstelle and controlled by the digital computer and with its analog output to the Stromvergleichsstelle connected DA converter for AD conversion with successive approximation and the signal output via the same DA converter, an output amplifier and analog multiplexer, characterized in that the input of the output amplifier (16) is connected to the current comparison point (9) that the Output of the output amplifier (16) via an analog switch (17) to the input of the impedance converter (7) is connected, that this connection point forms a distribution point (6), at which both the input and the output analog signals Autreten, and that at this Verte ilerpunkt (6) all analog multiplexers (1; 2; 3) are each connected to the hunt group (10; 20; 30) of their analog channels.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that as switching path one of the analog channels (for example 41) of an analogue multiplexer (for example 4) is arranged between the output of the output amplifier (16) and the distribution point (6).

For this 2 pages drawings.

Field of application of the invention

The invention is applicable to automation devices that are operated with digital computers and in which a larger number of analog input signals are processed and a larger number of analog output signals are formed. It enables optimum adaptation of the available analog inputs and outputs to different applications.

Characteristic of the known technical solutions

For processing on analog process signals in digital computers, it is necessary to perform an analog-to-digital conversion before input to the computer and to output analog signals a digital-to-analog conversion. Of the different basic principles of AD conversion, the successive approximation method, also referred to as weighing method, is particularly advantageously suitable in conjunction with digital computers.

An illustration of this method is shown in the textbook Tietze / Schenk: Halbleiterschaltungstechnik, 6th edition on page 767.

The analog value to be converted is applied to a comparator, and its output signal is fed to a processing unit, which is realized for example by a digital computer. The digital computer controls a DA converter whose analog output signal is also given to the comparator. By successive approximation, this arrangement determines the digital value corresponding to the applied analog signal. A faster settling of the overall arrangement and the avoidance of a common mode error of the comparator is achieved when the comparison is made with current signals. For this purpose, the power equivalent of the analog value to be converted is supplied to a current comparison point at the comparator input, and the comparator is used to evaluate the resulting current difference. Usually, a large number of analog process input signals are usually to be converted into digital values and likewise a larger number of digital values to be converted into analog process output signals. Almost without exception, this is done with analog multiplexers, which are arranged on both the input and the output side. Such a circuit arrangement is shown in the electronic special issue "Microprocessors", Issue 1977, on page 137. For the AD conversion of the analog input and for the DA conversion of the analog output hierein and the same DA converter is used by a fixed assignment of However, in many cases, part of the multiplex input / output channels remains unused -and-output for microcomputer, in which the use of some additional digital function elements, the internal digital signal paths can be used bidirectionally, so that also only one DA converter is required and only one port of the parallel input / output module is needed is in DD DD 210511. However, with this arrangement a e larger number of analog signals to be input and output and this multiplexer are used, the same disadvantages arise as in the arrangement described above.

Object of the invention

The invention is intended to bring about a reduction in the technical complexity and an increased adaptability to different tasks by an improved utilization of the multiplexer.

Essence of the invention

The invention has the object to improve circuit arrangements for the multiplex input and output of analog signals for digital computers in such a way that a complete freedom in the assignment of all signal channels of the analog multiplexer used to any, depending on the particular application input and output requirements is possible. The invention, with which this object is achieved, is based on a circuit arrangement, the analog multiplexer for signal input, an impedance converter with a downstream resistor for voltage / current conversion, an evaluated by a comparator Stromvergleichsstelle and a prep computer controlled and output side connected to the power comparison point DA converter for successive approximation AD conversion and using this DA converter, an output amplifier and analog multiplexer for signal output. The invention is