DE4229539A1

DE4229539A1 - Einrichtung zur Erfassung des Tastverhältnisses eines Signals

Info

Publication number: DE4229539A1
Application number: DE19924229539
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Dr Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1994-03-10
Also published as: JPH06174769A; FR2695483A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung des Tastver hältnisses eines Signals.

Es sind Einrichtungen bekannt, bei denen zur Messung des Tastver hältnisses eines periodischen Signals ein Zähler oder mehrere einge setzt werden. Dieser Zähler zählt die Dauer des hohen Signalpegels mit einer bekannten Zählfrequenz aus. Ist die Periodendauer des Signales bekannt, ist der Zählerstand direkt proportional zum Tast verhältnis. Ist die Periodendauer nicht bekannt, so wird entweder mit demselben Zähler oder mit einem weiteren Zähler, der ebenfalls mit der bekannten Zählfrequenz getaktet wird, die Zeit in der ein niederer Signalpegel vorliegt bzw. die ganze Periodendauer ausgemes sen. Das Tastverhältnis muß dann durch eine Division ermittelt wer den, die z. B. in einem Mikrorechner durchgeführt wird. Neben dem für die Division erforderlichen Aufwand entsteht hierbei eine uner wünschte zeitliche Verzögerung. Das Tastverhältnis steht frühstens nach Ablauf der Rechenzeit zur Verfügung.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Er fassung des Tastverhältnisses eines Signals der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, und das Tastverhältnis möglichst ohne zeitliche Verzögerung bereitstellt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht ein direktes Ausmessen des Tastverhältnisses eines Signals unbekannter, gegebenenfalls auch variabler Periodendauer ohne zeitliche Verzögerung. Erfindungsgemäß durchläuft während einer ersten Phase ein erstes Zählmittel mit ge gebener Zählfrequenz wiederholt seinen Zählbereich. Die Anzahl die ser durchlaufenen Zählbereiche werden in einem zweiten Zählmittel erfaßt. Beim folgenden Phasenwechsel des Signals wird der erreichte Endwert des zweiten Zählmittels wiederholt ausgezählt und der End wert dieser Auszählvorgänge als Maß für das Tastverhältnis bereitge stellt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem mehrstufigen Zählmittel (110-140), das wenigstens ein programmierbares Zählmit tel (130) und ein zweites Zählmittel (140) umfaßt, wobei zu einen vorgegebenen Zeitpunkt (t2) der Inhalt (14) des zweiten Zählmittels (140) einen das Tastverhältnis angebenden Wert annimmt. Dieser In halt (14) dient dann als das Tastverhältnis angebendes Signal.

Dieses so bereitgestellte Signal steht ohne zeitliche Verzögerung zur Verfügung. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Wei terbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich net.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge stellten Ausführungsform erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Ein richtung, Fig. 2 verschiedene Signale und Zählerstände der erfin dungsgemäßen Einrichtung, Fig. 3 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung sowie, Fig. 4 verschiedene Signale und Zählerstände der weiteren Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird vorzugsweise zur Steuerung ei ner Brennkraftmaschine verwendet. Bei der Steuerung einer Brenn kraftmaschine, insbesondere bei der Bestimmung der Ansteuersignale zur Beaufschlagung von Stellwerken zur Beeinflussung der Leistung, ist es wichtig, daß das Tastverhältnis von bestimmten Signalen mög lichst schnell zur Verfügung steht.

Eine Signalerzeugungseinheit 100 gibt ein pulsweitenmoduliertes Signal S1 ab, das der erfindungsgemäßen Einrichtung 108 zugeführt wird. Diese Einrichtung zur Bestimmung des Tastverhältnisses 108 gibt ein Signal S5, das dem Tastverhältnis des Signales S1 ent spricht, an eine Steuereinrichtung 106 ab.

Desweiteren erhält die Einrichtung 108 von einem Taktgenerator 104 ein Signal mit einer sehr hohen Zählfrequenz FT. Bei einer bevorzug ten Ausführungsform ist der Taktgenerator 104 in der Einrichtung 108 oder in der Steuereinrichtung 106 enthalten.

