KR200171651Y1

KR200171651Y1 - A/d converter having bit extention

Info

Publication number: KR200171651Y1
Application number: KR2019950024232U
Authority: KR
Inventors: 이경호
Original assignee: 권태웅; 한국하니웰주식회사
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 2000-03-02
Also published as: KR970014891U

Abstract

본 고안은 마이크로제어기가 필요한 시스템에서 비트확장 기능을 갖는 아날로그/디지탈 변환장치에 관한 것으로, 종래의 마이크로제어기가 필요한 시스템에서 비트확장이 필요할 때는 상기 마이크로제어기 내부의 아날로그/디지탈 변환기능을 무시하고 외부에 별도로 아날로그/디지탈 변환장치를 설치해야 함으로써, 마이크로제어기의 사용 효율이 떨어지며 외부 아날로그/디지탈 변환부 구성에 따른 원가 상승 요인이 발생하는 문제점이 있었다.The present invention relates to an analog / digital converter having a bit extension function in a system that requires a microcontroller. When a bit extension is required in a system requiring a conventional microcontroller, the present invention ignores the analog / digital conversion function inside the microcontroller. By separately installing an analog / digital converter, there is a problem in that the use efficiency of the microcontroller decreases and a cost increase factor occurs due to the configuration of the external analog / digital converter.

본 고안은 이와같은 문제점을 해결하기 위하여 마이크로제어기 내부의 아날로그/디지탈 변환부의 2채널을 이용하고 외부에 디지탈/아날로그 변환기 1채널과 차압증폭기를 설치하여 별도의 아날로그/디지탈 변환부를 사용하지 않고도 비트 확장을 할 수 있게 하였다.In order to solve this problem, the present invention utilizes two channels of analog / digital converters inside the microcontroller and installs one channel of digital / analog converters and a differential pressure amplifier on the outside to expand the bits without using a separate analog / digital converter. Made it possible.

Description

Analog-to-digital converter with bit expansion

제 1 도는 종래의 아날로그/디지탈 변환 장치 블럭도.1 is a block diagram of a conventional analog / digital converter.

제 2 도는 본 고안의 비트확장 기능을 갖는 아날로그/디지탈 변환 장치블럭도.2 is a block diagram of an analog / digital converter having a bit extension function of the present invention.

제 3 도는 제 2 도 차압증폭부의 상세 회로도.3 is a detailed circuit diagram of a second pressure difference amplifier.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

210 : 마이크로제어기 216 : 다채널 8비트 아날로그/디지탈 변환부210: microcontroller 216: multi-channel 8-bit analog / digital converter

220 : 롬 230 : 램220: Romans 230: Ram

240 : 디지탈/아날로그 변환부 250 : 차압증폭부240: digital / analog converter 250: differential pressure amplifier

본 고안은 비트확장 기능을 갖는 아날로그/디지탈 (이하, A/D)변환 장치에 관한 것으로, 특히 8비트 A/D변환기가 내장된 마이크로제어기를 12비트 A/D변환기로 이용할 수 있도록 비트확장 기능을 갖는 A/D변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an analog / digital (hereinafter referred to as A / D) converter having a bit extension function, and in particular, a bit extension function so that a microcontroller with an 8-bit A / D converter can be used as a 12-bit A / D converter. An A / D conversion apparatus having a.

일반적으로 마이크로제어기가 필요한 시스템에서 비트 확장이 필요할 때는 시방으로 설계된 마이크로제어기 내부의 A/D변환 기능을 무시하고 외부에 별도의 A/D변환 장치를 추가해야 한다. 즉, 8비트 A/D변환기가 내장된 마이크로제어기에서 보다 분해능이 좋은 12비트 A/D변환이 요구될 때, 상기 마이크로제어기 내부의 8비트 A/D변환기의 기능을 무시하고 외부에 별도의 12비트 A/D변환기를 추가해야 한다.In general, when bit extension is required in a system that requires a microcontroller, the A / D conversion function inside the designed microcontroller should be ignored and a separate A / D conversion device should be added to the outside. That is, when a higher resolution 12-bit A / D conversion is required in a microcontroller with an 8-bit A / D converter, the external controller ignores the function of the 8-bit A / D converter inside the microcontroller. You need to add a bit A / D converter.

