DE69403710T2

DE69403710T2 - Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69403710T2
Application number: DE69403710T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Goto; Tetsuya Ogino
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2014-03-19
Also published as: US5541601A; EP0740059A3; JPH06324811A; EP0740059A2; DE69420151D1; EP0740059B1; JP3538867B2; EP0616123A1; DE69403710D1; DE69420151T2; EP0616123B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung eine Vielzahl von Signal-Eingangskanälen aufweist.
Zur Steuerung einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug oder dergleichen wird zum Umwandeln von analogen Signalen, die von verschiedenen Sensoren zum Erfassen von Zuständen eines zu steuernden Objekts eingegeben werden, in digitale Signale ein Analog-Digital-Umsetzer bzw. A/D-Wandler verwendet. In der JP-A-2-1 53248 wird eine Steuervorrichtung eines A/D- Wandlers vorgeschlagen, bei dem eine Vielzahl von analogen Signalen sequentiell bei einer vorbestimmten Zeitperiode mittels eines fest verdrahteten Aufbaus A/D-gewandelt werden, um in vorbestimmten Speicherbereichen derart abgespeichert zu werden, daß die Belastung bei der Softwareverarbeitung verringert werden kann. Bei der Steuerung einer Brennkraftmaschine muß jedoch die A/D-Umwandlung synchron mit externen Signalen, wie beispielsweise einem die Motordrehposition anzeigenden Signal, in gleicher Weise durchgeführt werden wie die A/D-Umwandlung bei einer vorbestimmten Zeitperiode in der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung. Da demzufolge die A/D-Umwandlung lediglich bei einer vorbestimmten Zeitperiode in der herkömmlichen Steuervorrichtung eines A/D-Wandlers durchgeführt wird, kann die Brennkraftmaschine nicht hochgenau gesteuert werden.
Die vorliegende Erfindung löst das vorstehend beschriebene Problem und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde eine Steuervorrichtung eines Analog-Digital- Umsetzers zu schaffen, bei dem nicht nur die Belastung der Software-Verarbeitung verringert werden kann, sondern bei dem die A/D-Umwandlung sowohl bei einer vorbestimmten Zeitperiode als auch synchron zu einem externen Signal durchgeführt werden kann.
Aus der EP 474025 ist ein Analog-Digital-Umsetzer-Systemmodul bekannt, welches in Kraftfahrzeug-Motorsteuersystemen zum Umwandeln von analogen Signalen der Meßumformer für die Verarbeitung durch einen Motor- Mikrocomputer verwendet wird. Das Modul besitzt einen A/D-Wandler, der eine Vielzahl von externen Multiplexer-Eingänge besitzt. Ein Steuerregister und eine logische Schaltung ist mit dazwischenliegenden Signalpfaden vorgesehen, während ein RAM eine Tabelle von Steuerbefehls-Wörtern, eine Ergebnistabelle und eine Adress-Decoderschaltung abspeichert. Eine Trigger-Auswahl- und Prioritäts-Schaltung ist mit einem periodischen Zeitgeber verbunden und spricht auf ein externes Triggersignal an, wodurch die A/D-Umwandlung begonnen wird.
Diese Druckschrift offenbart ferner beispielsweise anstelle des Neustartens der Schlange mit geringer Priorität bei seinem Beginn nachdem die Schlange mit höherer Priorität seine Umwandlungssequenz abgeschlossen hat, eine Aufnahme der Schlange mit niedriger Priorität bei der nächsten Sequenz.
Erfindungsgemäß wird eine Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine geschaffen, bestehend aus:
einer A/D-Wandlervorrichtung mit einer Vielzahl von Eingangskanälen; einer ersten Vorrichtung zum Abspeichern von Startsignalen zum Starten von bestimmten Kanälen aus der Vielzahl von Eingangskanälen; und einer zweiten Vorrichtung zum Abspeichern eines Startsignals, welches zum Starten eines bestimmten Kanals aus der Vielzahl von Eingangskanälen und zum Übertragen des Startsignals auf der Grundlage eines externen Signals benötigt wird,
wobei die A/D-Wandlervorrichtung den Eingangskanal entsprechend dem Startsignal auf der Grundlage des von der ersten und zweiten Vorrichtung übertragenen Startsignals startet und die Vorrichtung folgende weitere Elemente aufweist:
einen analogen Multiplexer, der eine Vielzahl von Eingangskanälen der A/D-Wandlervorrichtung in Abhängigkeit von den Startsignalen derart verbindet, daß die analogen Signale der A/D-Wandlervorrichtung über die Eingangskanäle eingegeben werden;
wobei die erste Vorrichtung ein zeitsynchrones Register mit einer Vielzahl von Speicherbereichen zum Speichern der Startsignale der Eingangskanäle und zum aufeinanderfolgenden Ausgeben der Startsignale zum zeitsynchronen Starten der Eingangsstartkanäle aufweist;
und die zweite Vorrichtung ein asynchrones Register zum Ausgeben eines vorab gespeicherten Startsignals zeitsynchron zur Erzeugung des externen Signals aufweist;
eine AD-Zeitplan-Steuerschaltung zum Empfangen der Startsignale von beiden Registern, wobei eines der empfangenen Startsignale zum Ausgeben des ausgewählten Startsignals an die A/D-Wandlervorrichtung ausgewählt wird, und
