DE19600569A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Impulsbreitenmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Impuls­ breitenmessung. Insbesondere geht es bei der vorliegenden Erfindung um ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit deren Hilfe unter Verwendung einer Mikrosteuereinheit, die eine serielle periphere Schnittstelle für Kommunikationszwecke besitzt, die Breite von Impulsen gemessen wer­ den kann. Die oben erwähnten Ausdrücke "serielle periphere Schnitt­ stelle" (SPI = serial peripheral interface) und "Mikrosteuereinheit" (MCU = micro control unit) werden im folgenden auch lediglich durch die in Klammern angegebenen Abkürzungen SPI bzw. MCU ersetzt.

Auf dem Gebiet der Nachrichtentechnik, beispielsweise der Datenüber­ tragung, ist es in einigen Fällen notwendig, die Impulsbreite eines em­ pfangenen Datensignals zu messen. Zu diesem Zweck sind eine Methode, die einen Software-Schleifenzähier in der MCU benutzt, und eine Methode, die einen Zeitsteuer-Zähler benutzt, unter zahlreichen anderen konventionellen Verfahren zur Impulsbreitenmessung bekannt. Im folgenden sollen zum besseren Verständnis anhand der Fig. 3 und 4 zwei bekannte Verfahren zur Impulsbreitenmessung erläutert werden.

Fig. 3 ist eine Skizze, die das Verfahren unter Verwendung eines Soft­ ware-Schleifenzählers einer MCU erläutert. Wie aus der Figur hervor­ geht, werden auf einen Dateneingangsstift D der MCU Eingangsimpulse gegeben. Die MCU besitzt einen Aufbau, der unter anderen Komponen­ ten auch eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) enthält. Die Breite eines Impulses wird dadurch gemessen, daß die Anzahl von internen Takten innerhalb der MCU mit Hilfe von intern gespeicherter Software gezahlt wird.

Die MCU überwacht den Pegel des Eingangsimpulses. Sobald eine Pegeländerung erfaßt wird, im Fall des in der Figur dargestellten Bei­ spiels eine Pegeländerung von H auf den Pegel L, wird der Zählvorgang der Taktzahl durch eine Schleifenzählung begonnen, wobei diese Schlei­ fenzählung als Software ausgebildet ist. Wenn der Pegel des Eingangs­ impulses auf den ursprünglichen Wert zurückkehrt, wird der Zähl­ vorgang abgeschlossen. Die Breite des Impulses wird einfach dadurch berechnet, daß man den Zählerstand mit der Periodendauer des Takt­ signals multipliziert. In diesem Fall wird der Zählvorgang dadurch gestartet und beendet, daß der Pegel des Eingangsimpulses durch Soft­ ware überwacht wird. Die Breite eines Impulses wird gemessen durch die Anzahl von Iterationen, welche die Softwareschleife durchläuft, und dies hängt von der Geschwindigkeit der Software-Ausführung ab. Als eine Alternative kann der Zählvorgang auch dadurch gestartet werden, daß der Eingangsimpuls einem Interrupt-Stift INT zugeführt wird. In diesem Fall beginnt der Zählvorgang ansprechend auf einen Interrupt.

Fig. 4 erläutert ein Verfahren, bei dem ein Zeitsteuer-Zähler einer MCU zur Impulsbreitenmessung herangezogen wird. Auch in diesem Beispiel wird ein zu messender Eingangsimpuls einem Dateneingangsstart D der MCU zugeführt. Bei Empfang des Eingangsimpulses zählt die MCU die Anzahl von Zeitsteuerimpulsen, die intern von der MCU generiert wer­ den, wozu ein Zeitsteuer-Zähler eingesetzt wird, der in der MCU ausge­ bildet ist. Hierdurch wird die Breite des Eingangsimpulses gemessen.

