JP3339763B2 - アナログ／デジタル変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアナログ／デジタル変換
装置に係り、アナログ／デジタル変換を行う変換部と、
変換されたデジタル値を取り込んで処理する処理部とが
通信する型のデジタル変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の制御、例えば自動車用
エンジンの制御システムでは、エンジンの状態や走行状
態を各種センサで検出し、これらセンサからの情報をマ
イクロコンピュータで処理して、最適の状態で車両走行
を行うための制御が行われている。そして、これら各種
センサからの情報はその殆どが電気的な信号であり、デ
ジタル信号とアナログ信号が使用されている。マイクロ
コンピュータで、これらの信号を処理する場合は、デジ
タル信号はそのままマイクロコンピュータに入力して処
理できるが、アナログ信号の場合にはマイクロコンピュ
ータに入力する前にデジタル信号に変換する必要があ
る。

【０００３】アナログ信号をデジタル信号に変換するに
は、アナログ／デジタル変換器が用いられるが、構成を
簡単にするため複数種類のアナログ信号を１個のアナロ
グ／デジタル変換器で順次デジタル信号に変換するマル
チチャンネル型のアナログ／デジタル変換器が多く用い
られている。又、アナログ／デジタル変換器とマイクロ
コンピュータ間にはデータ等を伝達するための通信ライ
ン（プリント配線基板の配線パターンや、フレキシブル
基板、導線〔リード線〕）が設けられているが、用途に
応じて各種通信方式がとられており、自動車のエンジン
等の制御には、同期エラー等の通信異常が発生しにくい
ＳＰＩ（シリアル・ペリフェラル・インターフェイス）
方式の通信方式がよく用いられている。

【０００４】次ぎに図７を用いてＳＰＩ通信を用いたア
ナログ／デジタル変換器について説明する。５１はアナ
ログ／デジタル変換器で、複数（本例においては２４チ
ャンネル）のセンサと接続され、それらのセンサからの
アナログ信号を入力している。又、アナログ／デジタル
変換器１にはマイクロコンピュータ２との通信のため、
クロック入力端子Ａ１、データ入力端子Ａ２、データ出
力端子Ａ３、変換終了信号出力端子Ａ４が設けられてお
り、それぞれマイクロコンピュータ２側のクロック出力
端子Ｂ１、データ出力端子Ｂ２、データ入力端子Ｂ３、
外部割込端子Ｂ４に接続されている。

【０００５】そして、クロック入力端子Ａ１にはクロッ
ク出力端子Ｂ１からデータ通信のための同期信号となる
クロック信号（パルス信号）が入力される。又、データ
入力端子Ａ２にはデータ出力端子Ｂ２からの変換命令信
号（シリアル信号）が入力され、データ入力端子Ｂ３に
はデータ出力端子Ａ３からの変換結果信号（シリアル信
号）が入力され、そして外部割込端子Ｂ４には変換終了
信号出力端子Ａ４からアナログ／デジタル変換（アナロ
グ／デジタル変換）が終了した旨の信号が入力される。

【０００６】図８はアナログ／デジタル変換及び通信の
タイミングを示す図であり、次ぎにアナログ／デジタル
変換及び通信のタイミングについて説明する。マイクロ
コンピュータ５２は、センサの出力信号データが必要な
場合、先ず変換命令を示すコマンドデータと対象センサ
を示すチャンネルデータをアナログ／デジタル変換器５
１に送信するための送信レジスタに書き込み、これらの
データをクロック信号に同期させてクロック信号と共に
出力する（ｕ１）。

【０００７】アナログ／デジタル変換器５１は、入力さ
れたクロック信号に同期してコマンドデータと対象セン
サを示すチャンネルデータを読み込んで解読し、指定さ
れたセンサ（チャンネル）の信号をアナログ／デジタル
変換する。そして、アナログ／デジタル変換が終了する
とアナログ／デジタル変換器５１は、変換終了出力端子
Ａ４からマイクロコンピュータ５２の外部割込端子Ｂ４
にアナログ／デジタル変換が終了した旨の変換終了信号
を出力すると共に、マイクロコンピュータ５２にデータ
を送信するための送信レジスタに変換結果を書き込む
（ｕ２）。