eine Digital-Signalspeichervorrichtung zum Speichern von digitalen Signalen, die von der A/D-Wandlervorrichtung umgewandelt wurden, wobei die AD-Zeitplan-Steuerschaltung derart angeordnet ist, daß der Ausgang des Startsignals, welches vom zeitsynchronen Register zur A/D-Wandlervorrichtung zum Ausgeben des Startsignals zugeführt wird, welches vom asynchronen Register zur A/D-Wandlervorrichtung zugeführt wird, unterbrochen wird, wenn das Startsignal vom asynchronen Register empfangen wird, während die Serie von Startsignalen vom zeitsynchronen Register empfangen werden, und daraufhin an die A/D-Wandlervorrichtung die Startsignale ausgibt, die vom zeitsynchronen Register vom Startsignal unmittelbar vor der Unterbrechung zugeführt wurden.
Somit speichert die erste Vorrichtung die Vielzahl von Startsignalen zum Starten von bestimmten Kanälen aus der Vielzahl von Eingangskanälen der A/D-Wandlervorrichtung. In ähnlicher Weise speichert die zweite Vorrichtung das Startsignal zum Starten eines bestimmten Kanals aus der Vielzahl von Eingangskanälen der A/D-Wandlervorrichtung und gibt das Startsignal auf der Grundlage eines externen Signals aus. Die A/D-Wandlervorrichtung startet den Eingangskanal entsprechend den Startsignalen von der ersten Vorrichtung oder dem Startsignal von derzweiten Vorrichtung.
Die Steuerung der A/D-Wandlervorrichtung wird auf der Grundlage der Startsignale durchgeführt, die sequentiell von der ersten Vorrichtung übertragen werden, sowie dem Startsignal, welches von der zweiten Vorrichtung übertragen wird. Da das Startsignal von der zweiten Vorrichtung in Abhängigkeit vom externen Signal übertragen wird, kann die Steuerung der A/D-Wandlervorrichtung nicht nur auf der Grundlage des Startsignals der ersten Vorrichtung, sondern auch zu einem Zeitpunkt, der unterschiedlich vom Zeitpunkt des Startsignals der ersten Vorrichtung ist, durchgeführt werden. Bei einer Brennkraftmaschine muß die Steuerung der A/D-Wandlervorrichtung zu verschiede nen Zeitpunkten, beispielsweise bei jeweils vorbestimmten Zeitperioden und in Abhängigkeit von der Motor-Drehgeschwindigkeit, durchgeführt werden. Selbst in diesem Fall können die in der ersten Vorrichtung abgespeicherten Startsignale zum Zeitpunkt der vorbestimmten Zeitperiode oder bei Abschluß der A/D- Umwandlung ausgegeben werden, während das in der zweiten Vorrichtung abgespeicherte Startsignal synchron zur Motor-Drehbewegung ausgegeben werden kann.
Figuren 1A und 1B zeigen schematische Blockschaltbilder;
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild, welches den Aufbau einer Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraffmaschine gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt;
Figuren 3A - 3B zeigen Darstellungen zur Erklärung eines Datenkommunikationssystems in einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei Figur 3A-1 ein synchrones Register, Figur 3A-2 ein asynchrones Register und Figur 3B den Arbeits-Zeitablauf darstellen;
Figur 4 zeigt ein Flußdiagramm zur Erklärung der Arbeitsweise, wenn eine CPU das synchrone Register startet;
Figuren 5A - 5C zeigen Zeitablaufdiagramme der Arbeitsweise eines A/D- Wandlers, wobei Figur 5A den Zeitablauf, Figur 58 den Zeitablauf in einem normalen Abtastmodus und Figur 5C den Zeitablauf in einem externen Triggermodus darstellen;
Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild, welches eine Steuerschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt;
Figur 7 zeigt ein Blockschaltbild, bei dem nur der kennzeichnende Abschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels hervorgehoben wurde; und
Figuren 8A und 8B zeigen funktionelle Darstellungen des A/D-Wandlers, wobei Figur 8A die Kanaleinstellung in einem 4-Kanal-Abtastmodus und Figur 8B die Zeitabläufe im 4-Kanal-Abtastmodus darstellen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Die Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild, welches eine Steuervorrichtung 10 eines Analog-Digital-Umsetzers gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt. Die Vorrichtung 10 besitzt eine Schaltung 12 zum Steuern verschiedener Stellglieder sowie einen A/D-Wandler 14 mit einer Vielzahl von Eingangskanälen. Die Steuerschaltung 12 und der A/D-Wandler 14 sind als getrennte oder diskrete IC-Gehäuse aufgebaut, wobei die Kommunikation mit einem Handshake-System zwischen ihnen durchgeführt wird.
Die Steuerschaitung 12 besitzt einen Mikrocomputer zum Durchführen verschiedener Arten von Steuerungen, wie beispielsweise der Steuerung des Einspritzvorgangs, der Steuerung des Zündzeitpunkts, der Steuerung der Leerlaufdrehzahl sowie der Steuerung des Getriebes. Darüber hinaus führt die Steuerschaltung 12 vorbestimmte Operationen auf der Grundlage von digitalen Daten durch, die von verschiedenen Sensoren zugeführt werden, die vom A/D- Wandler 14 A/D-gewandelt wurden und von Steuersignalen, die von einer externen Einheit zugeführt werden. Die der Steuerschaltung 12 von verschiede nen Sensoren zugeführten digitalen Daten sind beispielsweise eine Kurbelposition, eine Motorgeschwindigkeit, ein Zünd-Überwachungswert, ein Sauerstoff- Sensorwert, eine Kraftfahrzeuggeschwindigkeit, ein Kurbelsignalwert, ein Signal der Klimaautomatik oder ein Startsignalwert.