Genauer: Die MCU überwacht den Pegel des Eingangsimpulses. Wenn eine Pegeländerung erfaßt wird, im vorliegenden Beispiel eine Änderung vom Pegel H auf den Pegel L, so wird der Inhalt des in der MCU vor­ handenen Zeitsteuer-Zählers ausgelesen und festgehalten, das heißt zwi­ schengespeichert. Wenn dann der Pegel des Eingangssignals wieder auf den ursprünglichen Pegel zurückkehrt, wird der Inhalt des Zeitsteuer- Zählers erneut gelesen und von dem zwischengespeicherten Zählerinhalt subtrahiert. Die Impulsbreite wird typsicherweise berechnet, indem man das Ergebnis der Subtraktion mit der Priodendauer der Zeitsteuerimpulse multipliziert. In diesem Fall wird der Inhalt des Zeitsteuer-Zählers da­ durch ausgelesen, daß der Pegel des Eingangsimpulses mit Software überwacht wird. Die Breite eines Impulses wird berechnet, indem man die Inhalte des Zeitsteuer-Zählers innerhalb der MCU mißt. Als Alterna­ tive kann der Zählvorgang auch dadurch gestartet werden, daß der Ein­ gangsimpuls dem Interrupt-Start INT zugeführt wird. In diesem Fall wird der Zählvorgang ansprechend auf einen Interrupt gestartet.

Im Fall der unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläuterten herkömmlichen Methode wird während der Messung einer Impulsbreite die MCU aus­ schließlich durch die Softwareverarbeitung zum Messen der Impulsbreite belegt, was zu dem Problem führt, daß die MCU keine anderweitige Software-Verarbeitung in der Zwischenzeit durchführen kann. Außerdem kann der Pegel des Eingangimpulses auch bestimmt werden, indem man eine feste Zeitspanne verwendet, die länger ist als die Taktperiode. Allerdings ergibt sich dann das Problem, daß die Auflösung, das heißt die Genauigkeit der Impulsbreitenmessung schlechter wird.

Außerdem gibt es bei den herkömmlichen Methoden das Problem, daß die MCU-Software dann, wenn sie mit geringer Arbeitsgeschwindigkeit läuft, möglicherweise nicht imstande ist, die Breite eines Impulses zu messen.

Bei der anhand der Fig. 4 skizzierten herkömmlichen Methode wird ein in der MCU vorhandener Zeitsteuer-Zähler verwendet. Insoweit unter­ scheidet sich diese Methode von der in Fig. 3 skizzierten Methode da­ rin, daß bei der Methode nach Fig. 4 die MCU andere Aufgaben wahr­ nehmen kann. Allerdings verwendet diese herkömmliche Methode den Zeitsteuer-Zähler bestinunungsgemäß zum Messen der Breite eines Impulses, was wiederum zu dem Problem führt, daß sich der Zeitsteuer- Zähler nicht für andere Aufgaben einsetzen läßt. Außerdem erfordert diese herkömmliche Methode einen mehrere Bits umfassenden Zähler, wenn eine relativ große Impulsbreite gezählt werden soll. Bei großen Impulsbreiten kann es daher sein, daß der Zeitsteuer-Zähler innerhalb der MCU die Impulsbreite nicht zählen kann.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vor­ richtung zur Impulsbreitenmessung unter Verwendung einer MCU, um eine Impulsbreite ohne einen speziell hierfür vorgesehenen Zeitsteuer- Zähler zu messen, wobei die MCU dann auch andere Aufgaben wahr­ nehmen kann.

Um dieses Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Impulsbreitenmessung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Impulsbreitenmessung ist im Anspruch 4 angegeben. Vorteilhafte Ausge­ staltungen ergeben sich durch die Ansprüche 5 und 6.

Erfindungsgemäß wird die Breite eines Impulses mit Hilfe einer seriellen peripheren Schnittstelle (SPI) gemessen, die sich im Inneren der MCU befindet, um den Impuls abzutasten, wodurch der CPU innerhalb der MCU ermöglicht wird, andere Jobs zu bearbeiten, während die Breite des Impulses gemessen wird. Es wird also kein speziell für die Impuls­ breitenmessung vorgesehener Zeitsteuer-Zähler in der MCU benötigt, also ein spezieller Zähler, der außer zur Impulsbreitenmessung keine Verwendung hätte.

