DE3047836C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/50—Analogue/digital converters with intermediate conversion to time interval
- H03M1/56—Input signal compared with linear ramp
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog-Digital-Um
setzer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-AS 12 70 095 ist ein derartiger diskret aufgebauter
Analog-Digital-Umsetzer bekannt, der die Spannungsum
setzung durch Vergleich der analogen Eingangsspannung mit
einer monoton sich verändernden Referenzspannung und
Ermittlung der während Zeitintervalls bis zur Spannungs
gleichheit auftretenden Impulsanzahl bewirkt. Dort wird
vorgeschlagen, den die monoton sich verändernde Ver
gleichsspannung erzeugenden Integrator über einen
mechanischen Schalter einzuschalten, wobei beim Schließen
des mechanischen Schalters zugleich ein Spannungsstoß
erzeugt wird, der eine Flip-Flop-Anordnung umschaltet, deren
Ausgangssignalzustand die Impulsleitung eines Zählsystems
beeinflußt. Die bekannte Anordnung ist allerdings hin
sichtlich der erreichbaren Umsetzpräzision nicht allzu
hoch.
Weiterhin ist aus "Elektronik-Industrie" Heft 5, 1976, Seite
106 bis 108, eine Analog-Digital-Umwandlung mit einem
Microprozessorsystem bekannt. Die bekannte Umwandlungs
schaltung erfordert allerdings erheblichen Aufwand, nämlich
zwei integrierte Schaltungen einschließlich zugehöriger
Schaltungskomponenten. Die beiden integrierten Schaltungen
sind hierbei jeweils mit einer Vielzahl von Eingangs- und
Ausgangsleitungen belegt, d. h. erfordern eine entsprechende
Anzahl von Anschlüssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Analog-
Digital-Umsetzer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
derart auszugestalten, daß eine präzise Umsetzung mit
verhältnismäßig einfachen Mitteln erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Analog-Digital-Umsetzer ist
folglich ein Digitalrechner vorhanden, an dessen Unter
brechungsanschluß das Ausgangssignal der Vergleichsein
richtung angelegt ist. Beim Auftreten eines Ausgangssignals
der Vergleichseinrichtung wird ein Unterbrechungsprogramm
aufgerufen, das eine Abspeicherung des erzielten Zählwerts
bewirkt. Die Möglichkeit des Aufrufs des Unterbrechungs
programms wird dabei erst bei Beginn eines jeweiligen
Analog-Digital-Umsetzvorgangs entsprechend dem Auftreten
des Startbefehlssignals freigegeben und dann wieder
gesperrt, wenn die Vergleichseinrichtung angesprochen hat.
Hierdurch kann ein unerwünschtes und den normalen
Steuerungsablauf störendes Aufrufen des Unterbrechungs
programms außerhalb der Analog-Digital-Umsetzzyklen ver
mieden werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh
rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher
beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 ein Steuerschaltbild eines Ausführungs
beispiels, wobei als Digitalrechner ein Mikro
computer verwendet wird,
Fig. 2 ein Beispiel eines Programm
ablaufplans für die Analog-Digital-Umsetzung,
Fig. 3 ein Beispiel eines Programmablaufplans für
eine Analog-Digital-Umsetzung ohne Verwendung
der Interrupt- bzw. Unterbrechungsfunktion,
Fig. 4 die Anordnung bzw. die Art und Weise der
Zusammengehörigkeit der Fig. 4A, 4B und 4C und
Fig. 4A, 4B und 4C in ihrer Gesamtheit ein Steuer
blockschaltbild eines Mikrocomputers MC1.
