DE2518914C3

DE2518914C3 - Verfahren zur Analog/Digitalwandlung

Info

Publication number: DE2518914C3
Application number: DE2518914A
Authority: DE
Inventors: Joachim 8000 Muenchen Voss
Original assignee: Lre Relais and Elektronik 8000 Muenchen GmbH
Current assignee: Lre Relais and Elektronik 8000 Muenchen GmbH
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1975-04-28
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DE2518914A1; US4074259A; DE2518914B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analog-Digitalwandlung, bei welcher eine Übertragungskennlinie programmierbar ist.

Bekannt sind Analog/Digitalwandler, die unter Verwendung eines Treppengenerators und Komparator Zählimpulse erzeugen, deren Anzahl einer analogen F.ingangsspannung proportional ist (lineare Λ/D-Wandler). Hierbei isi im allgemeinen nur die Steigung der Kennlinie veränderbar.

Aus der DFi-AS 19 40 885 ist ein A.'D-Wandler bekannt, welcher im Dual-Slope-Verfahren arbeitet und durch Umschalten von Stmmnuellcn oder Frcoiienzgeneratoren, also auf analoge Weise, die Kennlinie an bestimmten Stellen in ihrer Steigung verändert

Da beispielsweise bei der Messung physikalischer Größen, wie der Temperatur, der elektrische Meßwert der physikalischen Größe oft nicht proportional ist, bedarf es meistens erheblichen technischen Aufwandes, um die Kennlinie im analogen Bereich mit ausreichender Genauigkeit zu linearisieren, damit ein linearer A/D-Wandler dann eine digitale Anzeige erzeugen

ίο kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Anzeigen einer physikalischen Größe in Zahlen zu schaffen, wobei der elektrische Meßwert dieser physikalischen Größe nicht proportional ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß digitale Signale erzeugt werden, die je nach ihrer Kombination die Dauer der Aufladung eines Kondensators bestimmen, dessen Spannung mit einer zu messenden Spannung verglichen wird, daß ein Signal erzeugt wird, welches jeweils einen Schaltimpuls für einen Zähler gibt, daß Impulse erzeugt werden, welche die Dauer der einzelnen Kennlinienabschnitte gleicher Steigung bestimmen, daß durch Verknüpfen der digitalen Signale und die Impulse ein Steuersignal für einen Feldeffekttransistor erzeugt wird, welcher den Strom einer Konstuntstromquelle auf den Ladekondensator schaltet, wobei entsprechend der Verknüpfung der Signale die Spannung an dem Kondensator zeitlich nicht linear ansteigt, daß mittels eines Komparators die Spannung am Kondensator mit der zu messenden Spannung verglichen wird und daß, wenn diese Spannungen gleich sind, ein Zähler von dem Komparator über ein Und-Gatter angehalten wird, dessen Inhalt von einer Anzeige angezeigt wird.

Zweckmäßig werden die digitalen Signale über ein Kontaktfeld auf Oder-Gatter geschaltet, wobei für jedes Oder-Gatter die Codierung frei wählbar ist.

Vorteilhaft werden zur Codierung elektrische Schaltkontakte oder kontaktlose Schalter wie beispielsweise Optokoppler verwendet.

Dabei kann die Kontaktgabe im Codierfeld auch durch eine Lochkarte programmierbar sein.

Vorzugsweise erfolgt dabei die Codierung durch feste elektrische Verbindungen.

Zweckmäßig bestimmt der Quotient der Dauer der Impulse zu der Periodendauer der digitalen Signale die Anzahl jeweils gleich hoher Treppenstufen in der Kennlinie.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein nichtlineares Analogsignal mit digitaler Kodierung linear angezeigt werden kann. Dabei ist die digitale Kodierung frei wählbar, ohne daß dabei die Genauigkeit nachteilig beeinflußt wird.

S5 Das Programmieren erfolgt dabei mit einfachsten technischen Mitteln und läßt sich den zu messenden physikalischen Größen leicht anpassen.

Es ist also die Kennlinie mit einfachsten, rein digitalen Mitteln frei programmierbar, so daß eine sehr hohe Flexibilität in der Anwendung und Anpassungsfähigkeit der Programmierung gegeben ist, ohne daß analoge Schaltkreise bei der Programmierung beeinflußt werden müssen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausr'üh-

h<i rungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 die Kennlinie eines linearen Analog/Digitalwaridlers.

Fig. 2 die Kennlinie eines erfindungsgemaßen A/D-Wandlers.

F i g. 2A einen Ausschnitt der Kennlinie nach F i g. 2,

F i g. 3 die digitalen Signale r, α, β, γ, δ,

Fig.3Α zwei Beispiele einer Verknüpfung der Signale α, γ; β, δ,

F i g. 4 die Signale 7Ί bis Tm.