Die Steuerschaltung 12 besitzt eine CPU 20, ein ROM 22 (Nur-Lese- Speicher), ein RAM 24 (Schreib-Lese-Speicher), einen Zeitgeber 26, ein asynchrones Register 30, ein zeitsynchrones Register 32, ein Datenaufnahmeregister 34, eine AD-Zeitplan-Steuerschaltung 36, einen Taktschieber 38 und ein Schieberegister 40.
Die CPU 20 ist eine zentrale Verarbeitungseinheit, die auf der Grundlage eines im ROM 22 abgespeicherten Steuerprogramms verschiedene Prozeße ausführt und im RAM 24 das Operationsergebnis abspeichert oder dieses zur externen Einheit überträgt. Der Zeitgeber 26 liefert synchrone Taktimpulse zur Steuerung der gesamten Steuerschaltung 12.
Das asynchrone Register 30 speichert ein Startsignal zum Starten oder Auswählen eines bestimmten Kanals aus einer Vielzahl von Signaleingangskanälen des A/D-Wandlers 14, wobei er von der CPU 20 auf der Grundlage eines asynchronen Zeitgebersignals, welches synchron mit einem Kurbelpositions- Sensoreingang oder dergleichen ist, derart gesteuert oder gestartet wird, daß das Startsignal für die A/D-Umwandlung ausgegeben wird.
Das zeitsynchrone Register 32 speichert eine Vielzahl von Startsignalen zum Starten oder Auswählen von bestimmten Kanälen aus der Vielzahl von Eingangskanälen des A/D-Wandlers 14. Die darin abgespeicherten Startsignale werden nacheinander synchron zu einem synchronen Signal des Zeitgebers 26 ausgegeben.
Das Datenaufnahmeregister 34 speichert die nach der Umwandlung durch die A/D-Umwandlung des A/D-Wandlers 14 erhaltenen Daten. Das Datenaufnahmeregister 34 besitzt Speicheradressen, die dem im asynchronen Register 30 gespeicherten Startsignal und den im zeitsynchronen Register 32 gespeicherten Startsignalen entsprechen.
Die AD-Zeitplan-Steuerschaltung 36 ist eine logische Schaltung, die eines der Startsignale auswählt, die vom asynchronen Register 30 oder dem zeitsynchronen Register 33 zugeführt werden, und das ausgewählte Startsignal dem Taktschieber 38 zuführt. Darüber hinaus empfängt die AD-Zeitplan-Steuerschaltung 36 die vom A/D-Wandler 14 nach dem Umwandlung vorliegenden Daten, um diese gleichzeitig in das Datenaufnahmeregister 34 einzuschreiben.
Der Taktschieber 38 erzeugt Impulse für die Anzahl der Bits in den Daten nach der Umwandlung zu einem von der AD-Zeitplan-Steuerschaltung 36 bestimmten Zeitpunkt. Auf der Grundlage der vom Taktschieber 38 erzeugten Impulse werden die Zeitpunkte bzw. der zeitliche Ablauf zum Zuführen des Startsignals für jeden Kanal des A/D-Wandlers 14 und dem Empfang der Daten nach der Umwandlung vom A/D-Wandler 14 bestimmt. Da im Ausführungsbeispiel 16-Bitdaten übertragen bzw. empfangen werden, erzeugt der Taktschieber 38 die Impulse für 16 Bits. Der mit dem vom Synchronsignal, das auf der Grundlage des externen Eingangssignals wie beispielsweise einem Kurbelpositions-Sensoreingangssignal oder dergleichen erzeugt wurde, synchrone Zeitpunkt kann als Zeitpunkt betrachtet werden, der von der AD-Zeitplan-Steuerschaltung 36 bestimmt wird. Das Schieberegister 40 überträgt das Startsignal für jeden Kanal des A/D-Wandlers 14 und empfängt die Daten nach der Umwandlung vom A/D-Wandler 14. Im Ausführungsbeispiel überträgt bzw. empfängt es 16-Bit serielle Daten.
Der A/D-Wandler 14, der eine Vielzahl von Eingangskanälen aufweist, wandelt jedes der von den verschiedenen Sensoren zugeführten analogen Signale in digitale Daten um und überträgt die digitalen Daten zur Steuerschaltung 12. Als dem A/D-Wandler 14 zugeführte analoge Signale werden analoge Signale verwendet, die einen Brennraumdruck, ein Klopfen, eine Luftstromrate eine Batteriespannung, eine Wassertemperatur, eine Einlaß-Lufttemperatur, eine Drosselöffnung und dergleichen anzeigen.
Der A/D-Wandler 14 besitzt einen analogen Multiplexer 50, einen ADC- Kern 52, eine ADC-Steuerschaltung 54 und ein Schieberegister 56.
Der analoge Multiplexer 50 schaltet 24 Eingangskanäle von CH0 bis CH23 zum Auswählen des analogen Signals, das dem A/D-Wandler 14 eingegeben werden soll. Die Auswahlsteuerung des Eingangskanals durch den analogen Multiplexer 50 wird von der ADC-Steuerschaltung 54 gesteuert. Das vom ausgewählten Kanal eingegebene analoge Signal wird dem ADC-Kern 52 zugeführt.
Der ADC-kern 52 wandelt die analogen Signale in digitale Signale um.
Die Funktion der A/D-Umwandlung durch den ADC-kern 52 wird gemeinsam auf die analogen Signale der Eingangskanäle angewendet. Dadurch wird ein analoges Signal aus der Vielzahl von analogen Signalen ausgewählt, die am analogen Multiplexer 50 eingegeben werden, und einer A/D-Umwandlung unterworfen.
