DE4123699A1

DE4123699A1 - Eingangsschnittstellenschaltung fuer einen kraftfahrzeug-mikrocomputer

Info

Publication number: DE4123699A1
Application number: DE4123699A
Authority: DE
Inventors: Masahiko Sayama; Toshiro Hara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1992-01-23
Anticipated expiration: 2011-07-18
Also published as: JPH0475121A; DE4123699C2; KR950008491B1; KR920002393A; US5300820A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Eingangsschnittstellenschaltungen zur Beseitigung von Störungen in Eingangssignalen, die an elektronische Schaltungskomponenten, wie beispielsweise einen Mikrocomputer, zur Steuerung eines Kraftfahrzeugmotors, etc., gelangen.

Fig. 5 stellt ein Schaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer konventionellen Eingangsschnittstellenschaltung für einen Kraftfahrzeug-Mikrocomputer (CPU) dar, und Fig. 6 zeigt die in der Schaltung der Fig. 5 erzeugten Wellenformen. Entsprechend den Betriebszuständen des Kraftfahrzeuges werden die Schalter 1 ein- und ausgeschaltet. Die resultierenden Signale werden über die Eingangsklemmen 2 in die Eingangsschnittstellenschaltung 12 eingegeben. Jeder Kanal der Eingangssignale weist folgende Schaltungselemente auf: einen Pull-down-Widerstand 3a und einen Pull-up-Widerstand 3b; einen Widerstand 4 und einen Kondensator 28, die ein RC-Filter bilden; Dioden 5 und 8 zum Schutze gegen Eingangsüberspannungsstöße; je einen Widerstand 29 und 30; einen Transistor 31 zur Profilierung der Wellenform; und einen Pull-up-Widerstand 32.

Die Betriebsweise der Eingangsschnittstellenschaltung für den oberen Eingangskanal ist folgende: Wenn der Schalter 1 zum Aktivieren des Transistors 31 eingeschaltet ist, geht der Eingang der Zentraleinheit CE (CPU), also des Mikrocomputers 13, von hohem Pegel auf niedrigen Pegel. Als Reaktion darauf gibt der Mikrocomputer 13 ein geeignetes Steuersignal an das Kraftfahrzeug aus.

Wenn an der Klemme 2 des oberen Kanals der Schnittstellenschaltung 12 eine Eingangswellenform entsprechend Fig. 6(a) eingegeben wird, wird sie über das RC-Filter und die Überspannungsschutzdioden in die in Fig. 6(b) dargestellte Wellenform gebracht, die an die Basis des Transistors 31 angelegt wird. Als Antwort darauf gibt der Transistor 31 die in Fig. 6(c) dargestellte profilierte Wellenform aus, die an den Mikrocomputer 13 geliefert wird.

Die Betriebsweise des unteren Kanals der Schaltung entspricht derjenigen des oberen Kanals, mit Ausnahme der Polarität der Signale.

Die beschriebene konventionelle Eingangsschnittstellenschaltung weist jedoch folgende Nachteile auf: Die Kennwerte des RC-Filters verändern sich aufgrund der Veränderungen der Komponenten oder entsprechend der Veränderung der Umgebungstemperatur. Die Kapazität des Kondensators 28 muß also groß genug bemessen werden, damit ein ausreichender Spielraum für derartige Änderungen der Filtercharakteristik vorhanden ist. Größere Kondensatoren treiben aber nicht nur die Herstellungskosten herauf, sondern nehmen auch auf der Substratplatte der Schnittstellenschaltung 12 größeren Raum ein, was eine Montage der Komponenten mit hoher Dichte erschwert.

Zur Steigerung der Montagedichte der Komponenten kann die gesamte Schnittstellenschaltung 12 als integrierte Schaltung ausgebildet werden. Es ist jedoch im Falle des Analogsystems gemäß Fig. 5 nicht machbar, die Schnittstellenschaltung 12 als monolithische integrierte Schaltung herzustellen, wenn die Werte der Widerstände und Kapazitäten groß sind. Obwohl andererseits die Schnittstellenschaltung 12 durch Montieren der Komponenten auf einer Keramikplatte als hybride integrierte Schaltung aufgebaut werden kann, erhöht diese Herstellungsmethode die Kosten sowie die Anzahl der für die Qualitätskontrolle benötigten Schritte.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Eingangsschnittstellenschaltung für einen Kraftfahrzeug-Mikrocomputer zu schaffen, die im Betrieb zuverlässig und in den Abmessungen klein ist, und die in wirtschaftlicher Weise als integrierte Schaltung hergestellt werden kann.

