DE3801951C2 - Digital/Analog-Wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Digital/Analog-Wandler mit einem Register für die zu wandelnden digitalen Signale, mit einem Zähler, mit einem Komparator zum Vergleichen des Inhalts des Registers mit dem jeweiligen Zählerstand und mit einem Tiefpaß, wobei zwischen die Ausgänge des Registers und den Kompara­ tor ein weiteres Register geschaltet ist.

Bei diesen z. B. aus der DE 27 04 141 bekannten Digital/Analog-Wandlern wird mit Hilfe des Zählers und des Komparators ein pulsbreitenmoduliertes Signal erzeugt, dessen mit Hilfe des Tiefpasses abgeleiteter Mittelwert das analoge Ausgangssignal des Wandlers ergibt. Derartige Digital/Analog-Wandler werden häufig zusammen mit Mikrocomputern verwendet, wobei das zu wandelnde digitale Signal vom Mikrocomputer über einen Datenbus in das Register einge­ schrieben wird. Dabei wird der bestehende Registerinhalt überschrieben. Erfolgt das Einschreiben eines Wertes, der einem kleineren Zählerstand ent­ spricht als der alte Wert, während der Zähler sich zwischen beiden Werten befindet, so wird keine Gleichheit zwischen dem Registerinhalt und dem Zäh­ lerstand festgestellt, so daß in diesem Fall die Pulsbreite den Maximalwert erreicht und der Digital/Analog-Wandler einen fehlerhaften Wert ausgibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Digital/Analog-Wandler vor­ zuschlagen, bei welchem die Impulsbreite des pulsbreitenmodulierten Signals immer dem zugeführten digitalen Signal entspricht.

Der erfindungsgemäße Digital/Anlalog-Wandler ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Zählers mit einer zwischen den Ausgängen des Regi­ sters und dem weiteren Register angeordneten Schalteinrichtung verbunden ist, wobei der Inhalt des Registers bei Vorliegen eines Ausgangssignals des Zählers in das weitere Register ladbar ist.

Der erfindungsgemäße Digital/Anlalog-Wandler hat den Vorteil, daß innerhalb einer jeden Periode des pulsbreitenmodulierten Signals eine dem zugeführten digitalen Signal entsprechende Impulsbreite ermittelt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Digital/Anlalog-Wand­ lers besteht darin, daß an den Ausgang des Komparators ein erster Eingang eines Flip-Flops und an den Überlaufausgang des Zählers ein zweiter Eingang des Flip-Flops angeschlossen ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß zwischen den Über­ laufausgang des Zählers und den zweiten Eingang des Flip-Flops eine Tor­ schaltung derart geschaltet ist, daß ein Überlaufsignal zum zweiten Eingang des Flip-Flops nur dann geleitet wird, wenn mindestens in einer Stelle des Registers eine Eins vorhanden ist.

Durch diese Weiterbildung wird verhindert, daß der Impuls, dessen Breite zu modulieren ist, anfängt, wenn das zugeführte digitale Signal einer Null ent­ spricht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Wei­ terbildung wird dieses dadurch erreicht, daß der Überlaufausgang des Zählers mit dem einen Eingang einer Und-Schaltung verbunden ist, deren Ausgang an den zweiten Eingang des Flip-Flops angeschlossen ist und daß die Ausgänge des Registers mit Eingängen einer oder-Schaltung verbunden sind, deren Ausgang an den anderen Eingang der Und-Schaltung angeschlos­ sen ist.

Sofern der Zähler mit einem Takt arbeitet, der nicht in einer festen Phasenbeziehung zum Takt des Mikro­ computers steht, kann es vorkommen, daß der Inhalt des Registers geändert wird, während eine Übernahme des Registerinhalts in das weitere Register erfolgt. Um dieses zu verhindern, ist gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß zwischen dem Überlaufausgang des Zählers und einem zum Laden des weiteren Registers vorgesehenen Eingang eine Torschaltung angeordnet ist, welcher ein zum Laden des Registers vorgesehener Impuls derart zuführbar ist, daß bei gleichzeitigem Auftreten des Impulses und des Überlaufsignals ein Laden des weiteren Regi­ sters unterbleibt.