【０００８】マイクロコンピュータ５２は、変換終了信
号を受信すると、割込処理によりクロック信号を送信す
る（ｕ３）。すると、該クロック信号に同期してアナロ
グ／デジタル変換器１側の送信レジスタに書き込まれた
変換結果が送信されるので、該クロック信号に同期して
変換結果を読み込み、１回のアナログ／デジタル変換及
び通信の処理が完了する（ｕ４）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この様なデジタル変換
装置に於いて、従来は前記変換終了信号伝達用の信号ラ
インが断線し、終了割込が発生しなくなった（変換終了
信号を入力しなくなった）場合、マイクロコンピュータ
５２はアナログ／デジタル変換部５１の異常とみなし、
アナログ／デジタル変換装置のシステムリセット等の処
置を行っていたが、信号ラインの断線であればシステム
リセットでは正常状態に復帰しないため、マイクロコン
ピュータ５２はセンサからの信号無しでエンジン制御を
行うフェイルセーフ制御を行うことになる。従って、こ
の様な場合フェイルセーフ制御により走行は可能である
が、性能（燃費、排気ガス、走行能力、乗り心地）等が
悪化する。本発明はこの様な場合に於ける、例えばエン
ジン等の性能面悪化を抑える事を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はこの様な問題を
解決するために、アナログ信号をデジタル信号に変換す
る変換部と、前記変換部と通信ラインで接続され該変換
部から出力されるデジタル変換された変換デジタル信号
を取り込み処理する処理部とからなり、前記変換部は前
記処理部からの変換要求信号により変換を行うとともに
変換が終了後に変換終了信号を前記処理部に出力し、前
記処理部は前記変換部からの前記変換終了信号を入力し
た後に前記変換部からの変換デジタル信号を取り込むア
ナログ／デジタル変換装置に於いて、前記変換終了信号
の終了信号伝達系の異常を検出する異常検出手段と、前
記異常検出手段により前記終了信号伝達系の異常が検出
されたとき、前記処理部が変換要求信号を出力してから
所定時間後に、前記変換部の変換デジタル信号を取り込
む補助取り込み手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】又、前記異常検出手段は、前記変換要求信
号と、該変換要求信号に対応する前記変換部からのデジ
タル値とを比較し、該比較結果により異常を判断する事
を特徴とする。

【００１２】

【作用】以上のような手段により本発明においては、変
換終了信号伝達用の変換終了信号伝達ラインが異常の場
合には、処理部側の判断によりアナログ／デジタル変換
値を読み込むので、変換終了信号伝達ラインの異常によ
るアナログ／デジタル値の入力不能状態を回避できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。尚、本実施例では自動車のエンジンを制御するエ
ンジン制御装置を例に挙げて説明するが、本発明は、エ
ンジン制御装置以外のアナログ／デジタル変換装置を用
いる装置に適用できる。図１は自動車のエンジン制御装
置の構成を示す構成図である。エンジン制御装置５に
は、各種のセンサが接続されており、これらのセンサか
らの信号を入力して処理し、そして各種アクチュエータ
を制御し、エンジンを適切な状態で動作させる。センサ
には、パルス等によるデジタル信号を出力するデジタル
系センサと、電圧値等によるアナログ信号を出力するア
ナログ系センサがある。

【００１４】そして、デジタル系センサには、エンジン
の回転角（上死点等）を示すＴＤＣ信号等を出力する回
転角センサ、エンジン回転数を示すＮＥ信号を出力する
回転数センサ、車輪の回転数を示す車速信号を出力する
車速センサ等がある。又、アナログ系センサには、エン
ジンの吸気管内の圧力を検出する吸気管圧力センサ、ラ
ジエータの水温を検出する水温センサ、吸入空気の温度
を検出する吸気温センサ、排気ガス中の酸素濃度を検出
する酸素濃度（Ｏ2 ）センサ、スロットルバルブの開度
を検出するスロットルバルブセンサ等がある。