Das genannte Ziel wird entsprechend den Prinzipien der Erfindung durch eine Eingangsschnittstellenschaltung erreicht, die folgende Komponenten aufweist: Taktgebermittel zur Erzeugung von Abtastzeitgabesignalen mit vorbestimmter Abtastperiode; Serienspeichermittel, die an die Taktgebermittel angeschlossen sind, zum Abtasten der Pegel des Eingangssignals als Antwort auf das Abtastzeitgabesignal, wobei die Serienspeichermittel mindestens zwei aufeinander folgende Werte des Eingangssignals speichern, das in zwei aufeinander folgenden, durch die Abtastzeitgabesignale bestimmten Zeitpunkten abgetastet wird; und Signalausgangsmittel, die an die Serienspeichermittel angeschlossen sind und ein Ausgangssignal an die genannte elektronische Schaltungskomponente erzeugen, wenn die abgetasteten Werte des genannten Eingangssignals identisch sind.

Vorzugsweise weist die Schnittstellenschaltung Wellenform-Profilierungsschaltungsmittel zur formmäßigen Gestaltung der Wellenform des Eingangssignals in ein Zweiwertesignal auf, wobei ein Ausgangssignal der Wellenformprofilierungsschaltungsmittel an die Serienspeichermittel geliefert wird, derart, daß die Serienspeichermittel die Pegel des profilierten Eingangssignals über die Wellenformprofilierungsschaltungsmittel abtasten; und wobei das Ausgangssignal der Signalausgabemittel auf einen hohen Pegel ansteigt, wenn alle in den Serienspeichermitteln gespeicherten Signale hochpegelig sind, während das Ausgangssignal auf einen niedrigen Pegel fällt, wenn alle in den Serienspeichermittel gespeicherten Pegel niederpegelig sind.

Vorzugsweise soll weiter die Wellenformprofilierungsschaltung Pegelbestimmungsmittel aufweisen, die so eingestellt sind, daß ein hochpegeliges Signal ausgegeben wird, wenn die zugehörige Eingangsspannung über einen ersten Bezugsspannungspegel V_TH ansteigt, und die derart rückgestellt werden, daß ein niederpegeliges Signal ausgegeben wird, wenn die zugehörige Eingangsspannung unter einen zweiten Bezugsspannungspegel V_TL fällt.

Die als charakteristisch für die vorliegende Erfindung betrachteten Merkmale werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen weiter ausgeführt. Der Aufbau und das Betriebsverfahren der Erfindung gehen jedoch am deutlichsten aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor. Nachfolgend wird der wesentliche Gegenstand der Figuren kurz beschrieben.

Fig. 1 stellt das Schaltbild zum Aufbau der Eingangsschnittstellenschaltung für einen Kraftfahrzeug-Mikrocomputer gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2 stellt das Schaltbild einer ausgeführten Pegelbestimmungsschaltung der Eingangsschnittstellenschaltung der Fig. 1 dar;

Fig. 3 stellt das Schaltbild eines ausgeführten Serienspeichers sowie einer Signalausgabeschaltung der Eingangsschnittstellenschaltung der Fig. 1 dar;

Fig. 4 stellt Wellenformen dar, die innerhalb der Eingangsschnittstellenschaltung der Fig. 1 erzeugt werden;

Fig. 5 stellt das Schaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer konventionellen Eingabeschnittstellenschaltung für einen Kraftfahrzeug-Mikrocomputer dar; und

Fig. 6 stellt Wellenformen dar, die innerhalb der Schaltung der Fig. 5 erzeugt werden.

In den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Komponenten oder Schaltungsteile.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen sei nunmehr eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 stellt ein Schaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Eingangsschnittstellenschaltung für einen Kraftfahrzeug-Mikrocomputer gemäß der vorliegenden Erfindung dar, wobei diejenigen Teile, die denen der Fig. 5 entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es werden also die beiden über die Schalter 1 erzeugten und über die Eingangsklemmen 2 in die Schnittstellenschaltung 12 eingegebenen Eingangssignale über den Pull-down-Widerstand 3a nach unten und durch den Pull-up-Widerstand 3b nach oben versetzt. Sodann werden sie durch einen Widerstand 4 und über die Spannungsstoßschutzdioden 5 und 6 zum Abschneiden des Spannungsstoßes an die Schaltungsteile 7 bis 11 geliefert. Der obere und der untere Kanal der beiden Signaleingänge ist hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Betriebsweise einander gleich, mit Ausnahme der Polaritäten der Signale.