8비트 A/D변환기 내장형 마이크로제어기에 12비트 A/D변환기를 추가한 종래 장치에 대한 구성의 일 실시예는 제1도에 도시된 바와 같이, 롬(120)의 명려데이터를 처리하는 씨피유(111), 클럭을 발생하는 클럭발생부(112), 시간에 관계된 프로그램을 처리하는 카운트/타이머부(113), 다른 기기와의 데이타 전달을 담당하는 통신처리부(114), 통신이나 타이머 또는 외부에서 발생하는 인터럽트를 처리하는 인터럽트처리부(115) 및 아날로그 값을 디지탈 신호로 변환하는 다채널 8비트 A/D변환부(116)로 구성된 마이크로제어기(110)와, 상기 마이크로제어기(110)의 씨피유(111)에서 처리할 명령코드 등을 저장한 롬(120)과, 상기 씨피유(111)에서 처리된 데이터를 저장하는 램(130)과, 상기 씨피유(111)로 부터 명령신호를 받아 A/D변환 시작신호를 출력하는 A/D제어부(140)와, 상기 A/D제어부(140)의 A/D변환 시작신호에 의해 외부 아날로그 입력신호(Ain)를 디지탈 신호로 변환하는 12비트 A/D변환부(150)로 구성된 것으로, 이와 같이 구성된 종래 A/D변환장치의 작용을 설명한다.One embodiment of the configuration of a conventional apparatus in which a 12-bit A / D converter is added to an 8-bit A / D converter built-in microcontroller is illustrated in FIG. 1. 111, a clock generator 112 for generating a clock, a count / timer 113 for processing a program related to time, a communication processor 114 for data transfer with another device, a communication or timer, or externally A microcontroller 110 comprising an interrupt processor 115 for processing an interrupt generated and a multi-channel 8-bit A / D converter 116 for converting an analog value into a digital signal, and a CPI of the microcontroller 110. ROM 120 storing the command code to be processed in step 111, RAM 130 storing the data processed in the CPI 111, and A / D conversion by receiving a command signal from the CPI 111. An A / D controller 140 for outputting a start signal, and the A / D The 12-bit A / D converter 150 converts the external analog input signal Ain into a digital signal by the A / D conversion start signal of the fisherman 140. Explain the action.

마이크로제어기(111)는 롬(120)의 명령코드를 읽는다. 즉, A/D변환에 관련된 코드를 읽게되면 12비트 A/D변환부(150)를 초기화 하기 위한 명령신호를 A/D제어부(140)에 출력하고, 이에따라 그 A/D제어부(140)의 제어신호에 의해 12비트 A/D변환부(150)가 초기화되고, 이와같이 초기화가 완료되면 상기 마이크로제어기(110)는 A/D변환 시작명령을 A/D제어부(140)를 거쳐 12비트 A/D변환부(150)에 공급한다.The microcontroller 111 reads the command code of the ROM 120. That is, when a code related to A / D conversion is read, a command signal for initializing the 12-bit A / D conversion unit 150 is output to the A / D control unit 140, and accordingly the A / D control unit 140 The 12-bit A / D conversion unit 150 is initialized by a control signal. When the initialization is completed, the microcontroller 110 issues the 12-bit A / D conversion start command via the A / D control unit 140. Supply to the D conversion unit 150.

이에따라, 상기 12비트 A/D변환부(150)는 일정시간 동안 외부 아날로그 입력신호(Ain)를 디지탈 신호로 변환시키며, 그 A/D변환이 완료되면 마이크로제어기(110)의 인터럽트처리부(115)에 A/D변환 완료의 인터럽트를 요구한다.Accordingly, the 12-bit A / D converter 150 converts the external analog input signal Ain into a digital signal for a predetermined time, and when the A / D conversion is completed, the interrupt processor 115 of the microcontroller 110 is completed. Request an interrupt for A / D conversion completion.

또한, 상기 인터럽트처리부(115)는 씨피유(111)에 인터럽트 신호를 전송하고, 이때 씨피유(111)는 A/D제어부(140)에 하위 8비트를 읽을 신호를 공급하여 12비트 A/D변환부(150)의 디지탈 변환된 12비트중 8비트 데이타를 읽어 램(130)에 저장시킨 후, 다시 A/D제어부(140)에 상위 4비트를 읽을 신호를 출력하여 나머지 상위 4비트를 읽는다.In addition, the interrupt processing unit 115 transmits an interrupt signal to the CPI 111, and at this time, the CUI 111 supplies a signal to read the lower 8 bits to the A / D control unit 140 to convert the 12-bit A / D converter. After 8 bits of the digitally converted 12 bits of 150 are read and stored in the RAM 130, the A / D control unit 140 outputs a signal for reading the upper 4 bits and reads the remaining upper 4 bits.