Die ADC-Steuerschaltung 54 steuert den analogen Multiplexer 50, den ADC-Kern 52 und das Schieberegister 56, wodurch man die A/D-Umwandlung durch den A/D-Wandler 14 erhält. Die ADC-Steuerschaltung 54 überträgt das Kanalstartsignal, welches vom Schieberegister 56 zum analogen Multiplexer 50 zugeführt wird, um den bestimmten Eingangskanal auszuwählen und empfängt Daten nach der Umwandlung vom ADC-Kern 52, um diese zum Schieberegister 56 zu übertragen.
Das Schieberegister 56 empfängt für jeden Eingangskanal von der Steuerschaltung 12 ein Startsignal und überträgt die Daten nach der Umwandlung vom ADC-Kern 52 zur Steuerschaltung 12. Im Ausführungsbeispiel werden 16- Bit serielle Daten übertragen und empfangen.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau entspricht der A/D-35 Wandler 14 einer A/D-Wandlervorrichtung und die CPU 20 einer Steuervorrichtung. Darüber hinaus entsprechen das zeitsynchrone Register 32 und die AD- Zeitplan-Steuerschaltung 36 gemeinsam einer ersten Speichervorrichtung, während das asynchrone Register 30 und die AD-Zeitplansteuerschaltung 36 gemeinsam einer zweiten Speichervorrichtung entsprechen.
Ein Datenkommunikationssystem, welches man mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau erhält, wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
Die Figuren 3A-1, 3A-2, 3A-3 und 3B zeigen ein Datenkommunikationssystem, welches von der Steuerschaltung 12 in einem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird. In diesem System werden Kanalstartsignale SKCR0 bis SKCR7 für 8 Bytes im zeitsynchronen Register 32 gemäß Figur 3A-1 gespeichert. Wenn die vorbestimmte Anzahl von Kanälen von der CPU 20 vorgegeben wird, werden die Kanalstartsignale SKCR0 bis SKCR7 nacheinander ausgelesen, um sie zum A/D-Wandler 14 zu übertragen. Die Kanalstartsignale werden nacheinander jeweils einzeln von der größten Adressanzahl auf der Grundlage einer vorgegebenen Adresse des zeitsynchronen Registers 32 ausgelesen und anschließend die Übertragung der Kanalstartsignale SKCR gestoppt, wenn das Kanalstartsignal SKCR0 als Letztes übertragen wurde.
Gemäß Figur 3A-2 wird ferner ein kanalstartsignal ASCR für ein Byte im asynchronen Register 30 gespeichert.
Wenn ein Interrupt von der externen Einheit eingegeben wird, wird das Kanalstartsignal ASCR zu einem Zeitpunkt übertragen, der nicht synchron zum Auslesezeitpunkt der Kanalstartsignale SKCR ist.
Gemäß Figur 3A-3 speichert das Datenaufnahmeregister 34 die nach der Umwandlung vorliegenden Daten SKBF0 bis SKBF7 und ASBF für 9 Bytes. Diese Daten entsprechen den Kanalstartsignalen SKCR0 bis SKCR7 und ASCR. Beispielsweise werden die bei der A/D-Umwandlung von analogen Signalen erhaltenen Daten dem Kanal eingegeben, der vom Kanalstartsignal SKCR4 gestartet wird, welcher dem Datum SKBF4 nach der Umwandlung entspricht.
Der zeitliche Ablauf, wenn die Register 30 bis 34 der Steuerschaltung 12 eine Leseoperation oder eine Schreiboperation durchführen, ist in Figur 3B dargestellt. Die Steuerschaltung 12 führt eine Datenkommunikation des Handshakesystems mit dem A/D-Wandler 14 durch, wobei die Übertragung der Kanalstartsignale SKCR0 bis SKCR7 und ASCR sowie das Empfangen der Daten SKBF0 bis SKBF7 und ASBF nach der Umwandlung vom A/D-Wandler 14 wird zum Zeitpunkt durchgeführt, bei dem von der Steuerschaltung 12 Impulse erzeugt werden. Insbesondere die Übertragung der Kanalstartsignale SKCR0 bis SKCR7 und das Empfangen der Daten SKBF0 bis SKBF7 nach der Umwandlung wird in einer vorbestimmten Zeitperiode f1 durchgeführt, wobei die Bedingung f1 > t erfüllt ist, und wobei t eine für eine jeweilige A/D-Umwandlung benötigte Zeit darstellt.
Wenn beispielsweise ein Anfangssignal derart zugeführt wird, daß die Kanalstartsignale nacheinander vom Signal SKCR7 ausgelesen werden, werden die im zeitsynchronen Register 32 abgespeicherten Kanalstartsignale SKCR0 bis SKCR7 nacheinander zum A/D-Wandler 14 in einer Zeitperiode fl des Kanalstartsignals SKCR7 übertragen. Synchron zur Übertragung des Startsignals werden die als Ergebnis der A/D-Umwandlung durch den A/D- Wandler 14 erhaltenen Daten als Daten SKBF7 nach der Umwandlung empfangen, um im Datenaufnahmeregister 34 abgespeichert zu werden. Dies bedeutet, daß das Datum SKBF7 nach der Umwandlung synchron zum Impuls zum gleichen Zeitpunkt empfangen wird, bei dem das Kanalstartsignal SKCR6 übertragen wird. Wenn das Datum SKBF0 nach der Umwandlung für das Kanalstartsignal SKCR0 empfangen wird, ist die Verarbeitung für die Übertragung und den Empfang abgeschlossen. Daraufhin wird die CPU 20 unterbrochen, wobei diese Daten SKBF0 bis SKBF7 nach der Umwandlung gemeinsam einer Code-Fehlererfassung und verschiedenen Arbeitsprozessen unterworfen werden.
