JPS6315611B2 - - Google Patents

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JPS6315611B2
JPS6315611B2 JP2849482A JP2849482A JPS6315611B2 JP S6315611 B2 JPS6315611 B2 JP S6315611B2 JP 2849482 A JP2849482 A JP 2849482A JP 2849482 A JP2849482 A JP 2849482A JP S6315611 B2 JPS6315611 B2 JP S6315611B2
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JP
Japan
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signal
input
time
conversion circuit
output
Prior art date
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JP2849482A
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Japanese (ja)
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JPS58144945A (en
Inventor
Toshikazu Onda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/05Digital input using the sampling of an analogue quantity at regular intervals of time, input from a/d converter or output to d/a converter

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロコンピユータ(以下μCPUと
略称する)を用いたアナログ信号の入力装置に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an analog signal input device using a microcomputer (hereinafter abbreviated as μCPU).

近年μCPUの進歩により、各種計測制御機器に
μCPUを組み込み、データ処理等を行なわせる機
会が増大している。プロセス用の計測機器におい
て、各種プロセス量であるアナログ信号と計測機
器本体、及び複数個のアナログ信号の相互間は、
夫々信号絶縁されたものでなければならない。例
えば、下水処理場においてA,B2地点の汚泥濃
度を測定し、この2量の演算結果でポンプの
ON,OFFをさせるような計測制御機器では、
A,B2地点の接地電位が異なる場合が普通であ
る。このとき、各信号間の信号絶縁をとらなけれ
ば、夫々の計測値は信号のまわり込みによつて、
正確なものとはなり得ないし、誤動作の原因とな
る。また計測制御機器にμCPUを適用する場合
に、各種プロセスのアナログ信号をμCPUに取り
込むために、アナログ―デイジタル変換回路を必
要とする。このプロセスのアナログ信号を信号絶
縁をしながらデイジタル信号に変換する方法は、
以下の三通りの方法が考えられる。
In recent years, with the advancement of μCPUs, there are increasing opportunities to incorporate μCPUs into various measurement and control devices to perform data processing, etc. In process measurement equipment, the relationship between analog signals representing various process quantities, the measurement equipment itself, and multiple analog signals is as follows:
The signals must be isolated from each other. For example, in a sewage treatment plant, the sludge concentration at points A and B is measured, and the calculation results of these two amounts are used to control the pump.
For measurement control equipment that turns on and off,
It is common for the ground potentials at points A and B to be different. At this time, unless signal isolation is provided between each signal, each measured value will be affected by the wraparound of the signals.
It cannot be accurate and may cause malfunction. Furthermore, when applying the μCPU to measurement control equipment, an analog-to-digital conversion circuit is required to input analog signals from various processes into the μCPU. The method for converting analog signals into digital signals while providing signal isolation in this process is as follows:
The following three methods are possible.

アナログ信号絶縁回路+A/D変換回路 A/D変換回路+デイジタル信号絶縁器 V/F変換回路+デイジタル信号絶縁器+計
数回路 一般に広く用いられている方法はの方法であ
るが、の方法、の方法ともに、変換時間が高
速である反面、回路構成が複雑であるとともに、
高価である等の欠点がある。の方法は、小形、
低コストで回路構成が簡単であるが、入力信号に
比例した周波数出力を計数するために、一定のゲ
ート時間が必要となり、,の方法と同程度の
精度を出すには、変換時間が100〜1000倍かかる
欠点がある。そしてこのの方法を適用できる計
測機器は、プロセス量が急変しない、例えば、下
水道のプロセス等に限られている。
Analog signal isolation circuit + A/D conversion circuit A/D conversion circuit + digital signal isolator V/F conversion circuit + digital signal isolator + counting circuit Generally, the method widely used is the method . Both methods have fast conversion times, but have complex circuit configurations.
It has drawbacks such as being expensive. The method is small,
Although it is low cost and has a simple circuit configuration, a certain gate time is required to count the frequency output proportional to the input signal, and to achieve the same level of accuracy as the method of , the conversion time is 100 ~ There is a drawback that it costs 1000 times more. The measuring instruments to which this method can be applied are limited to those in which the process amount does not change suddenly, such as in sewerage processes.