이와같이 씨피유(111)에서 나중에 읽은 상위 4비트와 이전에 읽어 램(130)에 저장한 하위 8비트를 묶어서 12비트의 데이타로 처리한다.As such, the upper 4 bits read later from the CPI 111 and the lower 8 bits previously stored in the RAM 130 are bundled and processed into 12 bits of data.

이와같은 종래의 A/D변환기 내장형 마이크로제어기는 상기의 동작설명에서 언급한 바와 같이, 널리 사용되는 시방으로 설계되어 있는 연유로, 좀 더 나은 기능을 위해서는 상기 마이크로제어기에 내장되 내부의 기능, 즉 다채널 8비트 A/D변환부를 전혀 활용하지 못하고 외부에 별도의 A/D변환부를 설치해야 하며, 이에따라 마이크로제어기의 내부 로직을 사용하지 못하여 사용 효율이 떨어지며, 별도의 외부 A/D변환부 구성에 따라 그의 구성이 복잡해지고 원가상승의 요인이 되는 문제점이 있었다.Such a conventional A / D converter built-in microcontroller, as mentioned in the above operation description, because it is designed in the widely used specifications, for the better function of the internal function built in the microcontroller, that is, A multi-channel 8-bit A / D converter must not be used at all and a separate A / D converter must be installed externally.Therefore, the efficiency of use decreases because the internal logic of the microcontroller cannot be used. As a result, his composition was complicated and there was a problem that caused the cost increase.

본 고안은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 마이크로제어기 내부의 A/D변환부의 2채널을 이용하고 상기 A/D변환부의 제1채널에 따른 디지탈 신호를 디지탈/아날로그(이하, D/A) 변환기에 의해 아날로그 신호로 변환한 후 아날로그 입력신호와 차압증폭기를 통해 차압증폭하여 상기 A/D변환부의 제2채널에 입력하게 함으로써 마이크로제어기의 사용효율을 높이고, 제조원가를 절감하여, 부품공간을 줄일 수 있게 안출한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.In order to solve such a conventional problem, the present invention utilizes two channels of the A / D conversion unit inside the microcontroller and converts the digital signal according to the first channel of the A / D conversion unit into digital / analog (hereinafter, D / A). After converting the analog signal by the converter, the differential pressure amplified through the analog input signal and the differential pressure amplifier is input to the second channel of the A / D converter to increase the use efficiency of the microcontroller and reduce the manufacturing cost, thereby reducing the component space. In order to reduce the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings as follows.

제2도는 본 고안의 비트확장 기능을 갖는 A/D변환장치 블럭도로서, 이에 도시한 바와 같이 롬(220)의 명령데이타를 처리하는 씨피유(211), 클럭을 발생하는 클럭발생부(212), 시간에 관계된 프로그램을 처리하는 카운트/타이머부(213), 다른 기기와의 데이타 전달을 담당하는 통신처리부(214), 통신 이나 타이머 또는 외부에서 발생하는 인터럽트를 처리하는 인터럽트처리부(215) 및 외부 아날로그 입력신호(Ain)를 제1채널(CH1)에 입력받아 디지탈 신호로 변환함과 아울러 제2채널(CH2)에 입력되는 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 다채널 8비트 A/D변환부(216)로 구성된 마이크로제어기(210)와, 상기 마이크로제어기(210)의 씨피유(211)에서 처리할 명령코드 등을 저장한 롬(220)과, 상기 씨피유(211)에서 처리된 데이타를 저장하는 램(230)과 상기 마이크로제어기(210)의 다채널 8비트 A/D변환부(216)의 제1채널에 따른 디지탈 출력을 아날로그 신호(AO)로 변환하는 D/A변환부(240)와, 상기D/A변환부(240)에서 출력되는 아날로그 신호(AO)와 외부 아날로그 입력신호(Ain)를 비교한 후 증폭하여 상기 다채널 8비트 A/D변환부(216)의 제2채널(CH2)에 입력하는 차압증폭부(250)로 구성한다.2 is a block diagram of an A / D converter having a bit-expansion function according to the present invention. As shown in FIG. 2, a CSI 211 for processing command data of a ROM 220 and a clock generator 212 for generating a clock are shown in FIG. , A count / timer unit 213 for processing a time-related program, a communication processor 214 for data transfer with another device, an interrupt processor 215 for processing an interrupt generated by a communication or a timer, or an external device A multi-channel 8-bit A / D converter which receives the analog input signal Ain into the first channel CH1 and converts it into a digital signal, and converts the analog signal input into the second channel CH2 into a digital signal. A microcontroller 210 comprising a 216, a ROM 220 storing command codes to be processed by the CPI 211 of the microcontroller 210, and a RAM storing data processed by the CPI 211. 230 and the microcontroller 210 D / A converter 240 for converting the digital output according to the first channel of the multi-channel 8-bit A / D converter 216 into an analog signal (AO), and output from the D / A converter 240 After comparing the analog signal (AO) and the external analog input signal (Ain) to be amplified and input to the second channel (CH2) of the multi-channel 8-bit A / D converter 216 to the differential pressure amplifier 250 Configure.