Eine vorteilhafte schaltungstechnische Ausgestaltung dieser Weiterbildung besteht darin, daß der Überlauf­ ausgang des Zählers mit einem ersten Eingang einer weiteren Und-Schaltung verbunden ist und daß dem zweiten Eingang der weiteren Und-Schaltung der Im­ puls invertiert zuführbar ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be­ schrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Digital/ Analog-Wandlers und

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der bekannten Anordnung gemäß Fig. 1 ist ein Pulsbreitenmodulator 1 vorgesehen, welchem über einen Eingang 2 ein Taktsignal T zugeführt wird. Die zu wandelnden Signale werden über einen Datenbus 3 und ein Register 4 dem Pulsbreitenmodulator 1 zuge­ leitet. An den Ausgang des Pulsbreitenmodulators 1 ist ein Tiefpaß 5 angeschlossen, an dessen Ausgang 6 analoge Signale entnehmbar sind. Die Grenzfrequenz des Tiefpasses 5 ist wesentlich niedriger als die Frequenz des bei 2 zugeführten Taktsignals T, so daß sich aus den in ihrer Breite modulierten Impulsen praktisch eine Gleichspannung ergibt, deren Höhe der Breite der Impulse proportional ist.

Bei der bekannten Schaltung wird das Register 4 von demjenigen System gesteuert, das über den Datenbus die zu wandelnden digitalen Signale zuführt. Dadurch wird für einen in Bezug auf das Taktsignal T des Pulsbreitenmodulators 1 nicht festgelegten Zeitpunkt eine Änderung der digitalen Signale vorgenommen. Falls der neu über den Datenbus eingeschriebene Wert der digitalen Signale kleiner als der zuvor gespei­ cherte und der Wert des Zählerinhalts zum Zeitpunkt der Änderung zwischen diesen beiden Werten liegt, so wird das Ausgangssignal die maximale Impulsbreite annehmen. Im Ausgangssignal im nachgeschalteten Tief­ paßfilter äußert sich dieser fehlerhafte Wert in Form einer Signalerhöhung.

Als Beispiel für die Erzeugung und die Zuführung der zu wandelnden digitalen Signale ist in Fig. 2 ein Mikrocomputer 7 vorgesehen, der über einen Datenbus 3 die digitalen Signale an das Register 4 abgibt. In an sich bekannter Weise werden die digitalen Signale vom Datenbus 3 in das Register 4 dadurch geladen, daß ein Adreß-Decoder 8 einen entsprechenden Impuls an das Register 4 abgibt, wenn dem Adreß-Decoder 8 über einen Adreßbus 9 die dem Register 4 zugeordnete Adresse zugeführt wird. Die parallelen Ausgänge des Registers 4 sind über Leitungen 10 und eine Schalt­ einrichtung 11 mit Eingängen eines weiteren Regi­ sters 12 verbunden. Die Register 4, 12, der Datenbus 3 sowie die Leitungen 10 können entsprechend den jeweiligen Anforderungen ausgelegt sein, beispiels­ weise eine Breite von 8, 10 oder 16 Bit aufweisen.

Das Register 12, ein Zähler 13, ein Komparator 14 und ein Flip-Flop 15 bilden einen Pulsbreitenmodula­ tor. An einen Ausgang des Flip-Flops 15 ist der Tief­ paß 5 angeschlossen, an dessem Ausgang 6 das analoge Signal entnehmbar ist.

Der Zähler 13 verfügt über ein Überlauf-Flip-Flop 16, das bei Auftreten eines Überlaufs gesetzt und über eine Leitung 17 beim Start des Zählers rückge­ setzt wird. Der Zähler 13 zählt die bei 2 zugeführ­ ten Taktimpulse T. Der Ausgang des Überlauf-Flip­ flops 16 ist einerseits über eine Und-Schaltung 18 mit einem Setzeingang S des Flip-Flops 15 und ande­ rerseits mit einem Eingang einer weiteren Und-Schal­ tung 19 verbunden. Einem weiteren Eingang der Und- Schaltung 18 wird über eine Oder-Schaltung 20, deren Eingänge die Ausgangssignale des Registers 4 zuge­ führt sind, angeschlossen.

