KR100339009B1 - 마이컴의 신호 분석 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부의 감지 신호를 정확히 분석하기 위한 마이컴의 신호 분석 장치 및 그 방법에 관한 것으로서,

시스템으로부터의 응답 신호에 대해서 그 신호를 사용자가 원하는 시간만큼 시간간격으로 구분 설정하고 복수 개의 타이머를 이용하여 각 시간간격을 정확히 고속 카운트함과 동시에 각 시간간격을 적당히 연산함으로써 초기 응답 신호에 대한 정보량을 정확히 검출할 수 있어 마이컴의 기능 향상과 아울러 시스템의 제어 및 에너지 효율이 우수한 시스템의 운전이 가능해질 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

마이컴의 신호 분석 장치 및 그 방법{An apparatus &the method of signal analysis for microcomputer}

본 발명은 외부의 감지 신호를 정확히 분석하기 위한 마이컴의 신호 분석 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 다수의 타이머를 이용하여 감지신호의 각 시간 간격을 정확히 측정해냄으로써 정밀한 신호 분석을 수행할 수 있는 마이컴의 신호 분석 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

우선, 마이컴은 마이크로컴퓨터(microcomputer)를 일컫는 것으로서 1개 또는 여러 개의 LSI로서 구성되어진 CPU 마이크로 프로세서를 중심으로 구성된 초소형 컴퓨터 시스템을 의미한다. 다음, 마이컴은 그 구조가 보통 CPU, 메모리(ROM, RAM), 입출력 인터페이스 회로(I/O부), 입출력장치, 보조기억장치와 제어회로 등으로 이루어져 있고, 그것들을 버스(BUS)라 불리는 자료라인과 제어 신호 라인으로 결선시켜 조립하게 된다.

일반적으로, 자연계의 모든 물체는 스텝(step) 입력에 따른 응답으로써 시스템을 해석할 수 있다. 예를 들면, 종을 칠 때 그 타종 시기에서의 주파수 변화를 보고 종의 이상 여부를 감지할 수 있게 된다.

이러한 원리는 가전제품을 포함한 많은 분야에서 응용되고 있는데, 특히 세탁기 내의 세탁물 무게를 측정할 경우에 일정 시간 모터를 회전시키다가 갑자기 전원을 오프(off)시키면 에너지가 스텝 입력이라고 생각되어 모터의 rpm(revolutions per minute, rpm)은 세탁물의 양에 따라 점점 감소하다가 정지하게 된다.

이때, 모터의 역기전력 발생은 도 1의 (가)와 같이 정상 상태에서의 입력전압과 초기에는 동일하다가 도 1의 (나)에 도시된 데로 시간이 지남에 따라 점차 감쇠 특성을 갖음을 알 수 있다.

상기와 같은 모터의 역기전력 신호를 이용하여 마이컴(1)에서는 세탁물의 양을 검지하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 비교기(2)를 사용하게 된다. 즉, 도 2의 (나)와 같은 감쇠 특성을 갖는 모터의 역기전력 신호가 비교기(2)에 입력되면 상기 비교기(2)에서는 일정 기준 레벨 전압(V_f) 이상에서만 도 1의 (다)와 같은 디지탈화된 펄스 신호를 생성하여 마이컴(1)에 전달하게 된다.

그 후, 상기 마이컴(1)에서는 비교기(2)에서 생성 출력되는 펄스 신호를 통해 펄스 숫자를 카운트하여 초기 모터의 역기전력 신호의 정보량을 검출할 수 있다. 예를 들면, 상기 마이컴(1)에서 카운트한 펄스 숫자가 적으면 모터의 역기전력이 급격히 감소됨을 의미하므로 세탁조 내의 세탁물이 많다고 판단할 수 있고, 그와 반대로 상기 카운트한 펄스 숫자가 많으면 모터의 역기전력이 천천히 감소됨을 의미하므로 세탁조 내의 세탁물이 적다고 판단할 수 있다.

이때, 도 2에서 미설명된 참조 부호 R1, R2는 각각 저항을 나타낸다.