제3도는 상기 차압증폭부(250)의 상세 회로도로서, 이에 도시한 바와같이 D/A변환부(240)에서 출력되는 아날로그 신호(AO)와 외부 아날로그 입력신호(Ain)를 입력받아 그 전압차를 증폭하는 전압증폭기(251)와, 기준전압원을 설치한 오프셋전압발생부(252)와, 상기 전압증폭기(251) 및 오프셋전압발생부(252)의 출력전압을 합성하여 다채널 8비트 A/D변환부(216)의 제2채널(CH2)에 입력시키는 가산기(253)로 구성한 것으로, 이와같이 구성한 본 고안의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.FIG. 3 is a detailed circuit diagram of the differential pressure amplifier 250. As shown in FIG. 3, an analog signal AO and an external analog input signal Ain output from the D / A converter 240 are inputted, and a voltage difference thereof is obtained. A multi-channel 8-bit A / A by combining a voltage amplifier 251 for amplifying a signal, an offset voltage generator 252 provided with a reference voltage source, and output voltages of the voltage amplifier 251 and the offset voltage generator 252. It is composed of an adder 253 to be input to the second channel (CH2) of the D conversion unit 216, the operation and effects of the present invention configured as described in detail as follows.

마이크로제어기(210)의 다채널 8비트 A/D변환부(216)는 그의 제1채널(CH1)을 통하여 입력된 외부 아날로그 입력신호(Ain)를 8비트 디지탈 신호로 변환한다. 그런데, 종래의 12비트 A/D변환기로 변환한 디지탈 값과 마이크로제어기(210)의 다채널 8비트 A/D변환부(216)에서 변환한 디지탈 값이 동일한 분해능을 갖기 위해서는 상기 8비트 디지탈 신호에 16을 곱하고 그 사이값에 대한 처리를 해야 하므로, 씨피유(211)는 상기 변환된 제1채널의 디지탈 신호에 16을 곱하여 상위 8비트에 대한 정보로 램(230)에 저장하는 한편, 사이값에 대한 처리를 하기 위하여 상기 변환된 제1채널의 디지탈 신호를 D/A변환부(240)로 보낸다.The multi-channel 8-bit A / D converter 216 of the microcontroller 210 converts the external analog input signal Ain input through its first channel CH1 into an 8-bit digital signal. However, in order for the digital value converted by the conventional 12-bit A / D converter and the digital value converted by the multi-channel 8-bit A / D converter 216 of the microcontroller 210 to have the same resolution, the 8-bit digital signal Multiplying by 16 and processing for the intervening values, CPI 211 multiplies the digital signal of the converted first channel by 16 to store in the RAM 230 with information about the upper 8 bits, while the intervalue The digital signal of the converted first channel is sent to the D / A converter 240 to process the digital signal.

이에따라 그 D/A변환부(240)는 그 입력된 디지탈 신호를 다시 아날로그 신호(AO)로 변환하여 차압증폭부(250)에 공급하며, 이때 차압증폭부(250)의 전압증폭기(251)는 상기 변환된 아날로그 신호(AO)와 외부 아날로그 입력신호(Ain)를 비교하여 그 차전압을 증폭한다.Accordingly, the D / A converter 240 converts the input digital signal back into an analog signal AO and supplies it to the differential pressure amplifier 250, where the voltage amplifier 251 of the differential pressure amplifier 250 is The difference voltage is amplified by comparing the converted analog signal AO and the external analog input signal Ain.