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、そ
の目的とするところは、各種プロセスからのアナ
ログ信号を信号絶縁しながら、デイジタル信号に
変換するものにおいて、小形、安価で変換時間の
短いアナログ信号の入力装置を提供するものであ
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to convert analog signals from various processes into digital signals while insulating the signals. This provides an input device for the following.

以下、本発明を第1図、第2図に基づいて詳述
する。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on FIGS. 1 and 2.

第1図において1はプリアンプで、入力インピ
ーダンスを高くするものである。後述の電圧―周
波数変換回路(以下V/F変換回路と略称する)
2の積分器21の正相入力を−1Vにしたのは入
力電圧Vinがゼロのときに、時間tが無限大とな
つてインターバルタイマの測定が不能になるのを
防ぐためである。V/F変換回路2は積分器2
1、コンパレータ22、ワンシヨツト23、定電
流源24から構成される。このV/F変換回路2
は、コンパレータ22の入力Vcが0以下だとワ
ンシヨツト23を働かせ、出力0が″H″となると
ともに、スイツチSW1をONにする。このとき、
コンデンサC1が充電をはじめ、充電スピード
は、積分器21によつてdv/dt=(Ic−Vin/
R1)/C1で決定される。ワンシヨツト時間Tの
間だけコンデンサC1が充電を続け、時間T後に
出力0が″L″になり、スイツチSW1をOFFにす
る。このときコンパレータ入力Vcは、Vc=dv/
dt・T=(Ic−Vin/R1)T/C1である。スイツ
チSW1がOFFになるとコンデンサC1はdv/dt
=−Vin/R1C1の傾きで放電をはじめる。この
ままコンパレータ22の入力Vcが放電を続けて
ゼロになると、再びワンシヨツトが働いて出力0
が″H″となり、同時にスイツチSW1をONにす
る。このような動作をくり返し、出力0が″
H″,″L″をくり返す。放電に要する時間をtとす
れば、Tの間に充電される電荷とtの間に放電さ
れる電荷が等しいことから (Ic−Vin/R1)T/C1=Vin/R1C1・t Vin=IcT/C1・R1C1/T+t 従つて1/(T+t)=outであるから Vin∝out となり、入力電圧に比例した周波数出力が得られ
る。
In FIG. 1, 1 is a preamplifier that increases the input impedance. Voltage-frequency conversion circuit (hereinafter abbreviated as V/F conversion circuit) described below
The reason why the positive phase input of the second integrator 21 is set to -1V is to prevent the time t from becoming infinite and making the interval timer measurement impossible when the input voltage Vin is zero. V/F conversion circuit 2 is an integrator 2
1, a comparator 22, a one shot 23, and a constant current source 24. This V/F conversion circuit 2
When the input Vc of the comparator 22 is less than 0, the one shot 23 is operated, the output 0 becomes "H", and the switch SW1 is turned on. At this time,
The capacitor C1 starts charging, and the charging speed is determined by the integrator 21 as dv/dt=(Ic-Vin/
R1)/C1. The capacitor C1 continues to charge only during the one-shot time T, and after the time T, the output 0 becomes "L" and the switch SW1 is turned OFF. At this time, the comparator input Vc is Vc=dv/
dt·T=(Ic−Vin/R1)T/C1. When switch SW1 turns OFF, capacitor C1 becomes dv/dt.
Discharge begins with a slope of =-Vin/R1C1. If the input Vc of the comparator 22 continues to discharge and becomes zero, the one shot will work again and the output will be 0.
becomes “H” and at the same time switch SW1 is turned ON. Repeating this operation, the output 0 becomes ″
Repeat H" and "L". If the time required for discharging is t, the charge charged during T is equal to the charge discharged during t, so (Ic-Vin/R1)T/ C1=Vin/R1C1・t Vin=IcT/C1・R1C1/T+t Therefore, since 1/(T+t)=out, Vin∝out is obtained, and a frequency output proportional to the input voltage is obtained.

