KR101291341B1 - Mcu 내부의 adc 포트를 이용한 아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

외부로부터 입력되는 아날로그 입력신호를 수신하고, 분해능을 향상시켜 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기의 변환기의 분해능 향상장치가 개시된다.
A/D변환기의 변환기의 분해능 향상장치는, 상기 아날로그 입력신호를 2등분하여 하위 부분의 신호를 출력하는 2등분부; 상기 아날로그 입력신호와 상기 2등분부에서 출력된 상기 하위 부분의 신호를 가산하여 출력하는 가산기; 상기 아날로그 입력신호를 제1 ADC 포트로 입력받고, 상기 2등분된 신호의 상위 부분신호를 제2 ADC 포트 및 입출력 포트로 입력받으며, 상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 있는 경우에는 상기 상위 부분 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 1을 부여하여 출력하고, 상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 없는 경우에는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 0을 부여하여 출력하는 MCU를 포함한다. 본 발명의 실시예에서는 고해상도를 유지하면서 고 분해능 A/D변환기를 사용함이 없이 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능(resolution)을 향상시킬 수 있다.

Description

MCU 내부의 ADC 포트를 이용한 아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 장치 및 방법{Resolution progress device of the Analog/Digital converter using ADC port of MCU and method thereof}

본 발명은 아날로그/디지털 변환기에 관한 것으로, 특히 MCU 내부의 ADC 포트를 이용한 아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는데 아날로그/디지털 변환기(이하, A/D변환기라 한다)를 사용한다.

그 적용 예를 보면, 산업용 기기의 구동방식은 모터를 사용한 서보기구가 일반적이다. 이러한 서보기구는 산업용 기기 전체가 통합된 동작을 하도록 프로그램 제어된다. 이를 위하여, 산업용 기기에는 상위제어기로부터 지령을 받아 서보기구를 구동하는 서보 드라이브(servo drive)가 구비된다.

서보 드라이브는 서보기구를 구동하기 위한 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서(microprocessor)와, 외부로부터 특히 상위제어기로부터 입력되는 아날로그(analog) 신호를 마이크로프로세서가 처리할 수 있도록 디지털(digital) 신호로 변환하는 A/D변환기를 포함한다.

도 1에 도시한 바와 같이, A/D변환기(1)는 외부로부터 입력되는 아날로그 신호, 일례로 상위제어기(미도시)로부터 속도지령이 입력되는 경우 자체 분해능(resolution)에 따라 속도지령의 전압을 디지털 신호로 변환한다. 일례로 분해능이 10비트(bit)인 A/D컨버터의 경우 입력된 속도지령의 전압을 2¹⁰등분하여 디지털 신호로 변환하고, 분해능이 12비트인 A/D컨버터의 경우 입력된 속도지령의 전압을 2¹²등분하여 디지털 신호로 변환한다. 따라서, A/D변환기의 분해능이 높을수록 마이크로프로세서(2)에 입력되는 상위제어기의 속도지령은 세분화되고, 그에 따라 마이크로프로세서(2)는 서보기구를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.

그러나 A/D변환기는 분해능이 높아짐에 따라 그 가격 또한 비싸진다. 그 결과, 산업용 기기의 반응 정도를 향상시키기 위해 고(高) 분해능의 A/D변환기를 사용하고자 할 경우 제조비용이 상승한다는 문제점이 있었다.

또한, 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 특정 범위만을 고(高) 분해능으로 읽어들이고 나머지 범위는 저(低) 분해능으로 읽어들여도 된다고 했을 때 A/D변환기는 반드시 고 분해능의 것을 사용해야만 한다. 그 결과, 특정 범위의 분해능만을 향상시키는데 있어서도 고 분해능의 A/D변환기를 사용함으로써 이를 사용하는 제품의 가격 상승 요인이 되었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 별도의 고 분해능 A/D변환기를 사용함이 없이 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능(resolution)을 보다 향상시킬 수 있도록 한 A/D변환기의 분해능 향상 장치가 국내등록 특허 제0678672호에 개시되어 있다.

이러한 종래기술은 도 2에 도시된 바와 같다.