In jedem Kanal wird, wenn an die Klemme 2 eine Wellenform entsprechend Fig. 4(a) angelegt wird, der zugehörige Spannungsstoß durch die Überspannungsschutzdioden 5 und 6 abgeschnitten. Es wird also die in Fig. 4(b) dargestellte Wellenform an die Pegelbestimmungsmittel 7 geliefert. Die Pegelbestimmungsmittel 7 ermitteln den Pegel der an sie gelieferten Eingangssignale. Im einzelnen werden die Pegelbestimmungsmittel 7 eingestellt, wenn die angelegte Eingangsspannung über einen ersten vorbestimmten Pegel hinaus ansteigt, während sie rückgesetzt werden, wenn die Eingangsspannung unter einen zweiten vorbestimmten Pegel abfällt, der niedriger als der erste Pegel ist. Der Ausgang der Pegelbestimmungsmittel 7 ist hoch oder niedrig, je nachdem, ob er gesetzt oder rückgesetzt ist.

Das Ausgangssignal der Pegelbestimmungsmittel 7 ist also ein rechteckiges, impulsgeformtes (zweiwertiges) Signal gemäß Fig. 4(c). Das Ausgangssignal der Pegelbestimmungsmittel 7 enthält aber noch Störimpulse.

Fig. 2 stellt das Schaltbild einer ausgeführten Pegelbestimmungsschaltung der Eingangsschnittstellenschaltung der Fig. 1 dar. In Reihe geschaltete Widerstände 14 bis 16 zwischen einer Spannungsquelle und Masse bilden einen Spannungsteiler zur Lieferung eines ersten Bezugsspannungspegels V_TH und eines zweiten Bezugsspannungspegels V_TL, die jeweils an die negative Klemme des Komparators 17 und des Komparators 18 angelegt werden. Die positive Klemme des Komparators 17 und des Komparators 18 sind jeweils (vgl. Fig. 1) über den Widerstand 4 an die Eingangsklemme 2 angeschlossen. Der Ausgang des Komparators 17, der an einen Pull-up-Widerstand 19 angeschlossen ist, ist mit dem Einstelleingang S eines R-S Flipflops 22 verbunden. Der Ausgang des Komparators 18, der an einen Pull-up-Widerstand 20 angeschlossen ist, ist über einen Inverter 21 mit dem Rücksetzeingang R des R-S Flipflops 22 verbunden.

Wie oben beschrieben, wird, wenn an der Klemme 2 eine Wellenform gemäß Fig. 4(a) angelegt wird, die entsprechende Spannungsspitze durch die Überspannungsschutzdioden 5 und 6 abgeschnitten. Die in die Komparatoren 17 und 18 der Pegelbestimmungsmittel 7 eingegebene Wellenform besitzt also den in Fig. 4(b) dargestellten Verlauf. Der Komparator 17 vergleicht die Welle mit dem ersten Bezugsspannungspegel V_TH und gibt ein hochpegeliges Signal zum Setzen des R-S Flipflops 22 aus, wenn der Eingang IN höherpegeliger als der erste Bezugsspannungspegel V_TH ist. Andernfalls ist der Ausgang des Komparators 17 niederpegelig. Andererseits ist der Ausgang des Komparators 18 hochpegelig, wenn der Eingang IN höherpegeliger als der zweite Bezugsspannungspegel V_TL ist. Andernfalls ist er niederpegelig. Das Ausgangssignal des Komparators 18 wird über den Inverter 21 invertiert, ehe es an den R-Eingang des R-S Flipflops 22 angelegt wird. Der R-S Flipflop 22 wird rückgesetzt, wenn der Eingang IN unter den zweiten Bezugsspannungspegel V_TL fällt. Der Ausgang Q des R-S Flipflops 22 zeigt also die in Fig. 4(c) dargestellte Wellenform.

Ein Taktgebermittel 8 liefert Abtastzeitgabeimpulse mit einer vorbestimmten Abtastperiode, wie Fig. 4(d) zeigt. Als Antwort auf die Taktimpulse der Taktgebermittel 8 speichern die Serienspeichermittel 9 nacheinander eine vorbestimmte Anzahl n von aufeinander folgenden Ausgangspegeln der Pegelbestimmungsmittel 7. Beispielsweise speichern die Serienspeichermittel im Falle, daß die vorbestimmte Anzahl n den Wert 2 besitzt, die beiden letzten aufeinander folgenden Ausgangspegel der Pegelbestimmungsmittel 7, wobei diese Pegel in Abtastzeitpunkten erfaßt wurden, die durch die Taktimpulse der Taktgebermittel 8 bestimmt sind.

