DE4034373C1 - - Google Patents
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- DE4034373C1 DE4034373C1 DE4034373A DE4034373A DE4034373C1 DE 4034373 C1 DE4034373 C1 DE 4034373C1 DE 4034373 A DE4034373 A DE 4034373A DE 4034373 A DE4034373 A DE 4034373A DE 4034373 C1 DE4034373 C1 DE 4034373C1
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- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C15/00—Arrangements characterised by the use of multiplexing for the transmission of a plurality of signals over a common path
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
- Information Transfer Systems (AREA)
- Communication Control (AREA)
- Time-Division Multiplex Systems (AREA)
Description
Die Erfindung beschreibt eine Schaltungsanordnung mit
Schaltstufen zur Erfassung und Anpassung sowie Schaltmittel
zur Bereitstellung elektrischer Eingangssignale,
die der Steuerungsebene mit potentialfreiem Bezug zur
Eingangsebene angeboten werden, indem die Eingangsinformationen
und die Steuersignale der Informationsübertragung
von und zu einem Mikroprozessor über optische Koppelelemente
transportiert werden, wobei eine zahlenmäßige Erweiterung
der Informationseingänge durch Aufrüstung der
Schaltstufen und Schaltmittel erreicht wird.
Nach dem Stand der Technik werden Peripheriebaugruppen,
sogenannte Eingangsinterfaces, zur Zuführung und Bereitstellung
digitaler Eingangssignale von systemexternen
Befehlsgeräten wie beispielsweise Schalter, Taster, Relais
und Sensoren an elektronische Steuerungssysteme benutzt.
Die Schaltungsanordnungen sind auf einer Leiterplatte
aufgebracht und bringen das Eingangssignal auf ein für die
Steuerungslogik verwendbares Verarbeitungsniveau. In der
Technischen Dokumentation von E. A. Storz GmbH + Co KG
(Dokument. Vers. 1.0, Ausgabe 09.89, Verfasser H. Muffler)
ist eine typische Schaltungsanordnung einer Ein-/Ausgabekarte
veröffentlicht. Die Schaltungen weisen zur Unterdrückung
von Störsignalen für jeden Engang eine Filterschaltung
und zur Definierung des Schaltpegels einen Komparator
auf, der das Eingangssignal auf eine Referenzspannung
bezieht. Zur Potentialtrennung der Steuerungsebene
von der externen Umgebung wird pro Eingang ein
Optokoppler eingesetzt. Diese Maßnahme ist vom Bauteilbedarf
her aufwendig und unwirtschaftlich.
In der DE-Z-: Design & Elektronik, H. 14, 5. Juli, 1988,
Seiten 68, 69 wird eine galvanisch trennende Datenerfassung
beschrieben. Es wird dabei eine Schaltungsanordnung
beschrieben, die elektrische Eingangssignal erfaßt
und bereitstellt und an das Steuerungssystem anpaßt. Eine
Erweiterung der Grundschaltung um acht Eingänge, benötigt
jeweils einen zusätzlichen Opto-Koppler. Die Anzahl der
Schaltmittel wächst mit steigender Anzahl der zu verarbeitenden
Eingangssignale.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
für elektronische Steuerungssysteme zu schaffen,
die eine galvanische Trennung der Steuerungsebene von der
Steuerungsperipherie bewirkt, wobei der Bauteilebedarf
unabhängig von der Anzahl der physikalischen Eingänge
immer der gleiche bleibt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die
Schaltungsanordnung als Eingangsmodul ausgeführt ist, das
mit einem oder mehreren Eingangsmoduln kaskadierbar ist
wobei pro Kaskade, unabhängig von der Anzahl der kaskadierten
Eingangsmoduln, ein Kommunikationsmodul erforderlich
ist, indem der Takteingang, der Rücksetzeingang und
der Datenausgang der Eingangsmoduln parallelgeschaltet
sind und mit dem Taktausgang, dem Rücksetzausgang und dem
Dateneingang des Kommunikationsmoduls verbunden sind und
der Zyklus-Ende-Ausgang des ersten Eingangsmoduls mit der
Zyklusfreigabe des zweiten Eingangsmoduls verbunden ist
und der Zyklus-Ende-Ausgang des zweiten Eingangsmoduls mit
dem Zyklus-Ende-Eingang des Kommunikationsmoduls verbunden
ist, wobei das Kommunikationsmodul den Datenstrom und die
Steuersignale über Opto-Koppler zum und vom Mikroprozessor
transportiert.