Die Ausgänge des weiteren Registers 12 und des Zäh­ lers 13 sind mit Eingängen des Komparators 14 verbun­ den, der bei Gleichheit der den Eingängen A und B zugeführten Signale das Flip-Flop 15 über den Ein­ gang R rücksetzt. Dem Flip-Flop 15 werden über je­ weils einen Eingang 21, 22 Referenzspannungen Uref1 und Uref2 zugeführt, welche den Bezugspegel der Aus­ gangsspannung festlegen.

Nach dem der Zähler 13 seinen maximalen Zählerstand erreicht hat und somit das Überlauf-Flip-Flop 16 setzt, wird von dessen Ausgang ein Überlaufsignal abgegeben, das über die Und-Schaltung 19 die Schalt­ einrichtung 11 schließt, so daß Daten aus dem Regi­ ster 4 in das weitere Register 12 übernommen werden. Gleichzeitig wird über die Und-Schaltung 18 das Flip-Flop 15 gesetzt, wodurch der Beginn des vom Pulsbreitenmodulator an den Tiefpaß abgegebenen Impulses festgelegt wird.

Nach dem Überlauf beginnt der Zähler 13 von vorn im Takt des bei 2 zugefügten Taktsignals zu zählen, wobei der jeweilige Zählerstand dem Eingang B des Komparators 14 zugeführt wird. Entspricht der Zähler­ stand dem Inhalt des weiteren Registers 12, so gibt der Komparator 14 ein Ausgangssignal ab, das das Flip-Flop 15 rücksetzt und somit den Impuls beendet, welcher dem Tiefpaß 5 zugeführt wird.

Eine gegebenenfalls zwischenzeitlich erfolgte Änderung des Inhalts des Registers 4 stört diesen Ablauf nicht. Falls eine solche Änderung eingetreten ist, wird der neue Inhalt des Registers 4 bei dem näch­ sten Überlaufsignal in das Register 12 übernommen. Diese Übernahme wurde der Anschaulichkeit halber durch eine in die Leitungen 10 eingefügte Schaltein­ richtung 11 dargestellt. Die meisten auf dem Markt verfügbaren Register enthalten jedoch bereits ent­ sprechende Eingänge zur Steuerung der Datenübernah­ me, wie es beispielsweise bei dem Register 4 darge­ stellt ist.

Um zu verhindern, daß der dem Tiefpaß 5 zugeführte Impuls gestartet wird, wenn der Inhalt des Registers 4 null ist, wird der Überlaufimpuls vom Überlauf- Flip-Flop 16 zum Setzeingang des Flip-Flops 15 von der Und-Schaltung 18 nur dann weitergeleitet, wenn die Und-Schaltung von der Oder-Schaltung 20 eine Eins erhält. Diese wird jedoch von der Oder-Schal­ tung 20 nur dann abgegeben, wenn mindestens eine der Stellen des Inhalts des Registers 4 einer Eins ent­ spricht.

Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine fehlerfreie Digital/Analog-Wandlung unabhängig da­ von, zu welchem Zeitpunkt bezüglich des Zählerstan­ des vom Mikrocomputer 7 ein neuer Digitalwert ausge­ geben wird. Diese Unabhängigkeit ist auch dann vor­ teilhaft, wenn das bei 2 zugeführte Taktsignal mit dem Takt des Mikrocomputers 7 verkoppelt ist, da die Ausgabe jeweils neuer Digitaldaten im wesentlichen vom Programm abhängt. Die im folgenden beschriebene Weiterbildung der Erfindung stellt ferner eine Über­ nahme des Inhalts des Registers 4 in das weitere Register 12 sicher, wenn das Taktsignal T nicht mit dem Takt des Mikrocomputers verkoppelt ist. Dazu wird das Überlaufsignal vom Überlauf-Flip-Flop 16 einem Eingang einer Und-Schaltung 19 zugeführt, deren Ausgang mit einem Steuereingang der Schaltein­ richtung 11 verbunden ist.