4はインターバルタイマで、V/F変換回路2
からの信号を信号絶縁器3を介して入力し、V/
F変換回路2から出力する″L″信号の時間を計測
してμCPU5に出力する。μCPU5はインターバ
ルタイマ4から入力した時間tを基に演算を施こ
して、アナログ入力値を求める。
4 is an interval timer, and V/F conversion circuit 2
input the signal from V/ through the signal isolator 3.
The time of the "L" signal output from the F conversion circuit 2 is measured and output to the μCPU 5. The μCPU 5 performs calculations based on the time t input from the interval timer 4 to obtain an analog input value.

第2図は、コンパレータ22に入力する電圧
Vcとワンシヨツト23からの出力0との関係を
示したグラフ図である。
Figure 2 shows the voltage input to the comparator 22.
3 is a graph diagram showing the relationship between Vc and the output 0 from the one shot 23. FIG.

以上のように構成されたものにおいて、次に動
作を説明する。
The operation of the device configured as described above will be explained next.

今、アナログ信号Vinがプリアンプ1に入力
し、増幅されて積分器21を介してコンパレータ
22にVcを出力する。コンパレータ22はVcが
第2図のイの時刻t0に示すように、ゼロ以下にな
ると、ワンシヨツト23に信号を出力してワンシ
ヨツト23が働き、第2図のロの時刻t0で示すよ
うに″H″信号を、信号絶縁器3を介してインター
バルタイマ4に出力するとともに、スイツチSW
1をONにする。ワンシヨツト23からの信号
は、時刻t0〜時刻t1までの時間Tだけ″H″信号出
力される。この時間Tの間に、コンデンサC1は
充電される。時刻t1になるとワンシヨツト23か
ら″L″信号が出力されるとともに、スイツチSW
1をOFFにする。スイツチSW1をOFFにするこ
とにより、時刻t1〜t2までの時間tだけコンデン
サC1の放電が行なわれる。コンデンサC1が放
電することによりVcが時刻t2に示すようになる
と、コンパレータ22は、ワンシヨツト23に信
号を出力してワンシヨツト23から″H″信号を出
力する。このようにV/F変換回路2で、″
H″,″L″信号を出力しているのを、信号絶縁器3
を介してインターバルタイマ4に入力し、この″
L″信号の時間を計測してμCPU5に出力する。
μCPUで Vin=RiIc・T/T+t ……(1) の演算を施こして、アナログ入力値を求める。
Now, the analog signal Vin is input to the preamplifier 1, amplified, and outputted to the comparator 22 as Vc via the integrator 21. The comparator 22 outputs a signal to the one shot 23 when Vc becomes less than zero, as shown at time t 0 in A in FIG. The ``H'' signal is output to the interval timer 4 via the signal isolator 3, and the switch SW
Turn on 1. The signal from the one shot 23 is output as an "H" signal for a time T from time t0 to time t1 . During this time T, capacitor C1 is charged. At time t 1 , the one shot 23 outputs the "L" signal, and the switch SW
Turn 1 off. By turning off the switch SW1, the capacitor C1 is discharged for a time t from time t1 to time t2 . When the capacitor C1 is discharged and Vc becomes as shown at time t2 , the comparator 22 outputs a signal to the one shot 23, and the one shot 23 outputs an "H" signal. In this way, in the V/F conversion circuit 2,
The signal isolator 3 outputs the H″ and “L” signals.
input to interval timer 4 via
Measure the time of the L″ signal and output it to μCPU5.
The μCPU calculates Vin=RiIc・T/T+t (1) to obtain the analog input value.

この時インターバルタイマ4の基準クロツクを
10MHz以上、出力0=10KHzとすると、tの測定
時の精度は10KHz/10MHz=1/1000となる。ま
た、プリメインアンプ1のゲインを2倍としたと
きは、μCPU5で、 V=1/2(K/T+t−1) ……(2) の式で求める。KはV/F変換回路2の定数で、
例えば、K=10V/10KHz=0.001(V/Hz)とな
る。
At this time, the reference clock of interval timer 4 is
If it is 10 MHz or more and the output is 0 = 10 KHz, the accuracy when measuring t is 10 KHz/10 MHz = 1/1000. Also, when the gain of the integrated amplifier 1 is doubled, the μCPU 5 calculates it using the following formula: V=1/2(K/T+t-1)...(2). K is a constant of V/F conversion circuit 2,
For example, K=10V/10KHz=0.001 (V/Hz).