【００１５】３はセンサを接続するために緩衝動作等を
行う入力インターフェイスで、デジタル系のセンサとマ
イクロコンピュータ（マイコン）２とを接続し、又アナ
ログ系のセンサとアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変
換器）１とを接続している。１はＡ／Ｄ変換器で、入力
インターフェイス３を介して入力されたアナログ系セン
サからのアナログ信号をデジタル信号に変換してマイコ
ン２に出力する。

【００１６】２はマイコンで、センサからの信号を入力
して処理し、エンジンの各所に設けられたアクチュエー
タを制御してエンジンが状況に応じた状態で動作するよ
う制御する。４はマイコン２とアクチュエータを接続す
るための出力インターフェイスで、緩衝動作等を行う。
又、アクチュエータには、例えばエンジンの点火を行う
点火プラグ、ガソリンを噴射するインジェクタ、スロッ
トルバルブと並列的に設けられスロットルバルブ閉鎖時
（アイドル回転時）に於ける空気量を制御して、アイド
ル回転数を制御するアイドルスピードコントロールバル
ブ（ＩＳＣバルブ）等があり、必要に応じてマイコン２
からのデジタル信号をアナログ信号に変化するデジタル
アナログ信号変換器、電圧を昇圧する昇圧回路、デジタ
ル信号に対応するデューティ値を持つパルス信号に変換
するデューティ変換回路等の駆動回路が設けられてい
る。

【００１７】次に図２を用いてＳＰＩ通信を用いたアナ
ログ／デジタル変換装置に付いてその詳細を説明する。
Ａ／Ｄ変換器１には、複数の（本例では２４チャンネル
〔ｃｈ〕）のアナログ系センサと接続され、それらセン
サからのアナログ信号を入力している。又、Ａ／Ｄ変換
器１にはマイコン２との通信のため、クロック入力端子
Ａ１、データ入力端子Ａ２、データ出力端子Ａ３、変換
終了信号出力端子Ａ４が設けられており、それぞれマイ
コン２側のクロック出力端子Ｂ１、データ出力端子Ｂ
２、データ入力端子Ｂ３、外部割込端子Ｂ４に接続され
ている。尚、これらの端子間の接続は、マイコン２とＡ
／Ｄ変換器１が同一プリント基板上に搭載されたもので
あればプリント基板の配線パターンにより接続され、
又、同一基板上に搭載されたものでなければ、フレキシ
ブル基板や導線（リード線）等によって接続されてい
る。

【００１８】そして、クロック端子Ａ１にはクロック出
力端子Ｂ１からデータ通信のための同期信号となるクロ
ック信号（パルス信号）が入力される。又、データ入力
端子Ａ２にはデータ出力端子Ｂ２からの変換命令信号
（シリアル信号）が入力され、データ入力端子Ｂ３には
データ出力端子Ａ３からの変換結果信号（シリアル信
号）が入力され、そして、外部割込端子Ｂ４には変換終
了信号出力端子Ａ４からアナログ／デジタル変換（Ａ／
Ｄ変換）が終了した旨の信号が入力される。

【００１９】次に変換及び通信動作について説明する。
ＳＰＩ通信はデータの伝送が行われるときのみクロック
信号が送信されるもので、換言すればマイコン２がクロ
ック信号を出力すれば、同時にデータ入力端子Ａ２とデ
ータ出力端子Ｂ２間のデータ通信及びデータ入力端子Ｂ
３とデータ出力端子Ａ３間のデータ通信がクロック信号
を同期信号として行われる。具体的には、クロック信号
の立ち下がり時における通信ラインの信号レベル（Ｈレ
ベル：高電圧レベル、Ｌレベル：低電圧レベル）を１ビ
ット分の通信データとし、送信するもので、送信側では
送りたいデータに応じて通信ラインの信号レベルをクロ
ック信号に同期させて順次切り換え、受信側ではクロッ
ク信号の立ち下がり時の通信ラインの信号レベルを読み
込み受信データに組み立てるものである。