Fig. 3 stellt das Schaltbild eines ausgeführten Serienspeichers und einer Signalausgangsschaltung der Eingangsschnittstellenschaltung der Fig. 1 dar. Die obengenannte vorbestimmte Anzahl n der Ausgangspegel ist 2. Die Serienspeichermittel 9 werden durch zwei getaktete D Flipflops 23 und 24 dargestellt. Der Eingang D des ersten getakteten D Flipflops 23 ist an den Ausgang Q des R-S Flipflops 22 der Pegelbestimmungsmittel 7 angeschlossen. Die Takteingänge CK der Flipflops 23 und 24 sind an den Ausgang der Taktgebermittel 8 angeschlossen.

Die Rückstellklemmen R der Flipflops 23 und 24 sind mit dem Ausgang der Rücksetzmittel 11 verbunden, die übrigens beide Flipflops 23 und 24 zu deren Initialisierung rücksetzen.

Der erste getaktete D Flipflop 23 ist so eingestellt, daß er den Q-Ausgang desselben hochpegelig macht, falls im Abtastzeitpunkt der Pegel des Eingangs hoch ist. Wenn nämlich der Eingang D des ersten getakteten D Flipflops 23 hochpegelig ist und zusätzlich ein durch die Taktgebermittel 8 erzeugter Taktimpuls an den Eingang CK angelegt wird, geht der Ausgang Q des ersten getakteten D Flip-Flops 23 beim Auftreten der Vorderflanke des Taktimpulses auf hohen Pegel. Der Ausgang Q des ersten getakteten D Flipflops 23 ist an den Eingang D des zweiten getakteten D Flipflops 24 angeschlossen. Der zweite getaktete D Flipflop 24 ist so eingestellt, daß er seinen Ausgang Q im nächsten Abtastzeitpunkt hochpegelig macht, falls der aktuelle Pegel des Ausgangs Q des ersten getakteten D Flipflops 23 hoch ist. Beide Flipflops 23 und 24 werden gesetzt, falls sich der Eingang der Serienspeichermittel 9 in zwei aufeinander folgenden Abtastzeitpunkten auf hohem Pegel befindet.

Die Signalausgabemittel 10 umfassen zwei UND-Schaltungen 25 und 26 sowie einen R-S Flipflop 27. Die Eingänge des ersten UND-Gates 25 sind mit den (nicht invertierenden) Q-Ausgangsklemmen des ersten und des zweiten Flipflops 23 und 24 verbunden. Der Ausgang des ersten UND-Gates 25 ist mit dem Einstelleingang S des R-S Flipflops 27 verbunden. Die Eingänge des zweiten UND-Gates 26 sind an die invertierenden Ausgangsklemmen Q des ersten und des zweiten Flipflops 23 und 24 angeschlossen. Der Ausgang des zweiten UND-Gates 26 ist an den Rückstelleingang R des R-S Flipflops 27 angeschlossen.

Der Ausgang des ersten UND-Gates 25 ist also hochpegelig (logische 1), um den R-S Flipflop 27 zu setzen, wenn beide Flipflops 23 und 24 gesetzt und somit beide Ausgänge Q derselben hochpegelig sind. Im anderen Falle ist der Ausgang des ersten UND-Gates 25 niederpegelig (logische 0). Andererseits liefert das zweite UND-Gate 26 einen hohen Pegel, um den R-S Flipflop 27 rückzusetzen, wenn beide Flipflops 23 und 24 rückgesetzt sind, d. h., wenn der Eingang der Serienspeichermittel 9 in zwei aufeinander folgenden Abtastzeitpunkten niederpegelig ist.

Nur wenn der Eingang der Serienspeichermittel 9 in zwei aufeinander folgenden Abtastzeitpunkten hochpegelig bleibt, wird also der R-S Flipflop 27 gesetzt, während der Ausgang Q desselben auf hohen Pegel gebracht wird. Entsprechend wird nur dann, wenn das Eingangssignal in die Serienspeichermittel 9 in zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten niederpegelig ist, der R-S Flipflop 27 rückgesetzt und der Ausgang Q desselben auf niedrigen Pegel gebracht. Andernfalls befinden sich die Ausgänge der UND-Gates 25 und 26 auf niedrigem Pegel (logische 0), so daß der R-S Flipflop 27 seinen aktuellen Status beibehält. Die Folge ist, daß die in Fig. 4(e) dargestellte Wellenform des Ausgangssignals des R-S Flipflops 27 von diesem Flipflop der Signalausgabemittel 10 an den Mikrocomputer 13 ausgegeben wird.