この(2)式は、プリメインアンプ1の出力をV0
とすると V0=G・Vin ……(3) V0+1=K・0=K/T+t ……(4) となり、(3),(4)式より Vin=1/G(K/T+t−1) が得られる。
This equation (2) expresses the output of integrated amplifier 1 as V 0
Then, V 0 = G・Vin ...(3) V 0 +1=K・0 = K/T+t ...(4), and from equations (3) and (4), Vin=1/G(K/T+t- 1) is obtained.

以上のように本発明は、プロセスからアナログ
信号を入力するために、プリアンプ1、V/F変
換回路2、信号絶縁器3、インターバルタイマ4
を介してμCPU5に入力することにより、V/F
変換回路2からの出力は、周波数信号のみである
ので信号絶縁が容易であるとともに、従来、V/
F変換回路2からの信号を周波数カウンタで計数
するのに比べ極めて短時間で入力できる。例えば
10KHzの周波数出力を読み込むときに、1/1000の
分解能力が要求されるならば、従来の周波数カウ
ンタのゲート時間は、1/10KHz×1000=100msec
が必要であるが、本発明ではtを測定するタイマ
の精度により1/10KHz=100μsecで読み込むこと
ができ、変換速度は1000倍となる。また、回路構
成が簡単となるため、ハードウエア面で小形、低
価格を実現できる等優れた利点を有するものであ
る。
As described above, the present invention includes a preamplifier 1, a V/F conversion circuit 2, a signal isolator 3, and an interval timer 4 in order to input an analog signal from a process.
By inputting to μCPU5 via
Since the output from the conversion circuit 2 is only a frequency signal, signal isolation is easy, and conventionally, V/
The signal from the F conversion circuit 2 can be inputted in an extremely short time compared to counting the signal with a frequency counter. for example
If a resolution of 1/1000 is required when reading a 10KHz frequency output, the gate time of a conventional frequency counter is 1/10KHz x 1000 = 100msec.
However, in the present invention, due to the accuracy of the timer that measures t, it can be read in 1/10 KHz=100 μsec, and the conversion speed is 1000 times faster. Furthermore, since the circuit configuration is simple, it has excellent advantages such as being able to realize small size and low cost in terms of hardware.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示した構成図、第
2図は本発明を説明するためのグラフ図である。 1はプリアンプ、2はV/F変換回路、21は
積分器、22はコンパレータ、23はワンシヨツ
ト、24は定電流源、3は信号絶縁器、4はイン
ターバルタイマ、5はμCPU。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph diagram for explaining the present invention. 1 is a preamplifier, 2 is a V/F conversion circuit, 21 is an integrator, 22 is a comparator, 23 is a one shot, 24 is a constant current source, 3 is a signal isolator, 4 is an interval timer, and 5 is a μCPU.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 アナログ信号を電圧―周波数変換回路を用い
てマイクロコンピユータに入力するものに於て、
前記アナログ信号を積分する積分器と、この積分
器の出力状態に応じてワンシヨツトパルスを出力
するパルス発生部を有する電圧―周波数変換回路
に導入し、且つこの前記電圧―周波数変換回路か
らの信号を信号絶縁器を介して入力し、連続する
周波数信号のパルス間の時間を測定するインター
バルタイマと、このインターバルタイマの測定値
を入力し、この測定値を基に演算を施こすことに
よりアナログ入力値を求める前記マイクロコンピ
ユータとを備えたことを特徴とするアナログ信号
の入力装置。
1. When inputting analog signals to a microcomputer using a voltage-frequency conversion circuit,
The signal is introduced into a voltage-frequency conversion circuit having an integrator that integrates the analog signal, and a pulse generator that outputs a one-shot pulse according to the output state of the integrator, and the signal from the voltage-frequency conversion circuit. is input through a signal isolator, and an interval timer that measures the time between pulses of consecutive frequency signals is input. The measured value of this interval timer is input, and calculations are performed based on this measured value. An analog signal input device comprising: the microcomputer for calculating a value.
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