Bei der Signalerzeugungseinheit kann es sich z. B. um einen Sensor handeln, der ein einer Betriebskenngröße entsprechendes Signal lie fert. Eine solche Betriebskenngröße kann zum Beispiel das Verbren nungsende, der Verbrennungsbeginn, der Einspritzbeginn oder das Ein spritzende sein. Bei der Signalerzeugungseinheit 100 kann es sich aber auch um ein weiteres Steuergerät handeln, das ein pulsweitenmo duliertes Signal zur Ansteuerung eines Stellwerks liefert. Benötigt nun die Steuereinrichtung 106 ein Signal, das dem Tastverhältnis des Signals S1 entspricht, so muß das Tastverhältnis des Signals mit der Einrichtung 108 bestimmt werden. Diese Einrichtung 108 zur Be stimmung des Tastverhältnisses ist nun wie folgt aufgebaut.

Das zu untersuchende Signal S1 wird einem Reseteingang 112 eines ersten Zählers 110, einem Reseteingang 122 eines dritten Zählers 120, dem Ladeeingang 138 eines programmierbaren Zählers 130 sowie einem Eingang 142 eines zweiten Zählers 140 zugeführt. Der Taktge nerator 104 liefert ein Signal FT mit sehr hoher Frequenz. Die Zähl frequenz FT ist wesentlich hoher als die Frequenz des Signales S1. Vorzugsweise ist die Zählfrequenz um einen Faktor 10 größer als die Frequenz des auszuwertenden Signals S1 bei der höchsten zulässigen Drehzahl. Diese Zählfrequenz FT wird zum einen Eingang 114 des er sten Zählers 110 und einem Eingang 134 des programmierbaren Zählers 130 zugeleitet.

Der Ausgang 116 des ersten Zählers 110 gibt ein Signal S2 an den Eingang 124 des dritten Zählers 120. Der dritte Zähler 120 gibt über seinen Ausgang 226 ein Signal S3 an den Eingang 132 des programmier baren Zählers 130. Der programmierbare Zähler 130 gibt über seinen Ausgang 136 ein viertes Signal S4 an den Eingang 144 des zweiten Zählers 140. Am Ausgang des zweiten Zählers 140 liegt das fünfte Signal S5, das der Steuereinrichtung 106 zugeleitet wird.

Die Funktionsweise dieser Einrichtung wird anhand der Signalverläufe und der Inhalte (Zählerstände) der einzelnen Zähler, die in Fig. 2 dargestellt sind, erläutert. In Fig. 2 sind über der Zeit t das Signal S1, dessen Tastverhältnis berechnet werden soll, der Inhalt I1 des ersten Zählers 110, der Inhalt I2 des programmierbaren Zäh lers 130, der Inhalt I3 des dritten Zählers 120 sowie der Inhalt I4 des zweiten Zählers 140 auftragen. Ferner ist das Zählfrequenz FT aufgetragen.

Das Signal S1 umfaßt eine Abfolge von wenigstens zwei Phasen, wobei die eine Phase einen hohen und die andere Phase einen niederen Signalpegel aufweist. In der Fig. 2 ist ein solches Signal bei spielhaft aufgetragen. Es wurde ein solcher Ausschnitt aus der Signalfolge ausgewählt, bei der das Signal S1 in der ersten Phase vom Zeitpunkt 0 bis zum Zeitpunkt t1 einen hohen Pegel aufweist. Diese Phase der ist mit T1 bezeichnet. Die zweite Phase der Dauer T2 zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 weist einen niederen Signalpegel auf.

Der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt 0 und dem Zeitpunkt t2, der der Summe der Zeitdauer T1 und T2 entspricht, wird als Periodendauer be zeichnet. Das Verhältnis zwischen T1 und T2 wird üblicherweise als Tastverhältnis bezeichnet.