상기와 같이, 마이컴(1)에서는 비교기(2)를 통해 검출된 펄스 신호의 펄스 개수에 따라 초기 신호의 정보량을 계산하게 되는데, 세탁기 외에 에어컨이나 냉장고의 압축기에서도 그 부하 상태를 검출할 수 있다.

즉, 압축기의 구동 모터를 정지시키게 되면 그 구동 모터에서 발생되는 역기전력 신호는 상기에서 설명한 세탁기 모터의 역기전력 신호(도 1의 (나))와 유사한 형태로 나타나게 된다. 따라서, 압축기의 구동 모터에서 발생되는 역기전력 신호를일정 기준 레벨 전압을 갖는 비교수단에 통과시킴으로써 현재 압축기 구동 모터의 부하 상태를 쉽게 검지할 수 있다.

그런데, 종래 경우에는 마이컴(1)에서 시스템의 응답을 단순히 비교수단을 통해 생성 출력되는 펄스 신호의 펄스 개수에 의해 판단함으로써 시스템의 현 상태나 부하 상태의 판정에 오류가 자주 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 시스템으로부터의 응답 신호에 대해서 그 신호를 사용자가 원하는 시간만큼 시간간격으로 구분 설정하고 복수 개의 타이머를 이용하여 각 시간간격을 정확히 카운트함과 동시에 각 시간간격을 적당히 연산함으로써 초기 응답 신호에 대한 정보량을 정확히 검출할 수 있는 마이컴의 신호 분석 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 마이컴의 신호 분석 장치에 의한 세탁기 모터의 동작 파형도,

도 2는 종래 기술에 따른 마이컴의 신호 분석장치가 도시된 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 마이컴의 신호 분석 장치의 구성이 도시된 블록도,

도 4는 도 3의 일부 구성요소인 시간간격 선택회로의 구성이 도시된 회로도,

도 5는 도 3을 통해 입출력되는 신호의 파형도,

도 6은 본 발명에 따른 마이컴의 신호 분석 방법이 도시된 순서도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 비교기 20 : 에지검출회로

30 : 시간간격선택회로 40 : 구간설정회로

51, 52, 53 : 제1 내지 제3 타이머 D-F/F : D-플립플롭

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 마이컴의 신호 분석 장치의 제1 특징에 따르면, 시스템으로부터 응답신호가 전달되면 이를 기준 레벨과 비교하여 그 비교결과가 상기 기준 레벨 이상인 신호에 대해 기준펄스 신호를 생성 출력하는 신호비교부와; 상기 신호비교부에서 기준펄스 신호를 전달받아 그 신호의 라이징 에지(rising edge) 또는 폴링 에지(falling edge)를 검출하여 에지 순간에 생성되는 에지펄스 신호를 연속적으로 생성 출력하는 신호검출부와; 상기 신호검출부의 에지펄스 신호를 클록으로 사용하여 그 클록 개수에 의해 하이 신호를 순차적으로 생성 출력하는 다수의 지연소자로 이루어진 시간간격 추출부와; 상기 시간간격 추출부의 하이 신호 범위 내에서 사용자가 원하는 시간만큼 선택적으로 카운트 구간을 구분 설정하여 하이 신호를 생성 출력하는 구간설정부와, 상기 구간설정부에서 설정된 카운트 구간별로 카운트하여 정밀한 시간으로 산출하고 정보량을 검출할 수 있도록 하는 카운트부를 포함한다.

한편, 본 발명에 의한 마이컴의 신호 분석 방법의 제2 특징에 따르면, 시스템이 초기 구동되어 응답신호가 전달되면 이를 기준 레벨과 비교하여 기준 레벨 이상인 신호에 대해 시스템이 측정 가능한 기준펄스 신호로 생성 출력하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 기준펄스 신호에 의해 클록펄스 신호를 생성하여 그 클록펄스 신호에 따른 시간간격을 추출하는 제2 과정과; 상기 제2 과정에서 추출된 시간간격을 사용자가 원하는 시간만큼 펄스구간을 구분 설정하여 각 설정된 펄스구간별로 카운트함으로써 초기 응답신호의 정밀한 신호를 산출하여 정보량을 검출하는 제3 과정을 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 제3 특징에 따르면, 상기 제3 과정에서 검출된 초기 응답신호의 정밀한 신호를 산출하여 검출된 정보량을 사용자에게 디스플레이하는 제4 과정을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 마이컴의 신호 분석 장치의 구성이 도시된 블록도이고, 도 4는 도 3의 일부 구성요소인 시간간격 선택회로의 구성이 도시된 회로도이며, 도 5는 도 3을 통해 입출력되는 신호 파형도이다. 또한, 도 6은 본 발명에 따른 마이컴의 신호 분석 방법이 도시된 순서도이다.