그러나 도 2에 도시된 종래기술은 고 분해능 A/D변환기를 사용함이 없이 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능(resolution)을 보다 향상시킬 수 있도록 하였으나 순차적으로 읽어들이는 시간 지연이 일어나므로 해상도가 낮은 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로 고해상도를 유지하면서 고 분해능 A/D변환기를 사용함이 없이 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능(resolution)을 향상시킬 수 있도록 하는 MCU 내부의 ADC 포트를 이용한 아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 장치는,

외부로부터 입력되는 아날로그 입력신호를 수신하고, 분해능을 향상시켜 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기의 변환기의 분해능 향상장치로서,

상기 아날로그 입력신호를 2등분하여 하위 부분의 신호를 출력하는 2등분부;

상기 아날로그 입력신호와 상기 2등분부에서 출력된 상기 하위 부분의 신호를 가산하여 출력하는 가산기;

상기 아날로그 입력신호를 제1 ADC 포트로 입력받고, 상기 2등분된 신호의 상위 부분신호를 제2 ADC 포트 및 입출력 포트로 입력받으며, 상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 있는 경우에는 상기 상위 부분 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 1을 부여하여 출력하고, 상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 없는 경우에는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 0을 부여하여 출력하는 MCU를 포함한다.

상기 2등분부는 2개의 저항의 분할에 의해 상기 아날로그 입력신호를 2등분하는 것을 특징으로 한다.

상기 MCU는 추가비트에 1이 부여된 경우 상기 하위비트가 모두 1이고, 상기 추가비트가 0인 경우 상기 상위비트가 모두 0인 것을 특징으로 한다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 방법은,

외부로부터 입력되는 아날로그 입력신호를 수신하고, 분해능을 향상시켜 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기의 변환기의 분해능 향상방법으로서,

상기 아날로그 입력신호를 2등분하여 하위 부분의 신호를 출력하는 단계;

상기 아날로그 입력신호와 상기 하위 부분의 신호를 감산하여 출력하는 단계;

MCU가 상기 아날로그 입력신호를 제1 ADC 포트로 입력받고, 상기 2등분된 신호의 상위 부분신호를 제2 ADC 포트 및 입출력 포트로 입력받는 단계;

상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 있는 경우에는 상기 MCU가 상기 상위 부분 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 1을 부여하여 출력하는 단계;

상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 없는 경우에는 상기 MCU가 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 0을 부여하여 출력하는 단계를 포함한다.

상기 아날로그 입력신호를 2등분하여 하위 부분의 신호를 출력하는 단계는,

2개의 저항의 분할에 의해 상기 아날로그 입력신호를 2등분하는 것을 특징으로 한다.

상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 없는 경우에는 상기 MCU가 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 0을 부여하여 출력하는 단계후에,

상기 MCU는 추가비트에 1이 부여된 경우 상기 하위비트가 모두 1로하고, 상기 추가비트가 0인 경우 상기 상위비트가 모두 0으로 하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에서는, 고해상도를 유지하면서 고 분해능 A/D변환기를 사용함이 없이 외부로부터 입력되는 아날로그 신호의 분해능(resolution)을 향상시킬 수 있도록 하는 MCU 내부의 ADC 포트를 이용한 아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 아날로그 디지털 변환기의 분해능 향상 휴대용 단말기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 분해능 향상장치의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 분해능 향상 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 분해능 향상 방법의 개념을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 에 따른 아날로그 디지털 변환기의 분해능 향상장치의 구현예를 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 분해능 향상장치의 블록 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 장치는, 외부로부터 입력되는 아날로그 입력신호를 수신하고, 분해능을 향상시켜 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기의 변환기의 분해능 향상장치로서, 2등분부(110), 가산기(120), MCU(130)를 포함한다.

2등분부(110)는 아날로그 입력신호를 2등분하여 하위 부분의 신호를 출력한다. 이러한 2등분부(110)는 저항 등으로 구성이 가능하다.

가산기(120)는 아날로그 입력신호와 상기 2등분부에서 출력된 상기 하위 부분의 신호를 가산하여 출력한다. 가산기(120)는 비교기 등으로 구현이 가능하며, 실제로는 감산역할을 한다.

MCU(130)는 상기 아날로그 입력신호를 제1 ADC 포트(131)로 입력받고, 상기 2등분된 신호의 상위 부분신호를 제2 ADC 포트(132) 및 입출력 포트(133)로 입력받으며, 상기 입출력 포트(133)로 입력되는 신호가 있는 경우에는 상기 상위 부분 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 1을 부여하여 출력하고, 상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 없는 경우에는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 0을 부여하여 출력한다.