Im System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die A/D- Umwandlung des A/D-Wandlers 14 zu einem Zeitpunkt unterbrochen, wenn das asynchrone Startsignal eingegeben und die A/D-Umwandlung für das vom Kanal entsprechend dem asynchronen Startsignal eingegebenen analogen Signal ausgeführt wird. Gemäß Figur 3B sei beispielsweise angenommen, daß die asynchrone A/D-Umwandlung angefordert wird, nachdem das Kanalstartsignal SKCR4 übertragen wurde und bevor das nächste Kanalstartsignal SKCR3 übertragen wird. In diesem Fall wird die A/D-Umwandlung für das Kanalstartsi gnal SKCR4 kurzzeitig unterbrochen und das im asynchronen Register 30 gespeicherte Kanalstartsignal ASCR zum A/D-Wandler 14 zu einem Zeitpunkt übertragen, bei dem die asynchrone Anforderung vorliegt. Das unterbrochene Kanalstartsignal SKCR3 wird als N = 4 im anderen Zähler gespeichert. Nach Ablauf der Zeitdauer f1 wird das Datum ASBF nach Umwandlung empfangen und im Datenaufnahmeregister 34 abgespeichert. Gleichzeitig wird N = 4 vom Zähler ausgelesen und das kanalstartsignal SKCR4 erneut zum A/D-Wand ler 14 übertragen.
Die Figur 4 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Übertragung der Kanalstartsignale SKCR0 bis SKCR7 von der CPU 20 der Steuerschaltung 12 gemäß Figur 3B. Zu Beginn wird ein Modus des A/D-Wandlers 14 festgestellt (S401) und die Anzahl der Kanäle (Adressen, in denen die Kanalstartsignale SKCR0 bis SKCR7 abgespeichert werden) eingestellt (S403). Nach Durchführung dieser Einstellung beginnt das Abtasten (S405) und die Kanalstartsignale SKCR0 bis SLCR7 werden zum A/D-Wandler 14 übertragen.
Gemäß der Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers des ersten Ausführungsbeispiels erfolgt wie vorstehend beschrieben die Steuerung des A/D-Wandlers 14 auf der Grundlage der Kanalstartsignale SKCR0 bis SKCR7, die nacheinander vom zeitsynchronen Register 32 übertragen werden. Daher benötigt man keine komplizierte Steuerung, wie beispielsweise eine Zeitplan- Steuerung in der Software. Das in dem asynchronen Register 30 gespeicherte Kanalstartsignal ASCR wird in Abhängigkeit vom Interruptsignal der externen Einheit übertragen. Daher kann der A/D-Wandler 14 für das Signal ASCR zu von den Zeitpunkten der Signale SKCR unterschiedlichen Zeitpunkten gesteuert werden. Zur Steuerung der Brennkraftmaschine muß der A/D-Wandler 14 zu unterschiedlichen Zeitpunkten gesteuert werden, beispielsweise zu der vorbestimmten Zeitperiode und synchron zur Motordrehbewegung. Für diesen Fall wurde das vorliegende Ausführungsbeispiel derart ausgestaltet, daß eine Vielzahl der im zeitsynchronen Register 32 gespeicherten Kanalstartsignale SKCR0 bis SKCR7 nacheinander übertragen werden und das im asynchronen Register 30 gespeicherte kanalstartsignal ASCR zusätzlich synchron zum Kurbelpositions-Sensoreingangssignal übertragen wird.
In diesem Ausführungsbeispiel wird ohne Meldung über den Abschluß der A/D-Umwandlung die A/D-Umwandlung des entsprechenden analogen Signals als abgeschlossen betrachtet und die Daten SKBF0 bis SKBF7 und ASBG nach Umwandlung werden gemäß dem zeitlichen Ablauf der Steuerschaltung 12 übertragen. Da die Steuerschaltung 12 die Verarbeitung der Daten SKBF0 bis SKBF7 nach der Umwandlung gemeinsam nach Empfangen der vorbestimmten Anzahl von Daten ausführen kann, werden die lnterrupt-Anforderungen für die CPU 20 verringert. Im ersten Ausführungsbeispiel wird darüber hinaus die A/D-Umwandlung der entsprechenden kanäle ohne Wartezeit im Ansprechen auf das Kanalstartsignal ASCR durchgeführt, dessen Übertragung asynchron angefordert wird, so daß man eine Steuerung mit guten Ansprecheigenschaften erhält. Insbesondere ist dies wirkungsvoll bei der Zündzeitpunktsteuerung zum Steuern des Klopfens. Die Klopfsteuerung wird immer derart durchgeführt, daß der Zündzeitpunkt nicht die Klopf-Begrenzung des Motors erreicht, jedoch in einer sehr nahen Position an der Begrenzung liegt. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Motors vergrößert werden, so daß nicht nur die Ausgangsleistung erhöht und der Benzinverbrauch gesenkt, sondern auch Mischbenzin mit verschiedenen Oktanwerten verwendet werden kann. Bei der Klopfsteuerung nimmt der auf dem Zylinderblock montierte Klopfsensor Klopfen als Vibrationen auf, während das Ausgangssignal des Klopfsensors in der Steuerschaltung berechnet wird, um den Zündzeitpunkt zu verzögern oder nach vorne zu verlegen. In diesem Fall muß das analoge Signal des klopfsensors innerhalb eines Zeitintervalis zwischen den Zündungen A/D-gewandelt werden, so daß der nächste Zündzeitpunkt berechnet werden kann. Daher be nötigt man eine außerordentlich hohe Ansprecheigenschaft. Wenn die Motorgeschwindigkeit beispielsweise 5000 UPM beträgt, wird die Zündung in einer Zeitdauer von ca. 3 ms in einem 8-Zylindermotor durchgeführt, ca. 4 ms in einem 6-Zylindermotor und ca. 6 ms in einem 4-Zylindermotor. Da darüber hinaus die asynchrone Steuerung, welche die hohe Ansprecheigenschaft aufweist, für Sensorsignale benötigt wird, wie beispielsweise das Brennraumsignal für die Steuerung des Zündzeitpunkts, ist beim ersten Ausführungsbeispiel, welches die asynchrone Steuerung durchführt, eine gute Ansprecheigenschaft wünschenswert.