Die Unteransprüche 2 bis 10 kennzeichnen zweckmäßige und
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Dabei ist nach Anspruch 2 besonders zweckmäßig, daß ein
oder mehrere Vergleichselemente für jeden Eingang zur Verfügung
stehen, die mit Bezug auf ein oder mehrere Referenzpegel
eine oder mehrere Eingangsinformationen an den
Eingängen des Multiplexers bereitstellen. Nach Anspruch 3
veranlaßt ein vom Mikroprozessor ausgehendes Rücksetzsignal
über das galvanische Trennelement des Kommunikationsmoduls
die Steuerlogik dazu, die Informationserkennung
des Multiplexers an einem definierten Eingang der Eingänge
zu starten. Von Vorteil ist es weiterhin, daß der Mikroprozessor
einen internen Takt erzeugt und über das galvanische
Trennelement auf den Takteingang der Steuerlogik
legt, und daß der Takt den zeitlichen Verlauf des Übertragungszyklus
bestimmt und daß nach Anspruch 5 das Ende
eines Übertragungszyklusses durch ein von der Schaltlogik
übermitteltes Zyklus-Ende-Signal dem Mikroprozessor über
das galvanische Trennelement geführt wird.
Besonders zweckmäßig ist es, daß eine
Kaskadierung von zwei oder mehr Eingangsmoduln derart
erfolgt, daß der Ausgang Zyklus-Ende-Signal des ersten
Eingangsmoduls mit einem Eingangssignal des zweiten
Eingangsmoduls verbunden wird und daß bei jedem weiteren
Eingangsmodul gleichermaßen verfahren wird und dabei nach
Anspruch 7 das Zyklus-Ende-Signal des letzten kaskadierten
Eingangsmoduls mit dem Eingang des Kommunikationsmoduls
verbunden wird. Ein weiterer Vorteil gemäß der Erfindung
ergibt sich aus den Ansprüchen 8 bis 10, wonach bei Kaskadierung
von zwei oder mehr Eingangsmoduln ihre Eingangssignale
und ihr Ausgangssignal parallel geschaltet werden
und daß der Taktausgang des Kommunikationsmoduls mit den
Takteingängen der Eingangsmodule parallelgeschaltet ist
und daß der Dateneingang des Kommunikationsmoduls mit den
Datenausgängen der Eingangsmodule parallelgeschaltet ist.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Eingangsmoduls
und des Kommunikationsmoduls unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung.
Fig. 2 die Kaskadierung des ersten Eingangsmoduls mit einem
weiteren Eingangsmodul zur zahlenmäßigen Erweiterung der
Eingänge.
Fig. 3 das Funktionsablaufdiagramm eines Übertragungszyklus
unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Eingangsmoduls
und des Kommunikationsmoduls unter Verwendung
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. In diesem Beispiel
weist das Eingangsmodul EM acht Eingänge IN0-IN7
auf, an denen je ein digitale Eingangsinformation ansteht.
Jedem Eingang sind Vergleichselemente EV0 bis EV7
und Diagnoseelemente DV0 bis DV7 zugeordnet. Die Ausgangspegel
der Eingangs- und Diagnoseelemente liegen parallel
an den Eingängen 4 des Multiplexers 1. Der Multiplexer
wird zu Beginn des Übertragungszyklus durch das Rücksetzsignal
RES des Mikroprozessor 10 ausgerichtet, so das die
erste übertragene digitale Eingangsinformation definiert
wird. In diesem Beispiel würde das Rücksetzsignal
RES den Zeiger des Multiplexers auf den Ausgangspegel des
Eingangselementen EV0 setzen. Somit würde zuerst der Eingang
IN0 abgefragt. Mit einem von dem Mikroprozessor 10
erzeugten und von der Steuerlogik 2 übermittelten Takt
wird der Zeiger des Multiplexers 1 zyklisch weitergetaktet
so daß nacheinander alle 16 Eingänge 4 des Multiplexers 1
abgetastet werden. Die Steuerlogik 2 übernimmt Synchronisationsfunktion
für den gesamten Übertragungszyklus. Am
Ausgang 11 des Multiplexers 1 ergibt sich ein serieller
Datenstrom, der über das galvanische Trennelement - vorzugsweise
ein Optokoppler - einem Seriell-Parallel-Wandler
3 zugeführt wird. Dieser wandelt den seriellen Datenstrom
wieder in ein, in diesem Fall, 16-bit-breites Datenwort
und stellt dies dem Mikroprozessor 10 zur Verfügung. Nach
der Signalübertragung des letzten Ausgangssignals DV7
endet der erste Übertragungszyklus und die Steuerlogik 2
sendet das Signal CDQ zum Mikroprozessor. Der sendet das
Rücksetzsignal RES, wodurch der Zeiger des Multiplexers
wieder auf das Ausgangssignal von EV0 ausgerichtet wird.