Fig. 1 zeigt ein Schaltungsbeispiel eines erfindungs
gemäßen Analog-Digital-Umsetzers, wobei MC1 einen als
einzelnen Chip aufgebauten Mikrocomputer (Digitalrechner) bezeichnet, der
z. B. aus dem Baustein Intel 8048, dessen interes Block
schaltbild in Fig. 4 dargestellt ist,
bestehen kann. Die Anschlüsse eines Konden
sators C1 werden durch einen Transistor Q1 und einen Feld
effekttransistor Q2 in Abhängigkeit von einem von dem
Mikrocomputer MC1 erzeugten Analog-Digital-Umsetz-Start
signals ADC kurzgeschlossen oder geöffnet. Ist der Feld
effekttransistor Q2 als Verarmungs
typ ausgeführt, so werden die Anschlüsse des Kondensators
C1 bei hohem bzw. niedrigem Pegel des
Signals ADC geöffnet bzw. kurzgeschlossen.
Eine Integrierschaltung besteht aus einem Operations
verstärker Q3, dem Kondensator C1 und einem Widerstand
R5. Sind die Anschlüsse des Kondensators C1 aufgrund
eines hohen Signalpegels des Analog-Digital-Umsetz-Start
signals ADC geöffnet, so steigt das Ausgangssignal des
Operationsverstärkers Q3 rampenförmig linear von einem
anfänglichen Wert von 12 V an, wobei die Rampe bzw. deren
Steigung durch die Zeitkonstante C1×R5 bestimmt ist.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers Q3 liegt an
dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines Vergleichers
Q4 an, an dessen invertierendem Eingangsanschluß
des zu messende analoge Signal über einen Anschluß AIN
anliegt.
Wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers Q3
größer als das analoge Signal bzw. Eingangssignal, so
wechselt das Ausgangssignale des Vergleichers Q4 und
schaltet dabei einen Transistor Q5 durch, wodurch das
Potential an einem Unterbrechungseingang des Mikro
computers MC1 niedrigen Pegel annimmt und somit eine Unter
brechung erfolgt. Das Unterbrechungsprogramm wird beim hier
beschriebenen Ausführungsbeispiel zum Abspeichern
eines Taktgeber-Zählerinhalts verwendet. In Fig. 1
ist weiterhin ein Kristallschwinger XTAL gezeigt, der an
den Mikrocomputer MC1 Taktsignale abgibt.
Fig. 2 zeigt einen Programmablaufplan des in einem
Festspeicher ROM des in Fig. 4 gezeigten Mikrocomputers
MC1 abgespeicherten Analog-Digital-Umsetzprogramms. Bei
dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel wird bei der Analog-
Digital-Umsetzung ein digitales 8-Bit-Signal erzielt; hierfür
wird ein im Mikrocomputer bzw. Mikrorechner MC1 vorge
sehener interner 8-Bit-Taktgeberzähler verwendet, dessen
Inhalt ungefähr alle 10 ms inkrementiert wird. Der Taktge
berzähler zählt dabei Taktsignale, die durch
Teilen der Frequenz der Ausgangssignale des
Kristallschwingers XTAL auf 1/480 erhalten werden.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Programmablaufplan wird
der Inhalt des Taktgeberzählers zuerst auf "0" und ein
Speicherregister für den bei der Um
setzung erzielten Wert auf "FF" gesetzt. Anschließend
wird die Unterbrechung zum Setzen des Analog-Digital-
Umsetz-Startsignals auf hohen Pegel freigegeben und gleich
zeitig der Taktgeber- bzw. Taktimpulszähler aktiviert,
womit die den in Fig. 1 gezeigten Operationsverstärker Q3
enthaltende Integrierschaltung zu arbeiten beginnt. Wird
das Ausgangssignal des Operationsverstärkers Q3 größer
als das analog Eingangssignal, so läuft das Unter
brechungsverfahren bzw. -Programm an und es wird der Inhalt
des Taktimpulszählers in das in einem Direktzugriffsspeicher
RAM des Mikrocomputers MC1 (Fig. 4) vorgesehene
Speicherregister übertragen. Wenn der Taktimpulszähler
anschließend überläuft, so wird die Unterbrechung gesperrt
und damit das Analog-Digital-Umsetz-Startsignal ADC auf
niedrigen Pegel gelegt, wodurch die Integrierschaltung
zurückgesetzt wird. Im Anschluß an den vorstehend
beschriebenen Ablauf ist der umgesetzte Wert im Speicher
register gespeichert.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird zu Beginn in dem Speicherregister der Maximalwert
"FF" gespeichert, um den Wert "0" als umgesetzten Wert zu
vermeiden, wenn der Unterbrechungsvorgang bzw. das Unter
brechungsprogramm nicht eingeleitet wird, bevor der Takt
impulszähler überläuft, d. h. wenn das analoge Signal
größer als erwartet ist.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird
das von dem analogen Signal und dem Ausgangssignal der
Integrierschaltung herrührende Unterscheidungssignal über
den Unterbrechungsanschluß INT eingegeben. Es ist
auch möglich, das Signal über einen normalen Anschluß
einzugeben.