Dadurch, daß die Verarbeitung durch Abtastung erfolgt, wird keine Verarbeitung durch Software erforderlich. Auch dann, wenn eine CPU mit niedriger Software-Verrrbeitungsgeschwindigkeit ausgestattet ist, läßt sich die Auflösung und Genauigkeit der Impulsbreitenmessung verbes­ sern.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Impulsbreitenmessung;

Fig. 2 ein Flußdiagramm, welches den Arbeitsablauf der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 1 erläutert;

Fig. 3 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines herkömm­ lichen Verfahrens, welches mit Hilfe eine Software-Schleifenzählers einer MCU die Impulsbreite mißt; und

Fig. 4 ein Diagramm zum Erläutern des herkömmlichen Verfah­ rens unter Verwendung eines in der MCU vorhandenen Zeitsteuer-Zäh­ lers.

Fig. 1 zeigt in. Form eines Blockdiagramms eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Impulsbreitenmessung. Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, welches den Arbeitsablauf in der Vorrichtung nach Fig. 1 erläutert.

Die erfindungsgemäß verwendete MCU enthält ein 8-Bit-Schieberegister, welches als serielle periphere Schnittstelle (SPI) 1 dient, einen Schiebe­ taktgeber 2, der die Frequenz eines CPU-Taktsignals teilt, eine Inter­ rupt-Verarbeitungseinheit 3, einen Empfangszähler und eine CPU, wobei die beiden letzteren Elemente in der Figur nicht dargestellt sind. Ein Eingangsimpuls, dessen Breite gemessen werden soll, wird der SPI 1 von einer Impulseingangseinheit zugeführt, die einen Dateneingangsstift D enthält. Der Eingangsimpuls wird auch über einen Interruptstift INT der Interrupt-Verarbeitungseinheit 3 zugeleitet.

Die Interrupt-Verarbeitungseinheit 3 enthält eine Interruptsignal-Genera­ toreinheit zum Erzeugen eines Interruptsignals, welches als Steuersignal für die CPU dient, und eine Detektoreinheit zum Erfassen eines Meß- Startsignals zum Messen des Eingangssignals, welches bei der Erzeu­ gung des Interruptsignals verwendet wird.

Die Interrupt-Verarbeitungseinheit 3 generiert einen externen Interrupt, indem sie eine Änderung des Zustands des Eingangsimpulses erfaßt. Die Interrupt-Verarbeitungseinheit 3 wird vorab so eingestellt, daß ein exter­ ner Interrupt bei der Rückflanke, der Vorderflanke oder beiden Flanken des Eingangsimpulses erzeugt wird. Im gesetzten Zustand wird somit ein externer Interrupt erzeugt. Im Fall der in der Figur dargestellten Aus­ führungsform der Erfindung soll die Breite des Pegels L eines Eingangs­ impulses gemessen werden. Aus diesem Grund erzeugt die Interrupt- Verarbeitungseinheit 3 einen externen Interrupt zum Zeitpunkt der Ände­ rung des Eingangsimpulses vom Pegel H auf den Pegel L.

Die serielle periphere Schnittstelle (SPI 1) enthält eine Empfangseinheit zum Empfangen eines Eingangsimpulses und eines Taktsignals, eine Abtaststeuereinheit zum Abtasten des Eingangsimpulses synchron mit einem Referenztaktsignal, und eine Betriebshalteeinheit zum Anhalten des Abtastvorgangs.

Nimmt man die Erzeugung eines externen Interrupts durch die Interrupt- Verarbeitungseinheit 3 gemäß obiger Beschreibung als ein Signal her, so tastet die SPI einen Eingangsimpuls synchron mit den Schiebeimpulsen ab, die von dem Schiebtaktgeber 2 erzeugt werden. Nachdem seit Be­ ginn des Empfangs acht Abtastungen vorgenommen wurden, wird ein in der Figur nicht dargestellter Empfangszähler um 1 erhöht, und anschließend setzt die SPI den Empfang des Eingangsimpulses fort, wie sie es vorher getan hat. Das Erfassen einer Änderung im Pegel der empfangenen Daten während des Datenempfangsvorgangs seitens der SPI 1 bewirkt, daß die SPI externe Komponenten darüber in Form eines Interruptsignals informiert und anschließend den Empfang des Impulses einstellt.