Einem weiteren, invertierenden Eingang der Und-Schal­ tung 19 wird der Ausgangsimpuls des Adreß-Decoders 8 zugeleitet. Solange sich das Überlaufsignal und der Ausgangssimpuls des Adreß-Decoders 8 - im folgenden Impuls genannt - nicht zeitlich überschneiden, wird von der Und-Schaltung 19 das Überlaufsignal unbeein­ flußt an die Schalteinrichtung 11 weitergeleitet. Eine Überschneidung des Impulses mit dem Überlaufsig­ nal hätte jedoch eine Übernahme des Inhalts des Registers 4 in das weitere Register 12 zur Folge, während das Register 4 über den Datenbus 3 umgeladen wird. Die während dieser Zeit erfolgte Sperrung des Überlaufsignals durch die Und-Schaltung 19 verzögert die Übernahme der Daten in das weitere Register 12, bis der Impuls und damit das Umladen des Registers 4 beendet ist - bis also die Ausgangssignale des Registers 4 eindeutige jeweils zu einem Digitalwert gehörende Zustände aufweisen.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann im Rahmen des Fachmänni­ schen auch in anderer Weise verwirklicht werden. So ist beispielsweise eine Verwendung einer anderen Logikzuordnung möglich und/oder eines Abwärtszählers anstelle eines Aufwärtszählers. Bei Verwendung von Registern, deren Stellenanzahl größer als die Breite des Datenbusses 3 ist, kann das Register 4 in mehre­ re Register aufgeteilt werden, welche nacheinander unter verschiedenen Adressen über den Datenbus gela­ den werden.

Claims (7)

1. Digital/Analog-Wandler mit einem Register für die zu wandelnden digi­ talen Signale mit einem Zähler, mit einem Komparator zum Vergleichen des Inhalts des Registers mit dem jeweiligen Zählerstand und mit einem Tiefpaß, wobei zwischen die Ausgänge des Registers und den Kompara­ tor ein weiteres Register geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Zählers (13) mit einer zwischen den Ausgängen des Regi­ sters (4) und dem weiteren Register (12) angeordneten Schalteinrichtung (11) verbunden ist, wobei der Inhalt des Registers (4) bei Vorliegen eines Ausgangssignals des Zählers (13) in das weitere Register (12) ladbar ist.

2. Digital/Analog-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Zählers (13) ein Überlaufsignal ist.

3. Digital/Analog-Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Komparators (14) ein erster Eingang eines Flip-Flops (15) und an den Überlaufausgang des Zählers (13) ein zweiter Ein­ gang des Flip-Flops (15) angeschlossen ist.

4. Digital/Analog-Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Überlaufausgang des Zählers (13) und den zweiten Eingang des Flip-Flops (15) eine Torschaltung (18) derart geschaltet ist, daß ein Überlaufsignal zum zweiten Eingang des Flip- Flops (15) nur dann geleitet wird, wenn mindestens in einer Stelle des Registers (4) eine Eins vorhan­ den ist.

5. Digital/Analog-Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlaufausgang des Zählers (13) mit dem einen Eingang einer Und-Schaltung (18) verbunden ist, deren Ausgang an den zweiten Eingang des Flip-Flops (15) angeschlossen ist und daß die Ausgänge des Registers (4) mit Eingängen einer Oder- Schaltung (20) verbunden sind, deren Ausgang an den anderen Eingang der Und-Schaltung (18) angeschlossen ist.

6. Digital/Analog-Wandler nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Überlaufausgang des Zählers (13) und einem zum Laden des weiteren Registers (12) vorgesehenen Ein­ gang eine Torschaltung (19) angeordnet ist, welcher ein zum Laden des Registers (4) vorgesehener Impuls derart zuführbar ist, daß bei gleichzeitigem Auftre­ ten des Impulses und des Überlaufsignals ein Laden des weiteren Registers (12) unterbleibt.

7. Digital/Analog-Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlaufausgang des Zählers (13) mit einem ersten Eingang einer weiteren Und- Schaltung (19) verbunden ist und daß dem zweiten Eingang der weiteren Und-Schaltung (19) der Impuls invertiert zuführbar ist.