【００２０】例えば、『１１０１』と言う４ビットの信
号をマイコン２側からＡ／Ｄ変換器１側に送信する場合
を図３を用いて説明する。はクロック信号を示し、マ
イコン２側は、通信時に一定周期で状態（Ｈレベル、Ｌ
レベル）が変化するパルス信号をＡ／Ｄ変換器１側に送
信する。尚、パルス数は送信するデータのビット長分だ
けあり、予め定められている（本例では４パルス）。
又、マイコン２はクロック信号の立ち下がり時（ｔ１、
ｔ２、ｔ３、ｔ４）に、順次データ通信ラインの信号レ
ベルが通信データ『１１０１』に対応する信号レベル
『ＨＨＬＨ』（）となるように制御する。Ａ／Ｄ変換
器１側では、クロック信号の立ち下がり時（ｔ１、ｔ
２、ｔ３、ｔ４）に於ける通信ラインの信号レベル『Ｈ
ＨＬＨ』を入力し、対応するデータ『１１０１』の通信
と判断する。

【００２１】尚、上記記載ではマイコン２側からＡ／Ｄ
変換器１側に送信する場合を説明したが、Ａ／Ｄ変換器
１側からマイコン２側に送信する場合は、マイコン２か
らのクロック信号に同期して同様の動作が行われる。
又、マイコン２側からＡ／Ｄ変換器１側への送信ライン
と、Ａ／Ｄ変換器１側からマイコン２側への送信ライン
とが別々のラインであるので、マイコン２からのクロッ
ク信号に同期してそれぞれがデータの送信を行えば、同
じタイミングで双方向の通信が可能となる。

【００２２】次に、送信データの形式について説明す
る。図４は送信データの形式（１６ビット）を示すもの
で、（ａ）はマイコン２側からＡ／Ｄ変換器１側への送
信データの形式、（ｂ）はＡ／Ｄ変換器１側からマイコ
ン２側への送信データの形式を示す。マイコン２側から
Ａ／Ｄ変換器１側への送信データは、基本的にＡ／Ｄ変
換器１に対してどの様な動作を行わせるかのコマンドデ
ータＤ１と、どのセンサ（どのチャンネル）の信号をＡ
／Ｄ変換するのかを指定するチャンネルデータＤ２とか
ら構成される。

【００２３】又、Ａ／Ｄ変換器１側からマイコン２側へ
の送信データは、基本的にＡ／Ｄ変換の変換結果を示す
変換結果データＤ３と、Ａ／Ｄ変換の完了を示すチェッ
クコードＤ４と、どの入力端子のＡ／Ｄ変換結果か、つ
まりどのセンサ（どのチャンネル）のＡ／Ｄ変換結果か
を示す変換端子データＤ５とから構成される。次にマイ
コン２の行うデータ送受信処理に付いて説明する。図５
はマイコン２の行う送受信処理を示すフローチャートで
ある。この送受信処理は、自動車のエンジンが駆動状態
である場合に、一定時間毎に割り込みにより実行され
る。

【００２４】ステップＳ１では、Ａ／Ｄ変換器１への前
回の変換指示に対してＡ／Ｄ変換完了信号を受信してい
るかどうかを判断し、受信していればステップＳ６に移
り、受信していなければステップＳ２に移る。この判断
は外部割込端子Ｂ４への変換終了信号の割込入力の有無
（割込があった時にセットされる変換終了フラグの状
態）により行われる。ステップＳ２では前回の送受信処
理により受信したＡ／Ｄ変換値をメモリに記憶しステッ
プＳ３に移る。又、ステップＳ３では前回の送受信処理
により受信した変換端子データをメモリに記憶してステ
ップＳ４に移る。