이러한 구성을 가진 아날로그 디지털 변환기의 분해능 향상 장치의 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 분해능 향상 방법을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 디지털 변환기의 분해능 향상 방법의 개념을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 외부로부터 아날로그 입력신호가 가산기의 플러스 단자로 입력되며, 동시에 상기 아날로그 입력신호는 2등분부(110)에서 2등분되어 하위 부분의 신호가 가산기(120)의 마이너스 단자로 입력된다.

그러면, 가산기(120)가 상기 아날로그 입력신호와 상기 하위 부분의 신호를 가산하는데 결과적으로는 아날로그 입력신호에서 상기 하위부분의 신호를 감산한 결과가 출력된다.

한편, MCU(130)의 제1 ADC 포트(131), 제2 ADC 포트(132) 및 입출력 포트(133)를 미리 도 4와 같이 설정한다(S410, S420).,

이후, MCU(130)가 상기 아날로그 입력신호를 제1 ADC 포트(131)로 입력받고, 상기 2등분된 신호의 상위 부분신호를 제2 ADC 포트(132) 및 입출력 포트(133)로 입력받고, 상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 있는지 판단한다(S430).

상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 있는 경우에는 상기 MCU(130)가 상기 상위 부분 신호를 디지털 신호로 변환하고(S440) 상위비트 위의 추가비트에 1을 부여하여(S450) 출력한다.

또한, 입출력 포트로 입력되는 신호가 없는 경우에는 상기 MCU(130)가 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고(S460) 상위비트 위의 추가비트에 0을 부여하여 출력한다(470).

그리고 나서, MCU(130)는 변환된 신호값을 13비트로 표시하게 된다.

이러한 내용을 도 5를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 2진수는 표현 비트수가 한 비트 늘어날 때 마다 2배의 크기를 갖는다. 12비트를 예로 들면 12비트로 표현 가능한 수는 4096개이며 한 비트 늘어난 13비트는 8192개 가 된다. 즉 입력크기를 반등분하여 위 부분에 신호가 없으면 그대로 변환하여 값을 취하되 13번째 비트를 0으로 하면 되고 위 부분에 신호가 있으면 아래 부분은 이미 그 값을 초과 하였으므로 12비트 열이 모두 1을 갖는 다는 것이므로 변환할 필요가 없다. 다만 위 부분은 변환하여 그 값을 취하되 12비트 모두 1인 값의 다음 값인 13번째 비트를 1로 set 하고 변환된 값을 12비트 열로 취하면 된다.

참고로 도 3의 블럭도를 실제로 회로도로 구현한 예를 도 6 및 도 7에 도시하였으며 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 6은 아날로그 디지털 변환기의 분해능 향상장치의 구현예를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 저항(R10, R11)에 의해 아날로그 입력신호(Svin)를 반등분하여 아래부분을 자른 신호가 감산기 U1의 출력이며(실제는 위부분 신호이다), U1의 출력은 Svin 신호의 위부분이 존재할때 플러스이고 존재하지 않으면 0이 된다.

U1의 출력이 U2의 입력으로 인가되어 그라운드와 비교되므로 U1이 플러스이면 U2의 출력도 플러스가 되어 PE1에는 하이가 입력된다.

MCU의 펌웨어는 이때 PC1에 연결된 신호를 ADC 변환한다.

한편, U1이 출력이 0이면 U2의 출력도 0이 되어 PE1에는 로우가 입력된다.

MCU의 펌웨어는 이때 PC0에 연결된 신호를 ADC 변환한다.

여기서, 입출력포트(PE1)의 신호입력이 존재하면 아날로그 입력신호의 위쪽 반이 존재하는 것이므로 제2 ADC 포트인 PC1의 ADC 변환결과 값의 최상위 비트에 한비트를 추가하여 1로 한다.

그리고 이 입출력포트(PE1)의 신호입력이 존재하지 않으면 아날로그 입력신호의 위쪽 반이 존재하지 않는 것이므로 제1 ADC 포트인 PC0의 ADC 변환결과 값의 최상위 비트에 한비트를 추가하여 0로 한다.