Voraussetzung hierfür ist, daß keine Kaskadierung mehrerer
Eingangsmodule vorgesehen war. Ist dies aber der Fall,
wird das Signal DCQ des Eingangsmoduls EM auf den Eingang
DCI des zu kaskadierenden Eingangsmoduls geschaltet.
Die Fig. 2 zeigt die Kaskadierung des ersten Eingangsmoduls
mit einem weiteren Eingangsmodul zur zahlenmäßigen Erweiterung
der Eingänge. In dieser beispielhaften Anordnung
sind zwei
Eingangsmodule EM1 und EM2 kaskadiert. Jedes
Engangselement weist 8 Eingänge IN0-IN7 bzw. IN8-IN15
auf. Nachdem nun der Mikroprozessor 10 das Rücksetzsignal
RES gesendet hat fragt der Multiplexer des Eingangsmoduls
EM1 zunächst den Signalzustand des Eingangs IN0 ab. Dies
geschieht, weil das Signal DCI1 von dem Eingangsmodul EM1
auf Low-Potential liegt und EM1 damit freigegeben wird.
Mit der abfallenden Flanke des vom Mikroprozessor 10
erzeugten Taktes CLK liest der Mikroprozessor das ihm über
die Datenleitung DATA angebotene Bit. Danach erfolgt die
Weitertaktung auf den Eingang IN1 und das Einlesen des
entsprechenden Bits. Dies wiederholt sich solange, bis das
letzte Bit, nämlich von Eingang IN7, des Eingangsmoduls
EM1 gelesen wurde. Mittels des Signals DCQ1 wird das
Eingangsmodul freigegeben. Der Multiplexer von Eingangsmodul
EM2 wurde genau wie EM1 mit dem Rücksetzsignal RES
auf seinen ersten Eingang gesetzt. Der weitere Taktablauf
setzt die Abfrage der Eingänge IN8-IN15 fort. Nach der
letzten Bitabfrage von Eingang IN15 meldet DCQ2 das Ende
des Übertragungszyklus. Dem Mikroprozessor 10 liegt nun
ein komplettes Datenwort vor, das ihm mittels des Seriell-Parallel-Wandlers
aus dem Kommunikationszyklus übergeben
wurde. Mit dem nächsten Takt von CLK wird das Rücksetzsignal
RES gesendet und das Eingangsmodul EM1 aktiviert
und ein neuer Übertragungszyklus kann beginnen. Durch die
Erfindung wird der Verbindungsaufbau und der Bauteilebedarf,
wie aus Fig. 1 und Fig. 2 zu ersehen ist, wesentlich
optimiert.
Die Fig. 3 zeigt das Funktionsablaufdiagramm eines Übertragungszyklus
unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung. Anhand dieses Funktionsablaufdiagrammes
wird der Informationszyklus noch einmal verdeutlicht.
Weitere Erläuterungen erübrigen sich dabei, da das
Funktionsablaufdiagramm selbstkommentierend die vorgenannte
Beschreibung ergänzt.
Claims (10)
1. Schaltungsanordnung für elektronische Steuerungssysteme
mit Schaltstufen zur Erfassung und Anpassung sowie Schaltmittel
zur Bereitstellung elektrischer Eingangssignale,
die der Steuerungsebene mit potentialfreiem Bezug zur Eingangsebene
angeboten werden, indem die Eingangsinformationen
und die Steuersignale der Informationsübertragung von
und zu einem Mikroprozessor über optische Koppelelemente
transportiert werden, wobei eine zahlenmäßige Erweiterung
der Informationseingänge durch Aufrüstung der Schaltstufen
und Schaltmittel erreicht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltungsanordnung als Eingangsmodul (EM) ausgeführt
ist, das mit einem oder mehreren Eingangsmoduln kaskadierbar
ist wobei pro Kaskade, unabhängig von der Anzahl
der kaskadierten Eingangsmoduln (EM1-EMn), ein Kommunikationsmodul
(KM) erforderlich ist, indem der Takteingang
(CLK1; CLK2), der Rücksetzeingang (RES1; RES2) und der
Datenausgang (DATA1; DATA2) der Eingangsmoduln (EM1, EM2)
parallelgeschaltet sind und mit dem Taktausgang (CLKA),
dem Rücksetzausgang (RESA) und dem Dateneingang (DATAI)
des Kommunikationsmoduls verbunden sind und der Zyklus-Ende-Ausgang
(DCQ1) des ersten Eingangsmoduls (EM1) mit
der Zyklusfreigabe (DCI2) des zweiten Eingangsmoduls (EM2)
verbunden ist und der Zyklus-Ende-Ausgang (DCQ2) des zweiten
Eingangsmoduls (EM2) mit dem Zyklus-Ende-Eingang
(DCQI) des Kommunikationsmoduls (KM) verbunden ist, wobei