Zum Zeitpunkt 0 beim Auftreten der ersten Flanke, wenn das Signal S1 eine ansteigende Flanke aufweist, dies bedeutet, das Signal steigt von einem niederen Signalpegel auf einen hohen Signalpegel an, wird der erste Zähler 110 über seinen Reseteingang 112 zurückgesetzt. In vorgegebenen Zeitabständen, das heißt bei jedem Impuls des Taktgene rators 104 wird der Inhalt I1 um Eins erhöht. Bei dem ersten Zähler handelt es sich um einen N-Bit-Zähler. Er durchläuft die Zählerstän de von Null bis 2^N-1. Jeder Überlauf des ersten Zählers 110 wird von dem dritten Zähler 120 gezählt. Hierzu steht der Ausgang 116 des ersten Zählers 110 mit dem Eingang 124 des dritten Zählers 120 in Verbindung.

Der erste Zähler 110 durchläuft wiederholt seinen Zählbereich mit der gegebenen Zählfrequenz. Die Anzahl dieser durchlaufenen Zählbe reiche wird von dem dritten Zähler 120 erfaßt.

Der Inhalt I3 des dritten Zählers 120 durchläuft die Zählerstände von Null bis M. Der dritte Zähler 120 zählt also jeden 2^N-ten Im pulses der Zählfrequenz. Dies erfolgt solange, bis zum Zeitpunkt t1 eine abfallende Flanke im Signal S1 auftritt. Dies bedeutet, das Signal S1 fällt von einem hohen Signalpegel auf einen niederen Signalpegel ab. Bei diesem Phasenwechsel des Signals S1 wird der er ste Zähler 110 über seinen Reseteingang 112 wieder auf Null zurück gesetzt. Der Inhalt I3 des dritten Zählers wird in den programmier baren Zähler 130 eingespeichert. Dies bedeutet, daß der programmier bare Zähler 130 bei jedem Überlauf bzw. bei jedem Rücksetzen des Zählers auf diesen Wert gesetzt wird. Anschließend wird der dritte Zähler 120 auf Null zurückgesetzt.

Solange das Signal S1 einen niederen Signalpegel aufweist, verblei ben die Zähler 110 und 120 auf dem Wert Null. Es kann aber auch vor gesehen sein, daß beiden Zähler weiter die vorgegebenen Zählerstände durchlaufen. Diese Signale werden für die weitere Auswertung nicht benötigt.

Ab dem Zeitpunkt t1 wird der Inhalt I2 des programmierbaren Zählers 130 bei jedem Impuls der Zählfrequenz um Eins verringert. Bei einem Überlauf wird der programmierbare Zähler 130 jeweils wieder auf M zurückgesetzt. Er durchläuft damit periodisch die Zählerstände von M bis Eins. Bei jedem Überlauf des programmierbaren Zählers 130 wird der Inhalt I4 des zweiten Zählers um Eins erhöht. Bei Auftreten der zweiten Flanke des Signals S1, in Fig. 2 ist dies die abfallende Flanke, wird der Inhalt des zweiten Zählers 140 über seinen Ausgang 146 ausgegeben.

Zum Zeitpunkt t1 entspricht der Inhalt I3 des dritten Zählers 120 dem Wert M = INT (FT _* T1/2^N). Zum Zeitpunkt t2 besitzt der zweite Zähler 140 den Inhalt E = (FT _* T2/M). Bei geeigneter Wahl der Zähl frequenz gilt dann E = (2^N _* T2/T1). Die Zählfrequenz ist so zu wählen, daß sie wesentlich größer ist als die höchste auftretende Frequenz des zu untersuchenden Signals S1. Zum Zeitpunkt t2, nach einer Periodendauer ist der Inhalt I4 des zweiten Zählers proportio nal zum Tastverhältnis T2/T1.

Eine besonders vorteilhafte Realisierung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, daß der erste Zähler 110 und der dritte Zähler 120 eingespart werden. In diesem Fall über nimmt der programmierbare Zähler 130 die Aufgaben des ersten Zählers 110 und der zweite Zähler 140 übernimmt die Aufgaben des dritten Zählers 120. Die Signalerzeugungseinheit 100 ist direkt mit dem Re set- und dem Ladesteuereingang 138 des programmierbaren Zählers 130 verbunden. Der Eingang 132 des programmierbaren Zählers 130 wird da gegen mit dem Ausgang 146 des zweiten Zählers 140 verbunden.