【００２５】ステップＳ４では、前々回の送受信処理時
に指定したチャンネルデータと前回の送受信処理時に入
力した変換端子データを比較し、一致していればステッ
プＳ６に移り、一致していなければステップＳ５に移
る。即ち、変換終了信号系統、つまり変換終了信号出力
端子Ａ４と外部割込端子Ｂ４間の通信ラインである終了
割込ライン等の異常があれば、マイコン２側では、変換
終了信号の入力は無いが、指示したＡ／Ｄ変換値は入力
された状態となる。

【００２６】本実施例では、この状態を変換終了信号の
割込入力の有無及び指示したチャンネルデータと、これ
に対するＡ／Ｄ変換結果と共に入力される変換端子デー
タの一致（データの送信系統及びＡ／Ｄ変換器１が正常
であれば、同じセンサを示すデータであるので、これら
のデータは一致する）により判断している。そして、ス
テップＳ５では、変換終了信号系統の異常であることを
示す終了信号異常フラグをセットしてステップＳ６に移
る。

【００２７】このステップＳ１からステップＳ５の処理
により、変換終了信号系統の異常検出処理を行ってい
る。ステップＳ６では、Ａ／Ｄ変換のチャンネルを選択
してステップＳ７に移る。この選択はエンジン制御に必
要なデータを出力するセンサを指定するためのものであ
る。ステップＳ７ではステップＳ６で選択されたチャン
ネルを送信用メモリに記憶し、ステップＳ８に移る。ス
テップＳ８ではＡ／Ｄ変換器１に行わせる動作を指示す
るコマンドを選択し送信用メモリに記憶してステップＳ
９に移る。これらセンサのチャンネルの選択及びコマン
ドの選択は、予めメモリに記憶されたエンジン制御用の
プログラムに従って選択される。そして、ステップＳ９
で、これら選択されたチャンネルとコマンドをＡ／Ｄ変
換器１に送信し、Ａ／Ｄ変換器１にＡ／Ｄ変換等の動作
を行わせ、ステップＳ１０に移る。これらステップＳ６
からステップＳ９の処理により、Ａ／Ｄ変換器１に対す
るＡ／Ｄ変換動作等の指示処理を行っている。

【００２８】ステップＳ１０では、変換終了信号系統の
異常かどうかを判断し、変換終了信号系統の異常であれ
ばステップＳ１１に移り、異常で無ければステップＳ１
２に移る。この判断はステップＳ５でセットされる終了
信号異常フラグにより行われる。ステップＳ１１では、
現在の時刻から一定時間後にＡ／Ｄ変換器１のＡ／Ｄ変
換値を読み込む処理を行わせるタイマー一致割込動作を
起動し、ステップＳ１２に移る。つまり、一定時間後
（Ａ／Ｄ変換器１のＡ／Ｄ変換処理が確実に終了してい
ると考えられる時間後）にＡ／Ｄ変換器１のＡ／Ｄ変換
値を読み込むように割込処理が設定される。ステップＳ
１３では変換終了フラグをリセットして送受信処理を終
える。

【００２９】図６はＡ／Ｄ変換及び通信のタイミングを
示す図であり、次に変換終了信号系統の異常時における
本実施例のＡ／Ｄ変換装置の動作状態について説明す
る。尚、正常時におけるＡ／Ｄ変換装置の動作状態は図
８に示した状態と同様である。マイコン１は、センサの
出力信号データが必要な場合、先ず変換命令を示すコマ
ンドデータＤ１と対象センサを示すチャンネルデータＤ
２とを、Ａ／Ｄ変換器１に送信するため、送信レジスタ
に書き込む。そして、これらのデータをクロック信号に
同期させクロック信号と共に出力する（ｗ１）。