Unter den Störsignalen, die bei elektronischen Steuerschaltungen für Kraftfahrzeuge Probleme verursachen können, sind übrigens die bei der Betätigung der Hupe erzeugten Signale jene mit der längsten Dauer. Die Störperioden halten bis zu 1.1 msec. an. Wenn daher die Zeitdauer zum Ausfiltern der Störsignale größer als die Dauer der längsten Störsignalperiode gewählt wird, können die nachteiligen Wirkungen der Störsignale vollständig beseitigt werden. Beispielsweise kann zwecks Einstellen der Filterzeitdauer auf 2 msec. die Abtastperiode auf 1 msec. eingestellt werden.

Weiter kann zur Beseitigung der Hochfrequenzstörungen durch Rundfunkwellen ein kleiner Kondensator vor die Pegelbestimmungsmittel 7 geschaltet werden. Dabei genügt eine kleine Kapazität von beispielsweise 5 pF.

Claims

1. Eingangsschnittstellenschaltung zur Profilierung der Wellenform und zur Beseitigung der Störsignalkomponenten eines an eine elektronische Schaltungskomponente gelieferten Signals, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung folgende Komponenten aufweist:

- Taktgebermittel zur Erzeugung von Abtastzeitgabesignalen mit vorbestimmter Abtastperiode;
- Serienspeichermittel, die an die Taktgebermittel angeschlossen sind, zum Abtasten der Pegel des Eingangssignals als Antwort auf das Abtastzeitgabesignal, wobei die Serienspeichermittel mindestens zwei aufeinander folgende Werte des Eingangssignals speichern, das in zwei aufeinander folgenden, durch das Abtastzeitgabesignal bestimmten Zeitpunkten abgetastet wird; und
- Signalausgangsmittel, die an die Serienspeichermittel angeschlossen sind und ein Ausgangssignal an die genannte elektronische Schaltungskomponente erzeugen, wenn die abgetasteten Werte des genannten Eingangssignals identisch sind.

2. Eingabeschnittstellenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter Wellenform-Profilierungsschaltungsmittel zur formmäßigen Gestaltung der Wellenform des Eingangssignals in ein Zweiwertesignal aufweist, wobei ein Ausgangssignal der Wellenform-Profilierungsschaltungsmittel an die Serienspeichermittel geliefert wird, derart, daß die Serienspeichermittel die Pegel des profilierten Eingangssignals über die Wellenform-Profilierungsschaltungsmittel abtasten; und wobei das Ausgangssignal der Signalausgabemittel auf einen hohen Pegel ansteigt, wenn alle in den Serienspeichermitteln gespeicherten Signale hochpegelig sind, während das Ausgangssignal auf einen niedrigen Pegel fällt, wenn alle in den Serienspeichermitteln gespeicherten Pegel niederpegelig sind.

3. Eingabeschnittstellenschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenformprofilierungsschaltung Pegelbestimmungsmittel aufweisen, die so eingestellt sind, daß ein hochpegeliges Signal ausgegeben wird, wenn die zugehörige Eingangsspannung über einen ersten Bezugsspannungspegel V_TH ansteigt, und die derart rückgestellt werden, daß ein niederpegeliges Signal ausgegeben wird, wenn die zugehörige Eingangsspannung unter einen zweiten Bezugsspannungspegel V_TL fällt.

4. Eingabeschnittstellenschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienspeichermittel mindestens zwei D Flipflops zum Speichern von nacheinander abgetasteten Pegeln der Eingabesignale, die durch die Wellenformprofilierungsschaltungsmittel geformt wurden, aufweisen, wobei jeder D Flipflop eine nichtinvertierende und eine invertierende Ausgangsklemme besitzt und durch die von den Taktgebermitteln erzeugten Abtastzeitgabesignale getaktet werden.

5. Eingabeschnittstellenschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalausgabemittel folgende Komponenten aufweisen:

- ein erstes UND-Gate, dessen Eingänge an die nichtinvertierenden Ausgangsklemmen der D Flipflops angeschlossen sind;
- ein zweites UND-Gate, dessen Eingänge an die invertierenden Ausgangsklemmen der D Flipflops angeschlossen sind; und
- einen R-S Flipflop, dessen Einstell- und dessen Rückstelleingangsklemme jeweils an die Ausgangsklemmen des ersten UND-Gates und des zweiten UND-Gates angeschlossen sind.