Als nächstes wird die vom A/D-Wandler 14 durchgeführte Verarbeitung beschrieben.
Das Ausführungsbeispiel ist derart ausgestaltet, daß die Daten nach Umwandlung vom A/D-Wandler 14 zu den Zeitpunkten der Impulse von der Steuerschaltung 12 empfangen werden. Um jedoch die Wirkung gemäß dem Aufbau zu erhalten, bei dem die Kanalstartsignale zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten übertragen werden, kann ein Aufbau verwendet werden, bei dem ein A/D-Umwandlungs-Endekennzeichen vom A/D-Wandler 14 erkannt wird und von der Steuerschaltung 12 übertragen wird.
Die Figuren 5A bis 5C zeigen die zeitlichen Abläufe für das Übertragen und Empfangen von Daten am A/D-Wandler 14. Die Figur 5A zeigt den zeitlichen Ablauf des Datenkommunikationssystems gem ß dem Ausüihrungsbeispiel. Wenn die Anzahl der Kanäle eingestellt wird, werden von der Steuerschaltung 12 in der Periode f1 die Kanalstartsignale SKCR nacheinander übertragen. Gleichzeitig werden die Daten SCBF nach der Umwandlung übertragen. Da für das erste Kanalstartsignal SKCR3 keine Daten nach der Umwandlung vorliegen, werden Blinddaten (dummy) übertragen. Zum Zeitpunkt, bei dem der asynchrone lnterrupt eingegeben wird, wird die A/D-Umwandlung für das Kanalstartsignal SKCR3 durchgeführt.
Die Figur SB zeigt den Fall, bei dem sich der A/D-Wandler 14 in einem normalen Modus befindet. Die Daten nach der Umwandlung werden auf der Grundlage eines während der Zeit t gesetzten Kennzeichens übertragen, wenn die A/D-Umwandlung durch den A/D-Wandler 14 abgeschlossen ist. Bei diesem Aufbau werden die Daten gemäß dem zeitlichen Ablauf der A/D-Wandler 14-Seite übertragen, wobei man jedoch die Wirkung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erhält.
Die Figur 5C zeigt einen Fall, bei dem der A/D-Wandler 14 in einen externen Triggermodus eingestellt wird. Die A/D-Umwandlung wird im Ansprechen auf ein externes Triggersignal gestartet. Die Daten nach der Umwandlung werden ebenso gemäß dem zeitlichen Ablauf der A/D-Wandler 14-Seite zur Steuerschaltung 12 bei diesem Aufbau übertragen.
Nachfolgend wird das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung 112 des zweiten Ausführungsbeispiels, während Figur 7 lediglich ein Blockschaltbild der charakterisierenden herausgezogenen Abschnitte des zweiten Ausführungsbeispiels darstellt. Es sei darauf hingewiesen, daß die gleichen Bauteile wie im ersten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind weshalb auf ihre Beschreibung verzichtet wurde.
Die Steuerschaltung 112 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besitzt die CPU 20, das ROM 22, das RAM 24, den Zeitgeber 26, die AD-Zeitplan- Steuerschaltung 36, den Taktschieber 38 und das Schieberegister 40 wie im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2, wobei es ferner einen programmierbaren interaktiven Kontroller (PIC) 128, ein synchrones Register 130, ein zeitsynchrones Register 132, ein Datenaufnahmeregister 134, ein DMAout (direct memory acess) 140 und ein DMAIN 144 aufweist.
Der PIC empfängt ein externes Interruptsignal, wobei ihm ein Signal zu einem zum Zeitpunkt des Zeitgebers 26 asynchronen Zeitpunkt eingegeben wird, wenn die Motorgeschwindigkeit beispielsweise hoch ist.
Das asynchrone Register 130 besitzt zwei Register, eines zum Speichern eines Startbefehls, wodurch ein A/D-umzuwandelnder Eingangskanal zeitsynchron gestartet wird, der zur Vielzahl von Eingangskanälen des A/D-Wandlers 14 (Figur 2) gehört, und das andere zum Speichern der A/D-Daten entsprechend dem asynchronen Startbefehl.
Das zeitsynchrone Register 133 speichert den Startbefehl. Der Dmaout 140 liest nacheinander die in vorbestimmten ersten Speicherbereichen des RAM 24 abgespeicherten Startbefehle 0 bis n aus, um sie im zeitsynchronen Register 132 abzuspeichern. Demgegenüber speichert das Datenaufnahmeregister 134 A/D-Daten entsprechend dem im zeitsynchronen Register 132 abgespeicherten Startbefehl. Der DMAin 144 speichert die im Datenaufnahmeregister 134 in vorbestimmten Bereichen des RAM 24 gespeicherten A/D-Daten.
Die AD-Zeitplan-Steuerschaltung 136 wählt den vom asynchronen Register 130 oder vom zeitsynchronen Register 132 übertragenen Startbefehl aus, um den ausgewählten Startbefehl zum Schieberegister 40 zu übertragen. Ferner empfängt es die vom A/D-Wandler 14 A/D-umgewandelten A/D-Daten vom Schieberegister 40. Darüber hinaus stellt es fest, ob die empfangenen Daten mit dem Startbefehl des asynchronen Registers 130 oder des zeitsynchronen Register 132 in Verbindung stehen, um die A/D-Daten in das Datenaufnahmeregister 134 oder das asynchrone Register 130 abzuspeichern.