먼저, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 신호 분석 장치를 살펴보면, 시스템으로부터 감쇠 특성을 갖는 초기 응답신호(도 5의 (가))가 전달되면 이를 기준 레벨과 상호 비교하여 그 비교결과가 기준 레벨(Vf) 이상인 신호에 대해 기준펄스 신호(도 5의 (나))를 생성 출력하는 비교기(10)와; 상기 기준펄스 신호의 라이징 에지 및 폴링 에지를 모두 검출하여 각 에지 순간에만 펄스 신호를 발생시킴으로써 초기 응답신호의 라이징 구간 및 폴링 구간에서 연속적으로 에지 신호를 생성 출력하는 에지검출회로(20)와;

상기 에지 신호를 8개의 D-플립플롭(D-flipflop)(D-F/F)의 클록단(CLK)에 연결하여 클록 신호로 사용하면서 이 클록의 개수에 의해 상기 D-플립플롭의 출력 신호(D0∼D7)가 순차적으로 하이(high)가 되는 시간간격 선택회로(30)와; 상기 시간간격 선택회로(30)의 하이 신호 범위 이내에서 사용자가 원하는 시간구간만큼 펄스구간을 구분 설정하여 하이 신호를 생성 출력하는 구간설정회로(40)와; 상기 구간설정회로(40)에서 하이 신호를 전달받아 설정된 펄스구간을 고속으로 카운트하여 정밀한 시간을 각각 산출하는 제1 내지 제3 타이머(51, 52, 53)와; 을 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 제1 내지 제3 타이머(51, 52, 53)는 제1 펄스 구간(D0∼D2), 제2 펄스구간(D0∼D4), 제3 펄스구간(D0∼D6)을 각각 카운트하기 위한 것인데, 사용자의 요구에 따라 펄스구간을 더 세분화할 수도 있고 반대로 더 넓힐 수도 있기 때문에 그에 맞게 타이머도 1개에서 다수 개가 구비되게 된다.

또한, 상기 구간설정회로(40)는 마이컴의 소프트웨어에서 원하는 복수개의 구간을 마음대로 변경 가능토록 설계되어 있는데, 시스템의 특성상 어느 구간에서 데이터가 선형성이 좋은 정보를 가지고 있는지에 따라 프로그램으로 범위를 지정할 수 있도록 하드웨어를 준비한다면 훨씬 범용성을 갖게 된다.

그리고, 상기 시간간격 선택회로(30)는 도 4에 도시된 바와 같이 8개의 D-플립플롭으로 구성되어 있다. 그런데, 본 발명에서 상기 D-플립플롭이 8개로 이루어져 있지만 시스템의 규모에 따라 D-플립플롭은 다양한 개수로 구성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 마이컴의 신호 분석 장치의 동작은, 시스템으로 특정 입력신호가 입력되면 시스템계에서의 응답이 도 5의 (가)와 같이 나타나게 된다. 이렇게, 시간이 지남에 따라 점차 감쇠 특성을 갖는 초기 응답신호가 비교기(10)에 전달되게 되면 기준 레벨 이상인 신호에 대해서만 기준펄스 신호를 생성 출력함으로써 초기 응답신호를 디지털(digital)화시키게 된다.

그 후, 상기 비교기(10)를 통과한 기준펄스 신호가 에지검출회로(20)에 전달되게 되면, 상기 에지검출회로(20)에서는 기준펄스 신호의 라이징 에지 및 폴링 에지를 모두 검출하여 에지 수간에만 펄스를 발생시켜 에지신호를 생성하여 시간간격 선택회로(30)에 전달하게 된다.