여기서, 원래의 외부 아날로그 입력신호(Ain)와 8비트 분해능으로 읽은 후에 변환된 아날로그 신호(AO)는 약간의 차이가 발생하게 되며, 이때 발생하는 1비트 오차, 즉 변환전의 아날로그 값이 변환후의 A/D변환기가 표현하는 전압의 바로 아래 또는 위의 값이 될때의 일반적인 A/D변환기의 오차로 인하여 상기 두 신호의 비교후의 전압은 +또는 -가 될 수 있기 때문에 -값을 처리하기 위하여 외부 아날로그 입력전압의 최대값의 1/2의 범위로 증폭한다.Here, a slight difference occurs between the original external analog input signal Ain and the converted analog signal AO after reading with 8-bit resolution, and the 1-bit error generated at this time, that is, the analog value before conversion is A after conversion. Because of the general A / D converter's error when the value is below or above the voltage represented by the / D converter, the voltage after comparison between the two signals can be + or-, so that the external analog Amplify to half of maximum value of input voltage.

따라서, 오프셋전압발생부(252)에서 최대입력범위의 1/2의 오프셋 전압을 발생한 후 가산기(253)에서 상기 전압증폭기(251)의 출력전압과 합성하게 되면, 그 가산기(253)의 출력전압은 0에서 부터 최대 입력범위내의 값이 된다.Accordingly, when the offset voltage generator 252 generates an offset voltage of 1/2 of the maximum input range and combines the output voltage of the voltage amplifier 251 in the adder 253, the output voltage of the adder 253 is generated. Is a value from 0 to the maximum input range.

이와같이 차압증폭부(250)에서 출력되는 전압은 다채널 8비트 A/D변환부(216)의 제2채널(CH2)에 입력되어 디지탈 값으로 변환되는데, 그 디지탈 변환된 값을 상기 차압증폭부(250)에서 증폭한 만큼의 값으로 다시 나누어 주면, 12비트 중에 하위 4비트에 대한 디지탈 정보를 얻을 수 있게 된다.As such, the voltage output from the differential pressure amplifier 250 is input to the second channel CH2 of the multi-channel 8-bit A / D converter 216 and converted into a digital value, and the digitally converted value is converted into the differential voltage amplifier. By dividing by the value amplified at 250, digital information about the lower 4 bits of the 12 bits can be obtained.

이와같이 구한 하위 4비트 정보를 상기에서 구해 램(230)에 저장한 상위 8비트에 상기 하위 4비트를 더하면 완전한 12비트 A/D변환 값이 된다.The lower 4 bits obtained as described above and the lower 4 bits added to the upper 8 bits stored in the RAM 230 become a complete 12-bit A / D conversion value.

그리고, 상기의 설명에서는 12비트의 A/D변환에 대하여 설명하였으나, 상기 다채널 8비트 A/D변환부(216)를 통해 변환된 디지탈 신호를 소프트웨어적인 조작에 의해 9∼15비트의 A/D변환으로의 변경이 가능해진다.In the above description, the 12-bit A / D conversion has been described. However, the digital signal converted by the multi-channel 8-bit A / D conversion unit 216 is 9 to 15 bits A / D by software operation. Changes to the D conversion can be made.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안은 D/A변환기, 차압증폭기와 마이크로제어기 내부의 8비트 A/D변환기를 사용하여 별도의 12비트 A/D변환기를 사용하지 않고도 12비트 A/D변환을 할 수 있게 하여 마이크로제어기의 사용효율을 높이며 가격면에서 상당히 유리하고 또한 부품공간도 줄일 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention uses an 8-bit A / D converter inside a D / A converter, a differential pressure amplifier, and a microcontroller to perform 12-bit A / D conversion without using a separate 12-bit A / D converter. This makes it possible to increase the efficiency of use of the microcontroller, to be considerably advantageous in terms of cost, and to reduce component space.

Claims

A microcontroller that receives an external analog input signal through a first channel of a multi-channel 8-bit analog / digital converter and converts the digital signal into a digital signal and processes the digital output according to the first channel of the microcontroller. A digital / analog converter, a differential pressure amplifier which receives the output signal of the digital / analog converter and the external analog input signal, amplifies the differential voltage, and inputs it to the second channel of the multichannel 8-bit analog / digital converter; Analog-to-digital converter having a bit extension function characterized in that.

The voltage differential amplifier of claim 1, wherein the differential pressure amplifier receives an output signal of the digital / analog converter and an external analog input signal and amplifies the differential voltage, an offset voltage generator for generating a reference voltage, and an output of the voltage amplifier. And an adder for synthesizing a voltage and a reference voltage of the offset voltage generator and inputting the input voltage to the second channel of the multi-channel 8-bit analog / digital converter.