Der Schiebetaktgeber 2 teilt die Frequenz eines von der in der Figur nicht dargestellten CPU gelieferten CPU-Taktsignals, um solche Schie­ beimpulse zu erzeugen, die eine vorbestimmte Periodendauer haben. Diese Schiebeimpulse dienen als Referenztaktsignale für die SPI 1. Die­ ses oben bereits erwähnte Referenztaktsignal wird dem SPI 1 für den Empfang eines Eingangsimpulses zugeführt. Der Divisor für die Fre­ quenzteilung wird in geeigneter Weise bestimmt nach Maßgabe der für die Messung der Impulsbreite geforderten Auflösung oder Genauigkeit.

Im folgenden sollen anhand des in Fig. 2 gezeigten Flußdiagramms die Arbeitsabläufe der erfindungsgemäßen, oben beschriebenen Ausführungs­ form erläutert werden.

• 1) Zunächst wird in einem Schritt 21 die Erzeugung eines externen Interrupts überwacht. Das Erkennen eines externen Interrupts bewirkt, daß mit dem Empfang eines Eingangsimpulses durch die SPI 1 begonnen wird; Schritt 22.
• 2) Im Schritt 23 wird der Empfangszähler initialisiert. Der Verarbei­ tungablauf geht dann zum Schritt 24, wo geprüft wird, ob der Eingangsimpuls von der SPI 1 bereits achtmal abgetastet wurde oder nicht.
• 3) Wenn im Schritt 24 herausgefunden wird, daß die SPI 1 den Ein­ gangsimpuls noch nicht achtmal abgetastet hat, geht der Ablauf weiter zu einem Schritt 27, um festzustellen, ob der zu messende Impuls be­ reits zu Ende ist oder nicht. Wenn im Schritt 27 festgestellt wird, daß der Eingangsimpuls noch nicht zu Ende ist, so geht der Ablauf zum Schritt 24 zurück, wo die SPI 1 das Abtasten des Eingangsimpulses weiter fortsetzt, solange, bis 8 Abtastungen erfolgt sind oder der Eingangsimpuls zu Ende ist.
• 4) Wenn sich im Schritt 24 herausstellt, daß die SPI den Eingangsim­ puls achtmal abgetastet hat, geht der Verarbeitungsablauf zu einem Schritt 25, um den Empfangszähler um 1 zu erhöhen. Dann geht der Arbeitsablauf zu einem Schritt 26, um den Empfang des Eingangsimpul­ ses mit Hilfe der SPI 1 wieder aufzunehmen.
• 5) Wenn sich im Schritt 27 herausstellt, daß der Eingangsimpuls zu Ende ist, geht der Arbeitsablauf zu einem Schritt 28, um den Empfang des Eingangsimpulses durch die SPI 1 zu beenden. Dann geht der Ablauf zu einem Schritt 29, um die Breite des Eingangsimpulses zu berechnen.

Die Breite des Eingangsimpulses wird im Schritt 29 dadurch berechnet, daß das Ergebnis folgender Addition ermittelt wird: ((Periodendauer des Taktsignals, welches von dem Schiebetaktgeber 2 erzeugt wird)×8× (Zählerstand des Empfangszählers)) + ((Periodendauer des Taktsignals, das von dem Schiebetaktgeber 2 erzeugt wird)×(Anzahl der zuletzt von der SPI 1 empfangenen Bits)). Auf diese Weise kann die Breite des Eingangsimpulses ermittelt werden.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Ende des Eingangsimpulses durch die SPI 1 nachgewiesen, die einen externen Interrupt erzeugt, um das Ende des Eingangsimpulses anzuzei­ gen. Allerdings sollte beachtet werden, daß die Erfindung auch dadurch realisiert werden kann, daß man die Interrupt-Verarbeitungseinheit 3 dann einen externen Interrupt erzeugen läßt, wenn die End- und Vorder­ flanken eines Eingangssignals auftreten. Auf diese Weise läßt sich das Ende des Eingangsimpulses ebenfalls nachweisen.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist ein 8-Bit-Schieberegister als SPI 1 vorgesehen. Die SPI 1 kann auch als Schieberegister mit mehr als 8 Bits ausgebildet sein.