(das Kommunikationsmodul (KM) den Datenstrom (DATA) und die
Steuersignale (DCQ, RES, CLK) über Opto-Koppler (OK1, OK2,
OK3, OK4) zum und vom Mikroprozessor transportiert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein oder mehrere Vergleichselemente (EV0-EV7,
DV0-DV7) für jeden Eingang (IN1-IN7) zur Verfügung
stehen, die mit Bezug auf ein oder mehrere Referenzpegel
(REF1, REF2) eine oder mehrere Eingangsinformationen
an den Eingängen (4) eines Multiplexers (1) bereitstellen.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein vom Mikroprozessor (10) ausgehendes
Rücksetzsignal (RES) über den Optokoppler
(OK3) des Kommunikationsmoduls (KM) eine Steuerlogik
(2) veranlaßt, die Informationserkennung des Multiplexers
(1) an einem definierten Eingang der Eingänge (4)
zu starten.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor 10 einen
internen Takt erzeugt und über den Opto-Koppler
(OK4) auf den Takteingang (CLK) der Steuerlogik (2)
legt, und daß der Takt den zeitlichen Verlauf des Übertragungszyklus
(Fig. 3) bestimmt.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ende eines Übertragungszyklusses
(Fig. 3) durch ein von der Steuerlogik (2) übermitteltes
Zyklus-Ende-Signal (DCQ) dem Mikroprozessor über
den Opto-Koppler (OK2) zugeführt wird.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Kaskadierung von zwei oder
mehr Eingangsmoduln (EM1 , EM2 ) derart erfolgt, daß der
Zyklus-Ende-Ausgang (DCQ1) des ersten Eingangsmoduls
(EM1 ) mit der Zyklusfreigabe (DCI2) des zweiten
Eingangsmoduls (EM2 ) verbunden wird und daß bei jedem
weiteren Eingangsmodul gleichermaßen verfahren wird.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zyklus-Ende-Ausgang (DCQ2)
des letzten kaskadierten Eingangsmoduls (EM2 , Fig. 2) mit
dem Zyklus-Ende-Eingang (DCQI) des Kommunikationsmoduls (EM) verbunden
wird.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Kaskadierung von zwei oder
mehr Eingangsmoduln (EM1 , EM2 ) ihre Takteingänge (CLK1-CLK2),
ihre Rücksetzeingänge (RES1, RES2) und ihre Dateneingänge
(DATA1, DATA2) parallel geschaltet werden.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Taktausgang (CLKA) des Kommunikationsmoduls
(KM) mit den Takteingängen (CLK1 . . . CLKn) der Eingangsmodule
(EM1 . . . EMn) parallelgeschaltet ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dateneingang (DATAI) des Kommunikationsmoduls
(KM) mit den Datenausgängen (DATA1 . . . DATAn) der
Eingangsmodule (EM1 . . . EMn) parallelgeschaltet ist.
Priority Applications (3)
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DE4034373A DE4034373C1 (de) | 1990-10-29 | 1990-10-29 | |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE3532661A1 (de) * | 1985-09-13 | 1987-03-26 | Wilfried Saenger & Co Ing Buer | Signalanpassungsschaltung |
DE3905735A1 (de) * | 1989-02-24 | 1990-08-30 | Pierburg Gmbh | Verfahren zum auswerten eines eingangssignals |
-
1990
- 1990-10-29 DE DE4034373A patent/DE4034373C1/de not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-10-22 EP EP91117973A patent/EP0483642B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-22 AT AT91117973T patent/ATE135484T1/de not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD264532A1 (de) * | 1987-10-19 | 1989-02-01 | Senftenberg Braunkohle | Schaltungsanordnung zur zyklischen messstellenumschaltung fuer analogeingabemodule |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
DE-Z.: Design & Elektronik, H. 14, 5. Juli, 1988, S. 68,69 * |
Technische Dokumentation von E.A. Storz GmbH+CoKG,Dok. Vers. 1.0, Ausgabe 09.89, Verfasser H. Muffler * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ATE135484T1 (de) | 1996-03-15 |
EP0483642A1 (de) | 1992-05-06 |
EP0483642B1 (de) | 1996-03-13 |
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