【００３０】Ａ／Ｄ変換器１は、入力されたクロック信
号に同期してコマンドデータＤ１と対象センサを示すチ
ャンネルデータＤ２を読み込んで解読し、指定されたセ
ンサの信号をＡ／Ｄ変換する。そして、Ａ／Ｄ変換が終
了すると、Ａ／Ｄ変換器１は、変換終了信号出力端子Ａ
４からマイコン２の外部割込端子Ｂ４にＡ／Ｄ変換が終
了した旨の変換終了信号を出力すると共に、マイコン２
にデータを送信するため、送信レジスタに変換結果を書
き込む（ｗ２）。

【００３１】ここで正常の場合、マイコン２は変換終了
信号の受信によりＡ／Ｄ変換値を読み込む処理を開始す
るが、変換終了信号系統の異常の場合には、この変換終
了信号が受信できないので、Ａ／Ｄ変換値を読み込む処
理を開始できない。しかし、本実施例の場合、マイコン
２が前回のデータ受信（ｗ１時にその前に指定したＡ／
Ｄ変換要求に対するＡ／Ｄ変換結果を入力している。）
の結果により変換終了信号系統の異常を検出しているの
で、マイコン２は、その時刻から所定時間経過後（ｗ３
〜ｗ４）にタイマー一致割込によりＡ／Ｄ変換値を取り
込む。

【００３２】以上詳細に説明したように、本実施例によ
れば、変換終了信号系統の異常の場合、マイコン２はＡ
／Ｄ変換器１からの変換終了信号によらず、自らの判断
によりＡ／Ｄ変換値を読み込み処理を行う。従って、本
実施例によれば、Ａ／Ｄ変換自体は正常に行われている
が、変換終了信号系統の異常の場合に、Ａ／Ｄ変換値を
用いた制御を行うことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上詳細に説明した様に本発明によれ
ば、Ａ／Ｄ変換自体が正常に行われている場合には、Ａ
／Ｄ変換値に影響のない部分に異常が発生しても、正常
なＡ／Ｄ変換値をできるだけ制御等に使用できるように
しているので、可能な限りＡ／Ｄ変換値を使用した適切
な制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジン制御システムの構成図

【図２】Ａ／Ｄ変換部の詳細を示すブロック図

【図３】信号の状態を示す状態図

【図４】送信データの形式を示す図

【図５】マイコン２の行う送受信処理を示すフローチャ
ート

【図６】Ａ／Ｄ変換及び通信のタイミングを示す図

【図７】ＳＰＩ通信によるＡ／Ｄ変換器のブロック図

【図８】Ａ／Ｄ変換及び通信のタイミングを示す図

【符号の説明】

１・・・・・・・Ａ／Ｄ変換器 ２・・・・・・・マイクロコンピュータ ３・・・・・・・入力インタフェイス ４・・・・・・・出力インタフェイス ５・・・・・・・エンジン制御装置

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アナログ信号をデジタル信号に変換する
   変換部と、前記変換部と通信ラインで接続され該変換部
   から出力されるデジタル変換された変換デジタル信号を
   取り込み処理する処理部とからなり、前記変換部は前記
   処理部からの変換要求信号により変換を行うとともに変
   換が終了後に変換終了信号を前記処理部に出力し、前記
   処理部は前記変換部からの前記変換終了信号を入力した
   後に前記変換部からの変換デジタル信号を取り込むアナ
   ログ／デジタル変換装置に於いて、 前記変換終了信号の終了信号伝達系の異常を検出する異
   常検出手段と、 前記異常検出手段により前記終了信号伝達系の異常が検
   出されたとき、前記処理部が変換要求信号を出力してか
   ら所定時間後に、前記変換部の変換デジタル信号を取り
   込む補助取り込み手段とを備えたことを特徴とするアナ
   ログ／デジタル変換装置。
2. 【請求項２】 前記異常検出手段は、前記変換要求信号
   と、該変換要求信号に対応する前記変換部からのデジタ
   ル値とを比較し、該比較結果により異常を判断する事を
   特徴とする請求項１記載のアナログ／デジタル変換装
   置。