Gemäß der Steuerschaltung 112 des zweiten Ausführungsbeispiels mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau werden die in den ersten vorbestimmten Speicherbereichen des RAM 24 gespeicherten Startbefehle 0 bis n nacheinander vom DMAout 114 zu einer vorbestimmten Zeitperiode ausgelesen, um im zeitsynchronen Register 132 abgespeichert zu werden. Der im zeitsynchronen Register 132 abgespeicherte Startbefehl wird zur AD-Zeitplan-Steuerschaltung 36 übertragen, während der andere Startbefehl vom asynchronen Register 130 zur AD-Zeitplan-Steuerschaltung 36 auf der Grundlage des asynchronen Zeitablaufsignals übertragen wird, welches am PIC 128 eingegeben wird.
Die AD-Zeitplan-Steuerschaltung 136 wählt den vom asynchronen Register 130 oder vom zeitsynchronen Register 132 übertragenen Startbefehl aus, um ihn zum Schieberegister 40 zu übertragen. Hinsichtlich des Prozesses von der Verarbeitung, bei dem die A/D-Daten nach der A/D-Umwandlung durch den A/D-Wandler 14 entsprechend dem Startbefehl zur Verarbeitung, bei dem die A/D-Daten zur A/D-Zeitplan-Steuerschaltung 36 übertragen werden, im Schieberegister 40 abgespeichert werden, ist das zweite Ausführungsbeispiel das gleiche wie das erste Ausführungsbeispiel
Die AD-Zeitplan-Steuerschaltung 136 bestimmt, ob das empfangene A/D- Datum für den Startbefehl vom asynchronen Register 130 oder vom zeitsynchronen Register 132 übertragen wurde. Wenn das empfangene A/D-Datum als der vom asynchronen Register 130 übertragene Startbefehl festgestellt wurde, wird das A/D-Datum in einem A/D-Datenregister des asynchronen Register 130 abgespeichert. Wenn andererseits das empfangene A/D-Datum dem vom zeitsynchronen Register 132 übertragenen Startbefehl entspricht, wird das A/D-Datum in dem Datenaufnahmeregister 134 abgespeichert. Das im Datenaufnahmeregister 134 abgespeicherte A/D-Datum wird in einem entsprechenden der zweiten vorbestimmten Speicherbereiche des RAMS 24 durch den DMAin 144 abgespeichert.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel muß die Anzahl des zeitsynchronen Registers 132 und des Datenaufnahmeregisters 134 nicht auf der Grundlage der Anzahl der Eingangskanäle des A/D-Wandlers 14 eingestellt werden, wodurch man eine erhöhte Anpassungsfähigkeit der Steuerschaltung erhält.
Die Figuren 8A und 8B zeigen einen Fall, bei dem der A/D-Wandler 14 in einem 4-Kanal-Abtastmodus (4ch) eingestellt wird. Wenn in diesem Modus gemäß Figur 8A ein Kanal eingestellt wird, wird automatisch für vier Kanäle eine A/D-Umwandlung durchgeführt. Dieser Aufbau kann auch auf das erste Ausführungsbeispiel angewendet werden. Das zeitsynchrone Register 32 oder das sequentielle Register 32a kann im gleichen IC-Gehäuse auf der A/D- Wandler 14-Seite integriert werden, um diesen Modus zu erhalten. Die Figur 8B zeigt, daß das Datum nach der Umwandlung zum Zeitpunkt, der von der A/D-Wandler 14-Seite bestimmt wird, zur Steuerschaltung 12 übertragen wird. In diesem Fall ist ein Kennzeichen notwendig, um den Abschluß der A/D-Umwandlung für die 4 Kanäle anzuzeigen.
Nicht nur das zeitsynchrone Register 32 und das sequentielle Register 32a, sondern auch die asynchronen Register 30 und 30a können außerhalb der Steuerschaltung 12 angeordnet werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Übertragung des Startsignals und der Empfang des Datums nach der Umwandlung zum gleichen Zeitpunkt durchgeführt, so daß die Steuerung einfach wird und sehr gewünscht ist. Wenn jedoch in diesem Fall die Zeit t, nachdem das Startsignal übertragen wurde, abgelaufen ist, kann die A/D-Umwandlung als abgeschlossen angesehen werden. Der Empfang des Datums nach der Umwandlung muß daher nicht den gleichen zeitlichen Ablauf aufweisen. Die Übertragung des Startsignals und der Empfang des Datums nach der Umwandlung kann von einem externen Zeitsignal von irgendeiner Einheit außer der Steuerschaltung 12 oder dem A/D- Wand 1er 14 gesteuert werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der Steuerung des A/D-Wandlers mit einer Vielzahl von Eingangskanälen möglich, die Verarbeitungsbelastung der Steuerschaltung für die Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zu verringern.
Gemäß der Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine wird die Steuerung der A/D-Wandlervorrichtung auf der Grundlage von nacheinander von der ersten Speichervorrichtung übertragenen Startsignalen durchgeführt, wobei die in der zweiten Speichervorrichtung gespeicherten Startsignale auf der Basis des Signals von der externen Einheit übertragen werden.
In der Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine überträgt die A/D-Wandlervorrichtung die Daten nach der Umwandlung gemäß einem von der externen Einheit empfangenen Zeitablauf. Daher wird die Steuervorrichtung nur selten von der A/D-Wandlervorrichtung für die Daten nach der Umwandlung unterbrochen.