그러면, 상기 시간간격 선택회로(30)에서는 에지검출회로(20)의 에지신호를 클록 신호로 사용하여 8개의 D-플립플롭의 클록단에 연결하게 된다. 이때, 상기 D-플립플롭의 출력 신호는 클록의 개수에 상응하는 개수만큼 순차적으로 하이 신호를출력하게 된다. 만약, 상기 클록의 개수가 4개라면 4개의 D-플립플롭이 순차적으로 하이 신호를 출력하게 되고, 클록의 개수가 8개라면 8개의 D-플립플롭이 순차적으로 하이 신호를 출력하게 된다.

상기 시간간격 선택회로(30)에서 생성 출력되는 하이 신호 범위 이내에서 구간설정회로(40)에서는 사용자가 원하는 시간만큼 펄스구간을 구분 설정하게 되는데, 본 발명에서는 제1 펄스구간(D0∼D2), 제2 펄스구간(D0∼D4), 제3 펄스구간(D0∼D6)으로 구분하였지만 시스템 특성상 어느 구간의 데이터가 선형성이 좋은 정보를 갖고 있는지에 따라 상기 펄스구간은 다양하게 이루어질 수 있다.

특히, 상기 구간설정회로(40)는 사용자가 원하는 시간대로 복수개의 구간을 마음대로 변경할 수 있도록 설계되어 있을 뿐만 아니라 선형성이 좋은 정보를 추출하기 위해 프로그램으로 펄스구간의 범위를 지정할 수 있도록 하드웨어를 구비할 수도 있다.

상기 구간설정회로(40)에서 설정된 펄스구간을 복수개의 타이머(51, 52, 53)에서 고속으로 카운트하게 되는데, 제1 타이머(51)는 제1 펄스구간, 제2 타이머(52)는 제2 펄스구간, 제3 타이머(53)는 제3 펄스구간을 각각 카운트하게 되고, 상기 제1 내지 제3 타이머(51, 52, 53)의 카운트 동작이 도 5의 (다), (라), (마)에 각각 도시되어 있다.

상기에서, 제1 내지 제3 타이머(51, 52, 53)를 통해 각 펄스구간의 카운트 동작이 완료되게 되면 각 타이머(51, 52, 53)에서 측정한 시간값(T1, T2, T3 ― 이때, 각 시간값은 결국 시간을 의미한다―)을 시스템에 대한 상수 α, β, γ로 각각 나누고, 각 나눈 값을 합산하여 초기 응답신호에 대한 정보량을 검출하게 된다. (즉, 초기 응답신호의 정보량＝T1／α＋ T2／β＋ T3／γ이다.)

따라서, 마이컴에서는 다양한 기능을 구비함과 아울러 외부의 초기 응답신호를 정확하게 고속으로 처리 가능해짐으로써 세탁기의 포량 감지라든지, 냉장고 또는 에어컨에서의 압축기 내의 압력 감지 등을 정밀하게 수행하여 시스템의 제어 및 에너지 효율이 좋은 시스템 운전을 보다 월등히 수행할 수 있게 된다.

다음, 도 6을 참조하여 마이컴에서 초기 응답신호의 파형을 유추해 보다 정밀한 감지를 수행할 수 있는 소프트웨어의 처리 일례로 마이컴의 신호 분석 방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 제1 단계에서는 시스템이 초기 구동되어 도 5의 (가)와 같은 응답신호가 전달되면 이를 비교기(10)에서 기준 레벨과 비교하여 그 비교 결과가 기준 레벨 이상인 신호에 대해서만 시스템이 처리 가능한 디지털화된 기준펄스 신호로 생성 출력하게 된다.(S1 참조)

그 후, 제2 단계에서는 에지검출회로(20)에서 상기 기준펄스 신호의 라이징 및 폴링 에지를 검출하여 각 에지 순간에 발생되는 에지신호를 시간간격 선택회로(30)에 생성 출력하게 된다.(S2 참조) 그러면, 제3 단계에서는 상기 시간간격 선택회로(30)에서 상기 제2 단계(S2)의 에지신호를 클록 신호로 사용하여 그 클록의 개수만큼 다수의 D-플립플롭이 순차적으로 하이 신호를 생성하여 구간설정회로(40)에 전달하게 된다.(S3 참조)