도 7은 에 따른 아날로그 디지털 변환기의 분해능 향상장치의 다른 구현예를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 저항(R10, R11)에 의해 아날로그 입력신호(Svin)를 반등분하여 아래부분을 자른 신호가 감산기 U1의 출력이며(실제는 위부분 신호이다), U1의 출력은 Svin 신호의 위부분이 존재할때 플러스이고 존재하지 않으면 0(Low)이 된다.

U1의 출력이 U2의 입력으로 인가되어 그라운드와 비교되므로 U1이 하이이면 U2의 출력도 플러스가 되어 Q1이 동작하고 릴레이가 동작하여 릴레이 4번신호가 3번으로 연결되어 ADC에 입력된다.

한편, U1이 출력이 0이면 U2의 출력도 0이므로 Q1은 동작하지 않고 릴레이도 동작하지 않으므로 릴레이의 5번신호가 3번으로 전달되어 ADC에 입력된다.

여기서, 입출력포트(PE1)의 신호입력이 존재하면 아날로그 입력신호의 위쪽 반이 존재하는 것이므로 제2 ADC 포트인 PC1의 ADC 변환결과 값의 최상위 비트에 한비트를 추가하여 1로 한다.

그리고 이 입출력포트(PE1)의 신호입력이 존재하지 않으면 아날로그 입력신호의 위쪽 반이 존재하지 않는 것이므로 제1 ADC 포트인 PC0의 ADC 변환결과 값의 최상위 비트에 한비트를 추가하여 0로 한다.

이러한 도 6 및 도 7에 예시된 회로는 다양하게 변형이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (6)

1. 외부로부터 입력되는 아날로그 입력신호를 수신하고, 분해능을 향상시켜 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기의 변환기의 분해능 향상장치로서,
   상기 아날로그 입력신호를 2등분하여 하위 부분의 신호를 출력하는 2등분부;
   상기 아날로그 입력신호와 상기 2등분부에서 출력된 상기 하위 부분의 신호를 가산하여 출력하는 가산기;
   상기 아날로그 입력신호를 제1 ADC 포트로 입력받고, 상기 2등분된 신호의 상위 부분신호를 제2 ADC 포트 및 입출력 포트로 입력받으며, 상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 있는 경우에는 상기 상위 부분 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 1을 부여하여 출력하고, 상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 없는 경우에는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 0을 부여하여 출력하는 MCU를 포함하고,
   상기 2등분부는 2개의 저항의 분할에 의해 상기 아날로그 입력신호를 2등분하는 것을 특징으로 하며,
   상기 MCU는 상기 추가비트에 1이 부여된 경우 하위비트가 모두 1이고, 상기 추가비트가 0인 경우 상기 상위비트가 모두 0인 것을 특징으로 하는 아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 외부로부터 입력되는 아날로그 입력신호를 수신하고, 분해능을 향상시켜 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환기의 변환기의 분해능 향상방법으로서,
   상기 아날로그 입력신호를 2등분하여 하위 부분의 신호를 출력하는 단계;
   상기 아날로그 입력신호와 상기 하위 부분의 신호를 감산하여 출력하는 단계;
   MCU가 상기 아날로그 입력신호를 제1 ADC 포트로 입력받고, 상기 2등분된 신호의 상위 부분신호를 제2 ADC 포트 및 입출력 포트로 입력받는 단계;
   상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 있는 경우에는 상기 MCU가 상기 상위 부분 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 1을 부여하여 출력하는 단계;
   상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 없는 경우에는 상기 MCU가 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 0을 부여하여 출력하는 단계를 포함하고,
   상기 아날로그 입력신호를 2등분하여 하위 부분의 신호를 출력하는 단계는,
   2개의 저항의 분할에 의해 상기 아날로그 입력신호를 2등분하는 것을 특징으로 하고,
   상기 입출력 포트로 입력되는 신호가 없는 경우에는 상기 MCU가 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 상위비트 위의 추가비트에 0을 부여하여 출력하는 단계후에,
   상기 MCU는 추가비트에 1이 부여된 경우 하위비트를 모두 1로하고, 상기 추가비트가 0인 경우 상기 상위비트를 모두 0으로 하는 단계를 더 포함하는 아날로그/디지털 변환기의 분해능 향상 방법.
   
5. 삭제
6. 삭제

Images