Fig.5 ein Blockschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In F i g. 1 ist die Kennlinie eines bekannten A/D-Wandlers gezeigt, der unter Verwendung eines Treppengenerators und Komparators Zählimpulse ζ erzeugt, deren Anzahl einer analogen Eingangsspannung Uc proportional ist

In Fig. 2 ist die Kennlinie eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten A/D-Wandlers mit nichtlinearer Kennlinie gezeigt. Dort sind jeweils vier Treppenstufen der Dauer i| gleich hoch. Im gezeigten Beispiel ändert die Kennlinie ihre Steigung jeweils nach Ablauf der Zeit Ti, T2, T3, TA (siehe Fig.4). In F i g. 2a ist gezeigt, wie sich die erste Treppenstufe der Dauer t\ (F i g. 2) genau zusammensetzt. Die durchgehend gezeichnete Linie zeigt die Aufladung des Kondensators Cauf die Spannung U_c\ während der Zeit fi, wenn man in der Kodierung die Signale λ und γ gemäß Fig. 3 und JA verknüpft. Die gestrichelte Linie zeigt die Aufladung des Kondensators C auf die Spannung U_ci während der Zeit /ι, wenn die Signale β und δ miteinander verknüpft werden (F i g. 3, 3A). Durch geeignete Verknüpfung der Signale χ, β, γ, δ lassen sich beliebige Höhen von U_c bis zum Ablauf von Λ programmieren.

In F i g. 4 sind die Signale 7*1 bis Tm gezeigt, welche die Länge des Kennlinienabschnittes bestimmen, in welchem die Treppenstufen gleich hoch sind. Die Anzahl der Zeiteinheiten fi, die in Fl oder T2 oder T3 oder Tm usw. enthalten sind, richtet sich nach der gewünschten Auflösung der Übertragungskennlinie des A/D-Wandlers.

Mit einer Digital-Elektronik wie Oszillator, Zählern und Gatter werden zunächst die Signale τ, λ, β, γ, ö usw. erzeugt Ebenso die Signale Ti, T2, T3, T4bis Tm.

Entsprechend der gewünschten Höhe einer Treppenstufe werden über elektrische Kontakte in der Kodierung die richtigen Signale aus <x, β, γ, ό usw. auf ein Oder Gatter O 1 bis Om geschaltet.

ίο Wie in Fig. 2 gezeigt ist, soll die Höhe von jeweils vier Treppenstufen gleich sein. Die Ausgänge der Oder-Gatter O 1 bis Om werden auf Und-Gatter Ui bis Um geschaltet, welche außerdem die Signale TX bzw. T2 bis Tm als Eingang erhalten.

Am Ausgang dieser Und-Gatter U 1 bis Um steht also während der Zeit Tl bzw. Γ2 bis Tm das dieser Zeit zugeordnete Signal, welches aus κ, β, γ, δ usw. über die Codierung programmiert wurde.

Die Ausgänge all dieser Und-Gatter U\ bis Um werden über ein nachfolgendes Oder-Gatter OS verknüpft und gehen dann auf den Eingang eines weiteren Und-Gatters UT auf welches außerdem das Signal τ und das Ausgangssignal des Komparators K gehen.

Die am Ausgang des Und-Gatteis t/ranstehende Impulsfolge steuert in bekannter Weise einen Feldeffekt-Transistor - FET -, welcher einen konstanten Gleichstrom der Stromquelle /auf den Kondensator C impulsweise wirken läßt.

jo Nachdem die Spannung am Kondensator Cdie Höhe der analogen Eingangsspannung U_c erreicht hat, schaltet der Komparator K das Und-Gatter [/Taus, und der FET erhält keine Ansteuerung mehr. Gleichzeitig wird auch der Eingang des Und-Gatters UZ vor dem

J₅ Zähler gesperrt, und das Signal τ greift nich; mehr auf den Eingang des Zählers durch, wodurch die Anzeige konstant bleibt.

Ilier/u } Blatt Zcichiuiimeii

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Analog/Digitalwandlung, bei welcher eine Übertragungskennlinie programmierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß digitale Signale (λ, β, γ, δ usw.) erzeugt werden, welche je nach ihrer Kombination die Dauer der Aufladung eines Kondensators (C) bestimmen, dessen Spannung mit einer zu messenden Spannung (Ue) verglichen wird, daß ein Signal (V_-J erzeugt wird, welches jeweils einen Schaltimpuls für einen Zähler gibt, daß Impulse (TX bis Tm) erzeugt werden, welche die Dauer der einzelnen Kennlinienabschnitte gleicher Steigung bestimmen, daß durch Verknüpfen der digitalen Signale (öl bis δ) und der Impulse (TX bis Tm) ein Steuersignal für einen Feldeffekttransistor (F£71 erzeugt wird, welcher den Strom einer Konstantstromquelle (I) auf den Ladekondensator (C) schaltet, wobei entsprechend der Verknüpfung der Signale die Spannung an dem Kondensator (C) zeitlich nicht linear ansteigt, daß mittels eines Komparators (K) die Spannung am Kondensator (C) mit der zu messenden Spannung (U_e) verglichen wird und daß, wenn diese Spannungen gleich groß sind, der Zähler von dem Komparator (AiJ über ein Und-Gatter (LiZJ angehalten wird und der Inhalt des Zählers von der Anzeige angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Signale (cn bis δ usw.) über ein Kontaktfeld auf Oder-Gatter (OX bis Om) geschaltet werden, und daß für jedes Oder-Gatter die Codierung frei wählbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Codierung elektrische Schaltkontakte verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, Jadurch gekennzeichnet, daß zur Codierung kontaktlose Schalter wie Optokoppler verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktgabe im Codierfeld durch eine Lochkarte programmierbar ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierung durch feste elektrische Verbindungen erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient der Dauer der Impulse (TX bis Tm) zu der Periodendauer (t X) der digitalen Signale (cn bis <5Jdie Anzahl jeweils gleich hoher Treppenstufen in der Kennlinie bestimmt.