제4 단계에서는 상기 제3 단계(S3)에서 생성 출력되는 D-플립플롭의 하이 신호 범위 이내에서 사용자가 원하는 시간간격만큼 구간설정회로(40)에서 제1 내지 제3 펄스구간을 구분 설정하게 된다.(S4 참조) 그 다음에, 제5 단계에서는 상기 제4 단계(S4)에서 설정된 제1 내지 제3 펄스구간을 제1 내지 제3 타이머(51, 52, 53)로 고속 카운트하여 각 펄스구간에 대한 시간값(T1, T2, T3)을 산출하게 된다.(S5 참조)

이때, 제6 단계에서는 상기 제5 단계(S5)에서 각 타이머(51, 52, 53)가 도 5의 (다), (라), (마)와 같은 카운트 동작이 완료되었는지를 판단하게 되는데, 상기 제6 단계(S6)의 판단 결과가 '예'인 경우에 제7 단계에서는 상기 제5 단계(S5)의 시간값을 시스템에 대한 상수(α, β, γ)로 각각 나눈 후에 각 나눈 값을 합산하여 초기 응답신호에 대한 정보량을 검출하게 된다.(즉, 초기 응답신호의 정보량＝T1／α＋ T2／β＋ T3／γ이다.)(S6 및 S7 참조)

반면에, 상기 제6 단계(S6)의 판단 결과가 '아니오'인 경우에는 상기 제5 단계(S5)로 되돌아가 카운트 동작을 계속 수행하게 된다. 한편, 제8 단계에서는 상기 제7 단계(S7)에서 검출된 초기 응답신호의 정보량을 사용자에게 디스플레이하게 된다.(S8 참조)

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 마이컴의 신호 분석 장치 및 그 방법은 시스템으로부터의 응답 신호에 대해서 그 신호를 사용자가 원하는 시간만큼 시간간격으로 구분 설정하고 복수 개의 타이머를 이용하여 각 시간간격을 정확히 고속 카운트함과 동시에 각 시간간격을 적당히 연산함으로써 초기 응답 신호에 대한 정보량을 정확히 검출할 수 있어 마이컴의 기능 향상과 아울러 시스템의 제어 및 에너지 효율이 우수한 시스템의 운전이 가능해질 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 시스템으로부터 응답신호가 전달되면 이를 기준 레벨과 비교하여 그 비교결과가 상기 기준 레벨 이상인 신호에 대해 기준펄스 신호를 생성 출력하는 신호비교부와; 상기 신호비교부에서 기준펄스 신호를 전달받아 그 신호의 라이징 에지(rising edge) 또는 폴링 에지(falling edge)를 검출하여 에지 순간에 생성되는 에지펄스 신호를 연속적으로 생성 출력하는 신호검출부와; 상기 신호검출부의 에지펄스 신호를 클록으로 사용하여 그 클록 개수에 의해 하이 신호를 순차적으로 생성 출력하는 다수의 지연소자로 이루어진 시간간격 추출부와; 상기 시간간격 추출부의 하이 신호 범위 내에서 사용자가 원하는 시간만큼 선택적으로 카운트 구간을 구분 설정하여 하이 신호를 생성 출력하는 구간설정부와, 상기 구간설정부에서 설정된 카운트 구간별로 카운트하여 정밀한 시간으로 산출하고 정보량을 검출할 수 있도록 하는 카운트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이컴의 신호 분석 장치.
2. 시스템이 초기 구동되어 응답신호가 전달되면 이를 기준 레벨과 비교하여 기준 레벨 이상인 신호에 대해 시스템이 측정 가능한 기준펄스 신호로 생성 출력하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 기준펄스 신호에 의해 클록펄스 신호를 생성하여 그 클록펄스 신호에 따른 시간간격을 추출하는 제2 과정과; 상기 제2 과정에서 추출된 시간간격을 사용자가 원하는 시간만큼 펄스구간을 구분 설정하여 각 설정된 펄스구간별로 카운트함으로써 초기 응답신호의 정밀한 신호를 산출하여 정보량을 검출하는 제3 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이컴의 신호 분석 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제3 과정에서 검출된 초기 응답신호의 정밀한 신호를 산출하여 검출된 정보량을 사용자에게 디스플레이하는 제4 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이컴의 신호 분석 방법.