Fig. 3 zeigt einen Ablaufplan des in dem Mikrocomputer
MC1 zu speichernden bzw. gespeicherten Programms für
die Analog-Digital-Umsetzung, bei dem das Unterscheidungs
signal über einen normalen Eingangsanschluß eingegeben
wird.
Entsprechend dem in Fig. 3 gezeigten Ablaufplan wird
das Analog-Digital-Umsetz-Startsignal ADC zuerst auf
hohen Pegel und die Inhalte eines Software-Zählers und
eines Speicherregisters für den umgesetzten Wert entsprechend
auf "0" bzw. "FF" gesetzt, wodurch die Analog-
Digital-Umsetzung eingeleitet wird. Anschließend wird ermittelt,
ob ein normaler Eingangsanschluß I1 auf niedrigem
Pegel liegt und, wenn dies nicht der Fall ist, der
Inhalt des Software-Zählers inkrementiert bzw. hochgezählt.
Wenn der Eingangsanschluß I1 andererseits auf niedrigem
Pegel liegt, so wird der Inhalt des Software-Zählers in
das in dem Direktzugriffsspeicher des Mikrocomputers MC1
vorgesehene Speicherregister übertragen und das Analog-
Digital-Umsetz-Startsignal ADC auf niedrigen Pegel
gelegt, wodurch die Analog-Digital-Umsetzung beendet wird.
Liegt der Eingangsanschluß I1 auf hohem Pegel, so
werden die Schritte des Überprüfens des Eingangsanschlusses
I1, des Inkrementierens bzw. Hochzählens des Inhalts
des Software-Zählers und des Überprüfens des Software-
Zählers auf Überlauf in vorbestimmten Zeitintervallen wieder
holt. Die Analog-Digital-Umsetzung wird entweder durch
einen niedrigen Pegel des Analog-Digital-Umsetz-Start
signals bei Eingabe eines Signals mit
niedrigem Pegel über den Eingangsanschluß INT oder aber
durch den Überlauf des Software-Zählers beendet.
Mit dem vorstehend beschriebenen Programm erhält
der Mikrocomputer MC1 einen der Zeitdauer bis zum Wechsel
des Signals am Eingangsanschluß I1 auf niedrigen Pegel
entsprechenden Digitalwert, so daß die Analog-Digital-
Umwandlung ohne Verwendung eines Unterbrechungsprogramms
erfolgt.
Als Spannungsänderung, die bei dem vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel durch die Aufladung der
Integrierschaltung erfolgt, kann auch die durch eine Ent
ladung hervorgerufene Spannungsänderung oder aber eine andere
Einrichtung Verwendung finden, die einen monotonen
Spannungsanstieg oder -abfall erzeugt.