Claims (6)

1. Verfahren zur Impulsbreitenmessung mit Hilfe einer Mikrosteuer­ einheit (MCU), die mit einer seriellen peripheren Schnittstelle (SPI) für Kommunikationszwecke ausgestattet ist, mit folgenden Merk­ malen:

• - eine Interrupt-Einrichtung (3) für eine CPU in der Mikrosteuer­ einheit (MCU) und die serielle periphere Schnittstelle (1) sind zu einer Parallelschaltung miteinander gekoppelt;
• - ein Eingangsimpuls, dessen Breite gemessen werden soll, wird an die Interrupt-Einrichtung (3) und an die serielle periphere Schnittstelle (1) gelegt;
• - ein Meßbeginn für den Impuls wird von der Interrupt-Einrich­ tung (3) bestimmt; und
• - die serielle periphere Schnittstelle empfängt den Eingangsim­ puls, wobei sie den Eingangsimpuls synchron mit einem Referenz­ taktsignal abtastet, um die Breite des Eingangsimpulses zu messen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die serielle periphere Schnitt­ stelle in den Anfangszustand zurückgebracht wird, nachdem ein Eingangssignal nach Maßgabe von mindestens 8 Referenztakten des Referenztaktsignals abgetastet wurde, um den Empfang des Ein­ gangsimpulses dann fortzusetzen, wobei ein Interrupt am Ende des Eingangsimpulses erzeugt wird, um den Betrieb der seriellen peri­ pheren Schnittstelle (1) anzuhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Referenztaktsignal dadurch erzeugt wird, daß die Frequenz eines CPU-Taktsignals geteilt wird und der Wert eines bei der Frequenzteilung des CPU- Taktsignals verwendeten Divisors variiert wird, um die Auflösung oder Genauigkeit für das Messen der Breite des Eingangsimpulses entsprechend zu variieren.

4. Vorrichtung zur Impulsbreitenmessung unter Verwendung einer Mikrosteuereinheit (MCU), die mit einer seriellen peripheren Schnittstelle (SPI) (1) für Kommunikationszwecke ausgestattet ist, umfassend:

• - eine Impulseingangseinheit zur Eingabe eines Impulses, dessen Breite gemessen werden soll,
• - eine Interrupteinrichtung (3) zum Verarbeiten eines Interrupts für eine in der Mikrosteuereinheit verwendete CPU, wobei die Interrupteinrichtung (3) an die serielle periphere Schnittstelle (1) gekoppelt ist, um mit dieser eine Parallelschaltung zu bilden;
• - eine Identifiziereinrichtung, die in der Interrupteinrichtung (3) dazu benutzt wird, den Beginn einer Messung des Eingangsimpulses von der Impulseingangseinrichtung festzustellen; und
• - einen Schiebetaktgeber (2) zum Erzeugen eines Referenztaktsig­ nals,
• - wobei die serielle periphere Schnittstelle eine Empfangsein­ richtung zum Empfang des Eingangsimpulses von der Impulsein­ gabeeinrichtung aufweist, während der Impuls synchron mit dem Referenztaktsignal abgetastet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die serielle periphere Schnitt­ stelle (1) außerdem eine Einrichtung aufweist, um einen Eingangs­ impuls unter Verwendung von mindestens 8 Referenztakten des Referenztaktsignals abzutasten, und eine Betriebshalteeinrichtung aufweist, um den Betrieb des Abtastens des Eingangsimpulses syn­ chron mit dem Referenztaktsignal am Ende des Eingangsimpulses anzuhalten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der das Referenztaktsignal durch den Schiebetaktgeber dadurch erzeugt wird, daß die Frequenz eines CPU-Taktsignals geteilt wird, wobei zum Ändern einer Auf­ lösung oder Genauigkeit bei der Messung der Breite des Eingangs­ impulses der Wert eines Divisors variiert wird, der beim Frequenz­ teilen des CPU-Taktsignals verwendet wird.