DE3047836C2 - - Google Patents

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.