Die entsprechenden Zählerstände und Signalverläufe sind in Fig. 4 dargestellt. Bei Auftreten einer positiven Flanke im Signal S1 wird der programmierbare Zähler 130 auf den vorgegebenen Zählerstand 2 ^N und der Zähler 140 auf den Wert 0 gesetzt. Bei jedem Impuls der Zählfrequenz wird der Inhalt I2 um Eins verringert. Im Zeitraum T1 durchläuft der programmierbare Zähler 130 periodisch die Zählerstän de 2^N bis Eins. Bei jedem Überlauf des programmierbaren Zählers 130 wird der Inhalt I4 des zweiten Zählers 140 um Eins erhöht.

Bei Auftreten der abfallenden Flanke im Signal S1 wird dann der im zweiten Zähler 140 erreichte Zählerstand I4 in den programmierbaren Zähler 130 eingespeichert. Im Zeitraum T2 wird dann entsprechend wie bei der bereits beschriebenen Ausführungsform verfahren.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann sowohl mit einer entsprechen den Hardware-Schaltung, als auch mittels eines Rechners in Verbin dung mit einem entsprechenden Programmablauf realisiert werden.

Claims

1. Einrichtung zur Erfassung des Tastverhältnisses eines Signals (S1) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Phasen (T1, T2) mittels Zählvorgängen, dadurch gekennzeichnet, daß während einer ersten Pha se (T1) ein erstes Zählmittel (110; 130) mit gegebener Zählfrequenz (FT) seinen Zählbereich wiederholt durchläuft und die Anzahl dieser durchlaufenen Zählbereiche in einem zweiten Zählmittel (140; 120) erfaßt werden und daß beim folgenden Phasenwechsel des Signals (S1) der erreichte Endwert (M) des zweiten Zählmittels (120; 140) wieder holt ausgezählt und der Endwert (E) dieser Auszahlvorgänge als Maß für das Tastverhältnis bereitgestellt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Auftreten einer ersten Flanke des Signals (S1) ein program mierbares Zahlmittel (130) und das zweite Zählmittel (140) jeweils auf einen Wert gesetzt werden,
daß beim Auftreten einer zweiten Flanke des Signals (S1) dem pro grammierbaren Zählmittel (130) der Inhalt (I4) des zweiten Zählmit tels (140) eingespeichert und das zweite Zählmittel (140) zurückge setzt wird,
daß mit der gegebenen Zählfrequenz der Inhalt des programmierbaren Zählmittels (130) geändert wird,
daß der Inhalt (I4) des zweiten Zählmittels (140) geändert wird, wenn der Inhalt (11) des programmierbaren Zählmittels (130) einen vorgegebenen Wert erreicht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Auftreten einer ersten Flanke des Signals (S1) das erste Zählmittel (110) und ein drittes Zählmittel (120) zurückgesetzt wer den,
daß beim Auftreten einer zweiten Flanke des Signals (S1) einem pro grammierbaren Zählmittel (130) der Inhalt (I3) des dritten Zählmit tels (120) eingespeichert und das zweite Zählmittel (140) zurückge setzt wird,
daß mit der gegebenen Zählfrequenz der Inhalt (I1) des ersten Zähl mittels (110) und des programmierbaren Zählmittels (130) geändert wird,
daß der Inhalt (I3) des dritten Zählmittels (120) geändert wird, wenn der Inhalt (11) des ersten Zählmittels (110) einen vorgegebenen Wert erreicht,
und daß der Inhalt (14) des zweiten Zählmittels (140) geändert wird, wenn der Inhalt (12) des programmierbaren Zählmittels (130) einen vorgegebenen Wert erreicht.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zur Steuerung einer Brenn kraftmaschine verwendet wird.

5. Einrichtung nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebene Zählfrequenz (FT) wesentlich höher ist, als die Frequenz des Signales (S1).