Wie vorstehend erläutert, enthält der erfindungs
gemäße Analog-Digital-Umsetzer eine Ausgabeeinrichtung,
die eine monoton ansteigende oder abfallende Aus
gangsspannung erzeugt, eine Signalerzeugungs
einrichtung zum Erzeugen eines Befehlssignals, durch das
der monotone Spannungsanstieg oder -abfall der Ausgabe
einrichtung eingeleitet wird, eine Vergleicherschaltung
zum Vergleichen eines analogen Signals mit der Ausgangs
spannung der Ausgabeeinrichtung und einen Digitalrechner,
der eine Zeitgebereinrichtung zum Zählen bzw. Ermitteln
der Zeit nach der Erzeugung des Befehlssignals durch die
Signalerzeugungseinrichtung aufweist und zum Empfang des
Ausgangssignals der Vergleicherschaltung ausgelegt ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Analog-Digital-Umsetzer
ist es aufgrund des vorstehend erläuterten Aufbaus möglich,
den analog-digital-umgesetzten Wert eines analogen
Signals mit Hilfe einer äußerst einfachen externen Schaltung
und über lediglich zwei Signalleitungen auch bei
Eingabe beispielsweise eines 8-Bit-Digitalsignals in den
Digitalrechner einzugeben. Demzufolge ist ein solcher
Analog-Digital-Umsetzer äußerst nützlich in Verbindung
mit einem Digitalrechner, der nur über eine beschränkte
Anzahl von Eingabe-/Ausgabeanschlüssen verfügt, wie es
bei einem Mikrocomputer der Fall ist.
Obwohl das Analog-Digital-Umsetz-Startsignal beim
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel vom Digital
rechner erzeugt wird, ist es auch möglich, das Start
signal von außen beispielsweise über Tastenbetätigungen
an den Digitalrechner und die Integrierschaltung abzugeben.
Zusammengefaßt wird also ein Analog-Digital-Umsetzer
geschaffen, der mit einem Teil eines mit dem Umsetzer
kombinierten Digitalrechners zusammenarbeitet, so daß
eine Erhöhung der Anzahl der Eingangs- und Ausgangs
anschlüsse des Digitalrechners vermieden werden kann.
Claims (5)
1. Analog-Digital-Umsetzer mit einer Ausgabeeinrichtung
zur Erzeugung eines Bezugssignals, dessen Spannung ansteigt
oder abfällt und das durch eine Vergleichseinrichtung mit
einem analogen Signal vergleichbar ist, und einer Auswerte
einrichtung, die einen Taktimpulszähler aufweist und das
Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung empfängt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung einen Digital
rechner (MC1) aufweist, der einen Ausgangsanschluß (O1)
zum Abgeben eines Startbefehlssignals, das den Beginn der
Analog-Digital-Umsetzung befiehlt, einen Unterbrechungs
eingang (INT), dem das Ausgangssignal der Vergleichsein
richtung (Q4) zugeführt wird, und den Taktimpulszähler
umfaßt, daß der Digitalrechner (MC1) bei Abgabe des Start
befehlssignals über den Ausgangsanschluß (O1) den Aufruf
eines Unterbrechungsprogramms freigibt und die Zeitzählung
mittels des Zählers sowie den Betrieb der Ausgabeein
richtung (Q1 bis Q3) für die Erzeugung des Bezugssignals
einleitet und bei Auftreten des Ausgangssignals der Ver
gleichseinrichtung (Q4) am Unterbrechungsanschluß (INT)
das Unterbrechungsprogramm zum Festhalten des Zählstands
des Zählers als Digitaldaten abarbeitet und dann den Aufruf
des Unterbrechungsprogramms sperrt.
2. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Spannung des von der Ausgabeeinrichtung
(Q1 bis Q3) erzeugten Bezugssignals monoton ansteigt oder
abfällt.
3. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung eine Integrier
schaltung (Q3, C1, R5) aufweist.
4. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Integrierschaltung einen Operationsver
stärker (Q3), einen Integrierkondensator (C1) und einen
Widerstand (R5) enthält.
5. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Aufladung des Integrierkondensators (C1)
in Abhängigkeit von dem Startbefehlssignal beginnt.
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1988
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Also Published As
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D2 | Grant after examination | ||
8380 | Miscellaneous part iii |
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