Claims

1. Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine mit:

einer A/D-Wandlervorrichtung (14) mit einer Vielzahl von Eingangskanälen;

einer ersten Vorrichtung (32, 36, 24, 132, 140) zum Speichern von Startsignalen zum Starten von bestimmten Kanälen aus der Vielzahl von Eingangskanälen; und

einer zweiten Vorrichtung (30, 36,128,130) zum Speichern eines benötigten Startsignals zum Starten eines bestimmten Kanals aus der Vielzahl der Eingangskanäle und zum Übertragen des Startsignals auf der Grundlage eines externen Signals,

wobei die A/D-Wandlervorrichtung den Eingangskanal entsprechend dem Startsignal auf der Grundlage des von der ersten und von der zweiten Vorrichtung übertragenen Startsignals startet und die Vorrichtung aus folgenden weiteren Elementen besteht:

einem analogen Multiplexer (50), der eine Vielzahl von Eingangskanälen mit der A/D-Wandlervorrichtung in Abhängigkeit von den Startsignalen derart verbindet, daß die analogen Signale der A/D-Wandlervorrichtung über die Eingangskanäle eingegeben werden;

und wobei die erste Vorrichtung ein zeitsynchrones Register (32) mit einer Vielzahl von Speicherbereichen aufweist, die die Startsignale für die Eingangskanäle und für die nacheinander ausgegebenen Startsignale zum zeitsynchronen Starten der Eingangskanäle speichert;

und die zweite Vorrichtung ein asynchrones Register (30) aufweist, welches ein vorab gespeichertes Startsignal zeitsynchron mit der Erzeugung des externen Signals ausgibt;

einer AD-Zeitplan-Steuerschaltung (36,136) zum Empfangen der Startsignale von beiden Registern (30, 32) und zum Auswählen eines der empfangenen Startsignale, um das ausgewählte Startsignal an die A/D-Wandlervorrichtung (14) auszugeben, und

eine digitale Signal-Speichervorrichtung (34) zum Speichern von digita len Signalen, die durch die A/D-Wandlervorrichtung umgewandelt wurden, wobei die AD-Zeitplan-Steuerschaltung derart angeordnet ist, daß das Ausgangssignal des vom zeitsynchronen Register (32) zur A/D-Wandlervorrichtung (14) zugeführten Startsignals unterbrochen wird, um das vom asynchronen Register zur A/D-Wandlervorrichtung zugeführte Startsignal auszugeben, wenn das Startsignal vom asynchronen Register (30) empfangen wurde, während die Serie von Startsignalen vom zeitsynchronen Register empfangen wird und anschließend die Startsignale an die A/D-Wandlervorrichtung (14) ausgibt, die vom zeitsynchronen Register (32) vom Startsignal unmittelbar vor der Unterbrechung zugeführt wurden.

2. Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, wobei der dem Startsignal von der zweiten Vorrichtung entsprechende Eingangskanal derart angeordnet ist, daß er mit einer höheren Priorität gestartet wird als das entsprechende Startsignal von der ersten Vorrichtung, wenn das Startsignal von der zweiten Vorrichtung empfangen wird, während die Startsignale nacheinander von der ersten Vorrichtung empfangen werden und, nachdem ein Prozeß für das Startsignal von der zweiten Vorrichtung abgeschlossen wurde, die Eingangskanäle derart angeordnet sind, daß sie nacheinander für die Startsignale von der ersten Vorrichtung gestartet werden und das externe Signal synchron zur Drehbewegung des Motors ist.

3. Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die erste Vorrichtung derart angeordnet ist, daß die Vielzahl von Startsignalen in einer vorbestimmten Zeitperiode (f1) nacheinander ausgegeben werden, die länger als eine Zeitdauer (t) ist, die für die A/D-Umwandlung von der A/D-Wandlervorrichtung benötigt wird.

4. Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 3, wobei die erste Vorrichtung derart angeordnet ist, daß die Vielzahl von Startsignalen zur jeder vorbestimmten Zeitperiode (f1) nacheinander ausgegeben werden, die länger als eine Zeit (t) ist, die für die A/D-Umwandlung von der A/D-Wandlervorrichtung benötigt wird.

5. Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 4, wobei die Vorrichtung ferner eine CPU (20) zum Bestimmen der Eingangskanäle entsprechend der A/D-umzuwandelnden analogen Signale aufweist.

6. Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 4, wobei die AD-Zeitplan-Steuerschaltung derart angeordnet ist, daß das vom asynchronen Register der A/D-Wandlervorrichtung zugeführte Startsignal sofort ausgegeben wird, wenn das Startsignal vom asynchronen Register empfangen wird, während die Vielzahl von Startsignalen nacheinander ausgegeben werden, und anschließend die Vielzahl von Startsignalen, die vom zeitsynchronen Register zur A/D-Wandlervorrichtung zu jeder vorbestimmten Zeitperiode (f1) vom Startsignal des zeitsynchronen Registers unmittelbar vor der Ausgabe des Startsignals ausgegeben wird, das vom asynchronen Register zugeführt wird, nachdem die vorbestimmte Zeit (fl) abgelaufen ist, nachdem das vom asynchronen Register zur A/D- Wandlervorrichtung zugeführte Startsignal ausgegeben wurde.

7. Steuervorrichtung eines Analog-Digital-Umsetzers für eine Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 5 mit:

einer Schreib-Lese-Speichervorrichtung (24) zum Speichern von zeitsynchronen Startbefehlen für die A/D-Umwandlung in ihren ersten Speicherbereichen und zum Speichern von A/D-Daten von der A/D-Wandlervorrichtung in ihren zweiten Speicherbereichen;

wobei die zweite Speichervorrichtung eine asynchrone Registervorrichtung (130) zum Ausgeben eines asynchronen Startbefehls in Abhängigkeit von einem extern zugeführten Signals ausgibt und darin A/D-Daten von der A/D- Wandlervorrichtung abspeichert;

die erste Speichervorrichtung die AD-Zeitplan-Steuervorrichtung (36) zum Auswählen eines der zeitsynchronen Startbefehle und des asynchronen Startbefehls aufweist und die A/D-Wandlervorrichtung derart anweist, daß die analogen Eingangssignale gemäß der Reihenfolge der ausgewählten Befehle in digitale Signale umgewandelt werden, und das in Abhängigkeit vom asynchronen Startbefehl erhaltene A/D-Datum zum asynchronen Register übertragen wird; und die Vorrichtung ferner

eine Speichervorrichtung mit direktem Zugriff (140 und 144) aufweist, die die zeitsynchronen Startbefehle von der Schreib-Lese-Speichervorrichtung zur A/D-Zeitplan-Steuervorrichtung überträgt und das in Abhängigkeit vom zeitsynchronen Startbefehl erhaltene A/D-Datum in die Schreib-Lese-Speichervorrichtung überträgt.