DE2800645C3 - Schaltungsanordnung zum Erfassen und Umwandeln von Analogdaten in digitale Daten - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Erfassen und Umwandeln von Analogdaten in digitale DatenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erfassen und Umwandeln von Analogdaten in digitale
Daten, insbesondere für einen Digitalrechner mit
Mikroprozessor mit Analogaufnehmern, die eine von
dem Wert physikalischer Größen abhängige, veränderbare Spannung liefern, einem Analogmultiplexer, der
mit den Aufnehmern zum selektiven Anlegen von Signalen von deren Ausgängen an den Eingang eines
einen Teil eines Analogdigitalwandlers darstellt, welch
letzterer einen Zähler zur Umwandlung der genannten
so Maßstabe und vor allem seit dem Erscheinen von
Mikroprozessoren hat die Verarbeitung von Daten in Digitalform die Analogdatenverarbeitung verdrängt
Dafür gibt es einleuchtende Gründe: einerseits arbeiten die Digitaleinrichtungen richtig und genau, weil die
r> Quantisierung der Information auf die Komponenten
selbst zurückzuführende Abweichungen und Fehler ausschließt Andererseits ist die Digitaltechnik, die zu
sich häufig wiederholenden Schaltungen führt, sehr gut für die Zusammenfassung in großem Maßstabe geeig-
4i) net, das bedeutet aber, die Möglichkeit zur Herstellung
von Einrichtungen dieser Art zu niedrigen Preisen.
Diese Überlegenheit der digitalen Datenverarbeitung hat aber die Analogkomponenten nicht beseitigt. Alle
gegenständlichen Erscheinungen, die beim Ablauf eines
4-) technischen Vorgangs auftreten, sind nämlich im
wesentlichen kontinuierliche Erscheinungen. Die derartige Informationen aufnehmenden Meßfühler liefern
daher in den meisten Fällen kontinuierlich sich ändernde Spannungen, die zu ihrer digitalen Weiterverarbeitung
in in Binärgrößen umgewandelt werden müssen.
Das Problem der Analog/Digital-Umsetzung ist in unterschiedlicher Weise behandelt worden, und es gibt
als Datenerfassungssysteme bezeichnete Einrichtungen, die die Berücksichtigung eines Werts aus einer Anzahl
v> analoger Eingangsgrößen durch Stichprobennahme
während einer sehr kurzen Zeitspanne und Analog/Digital-Umsetzung erlauben. Derartige Einrichtungen sind
jedoch im allgemeinen sehr kostspielig und sind an Probleme angepaßt, die genaues und schnelles Arbeiten
μ erfordern.
Die durch die Mikroprozessoren gebotenen neuen Möglichkeiten, d. h. die Herstellung von komplizierten
Recheneinrichtungen zu günstigem Preise, machen, wenn sie zur Steuerung eines Verbrennungsmotors
hi eingesetzt werden, die beim Kraftfahrzeug auftretenden
Probleme der Luftverschmutzung und des Energieverbrauchs lösbar. Aber auch dort erweist sich als das
bislang am wenigsten vorteilhaft gelöste Problem die
28 OO 645
Umwandlung von Analogdaten in Digitaldaten. Bekannte Einrichtungen dieser Art sind aus mehreren Gründen
in der Praxis nicht eingesetzt worden. Einerseits sind die Herstellungskosten hoch, und die bei dtr Produktion
angewandten Methoden sind wenig geeignet die Kosten bei der Einrichtung einer Massenfertigung zu
senken. Außerdem sind die erwähnten Einrichtungen auf die Energieversorgung aus mehreren Energiequellen
abgestellt, während in einem Kraftfahrzeug nur eine
einzige Energiequelle zur Verfügung steht. Schließlich
sind sie darauf abgestellt, die analogen Eintrittsgrößen während einer sehr kurzen Zeit vor der Umwandlung
stichprobenartig zu entnehmen (vgl. »Toute l'EIectronique Dezember 1976, Seiten 61-65) was nicht als die
günstigste Lösung für die Meßwertaufnahme bei den schnell sich ändernden Größen angesehen werden kann,
die von den Meßwertgebern an einem Kraftfahrzeugmotor geliefert werden.
Aus dem Aufsatz »Radio, Fernsehen, E'.jktronik« 24
(1975X Heft 23, Seiten 749-750 ist ein Spannungs/Frequenzumsetzer
bekannt, der mit Eingangsspannungen beider Polarität arbeiten kann. Die bekannte Anordnung
verwendet einen Integrator, einen Komparator und eine Umsetzerlogik zur Digitalisierung der
Spannungssignale. Für die Bearbeitung von Signalen beider Polaritäten ist es erforderlich, einen zusätzlichen
Präzisionsgleichrichter zu verwenden.
Die DE-AS 12 38 068 beschreibt ein Verfahren zur Spannungs/Frequenzumsetzung unter Verwendung
eines Integrators für die umzusetzende Spannung und eines Amplitudenvergleichers der die Abgabe von
Ausgangsimpulsen und die Entladung des Integrators veranlaßt, sobald die integrierte Spannung einen
vorgegebenen Amplitudenwert erreicht, wobei die umzusetzende Spannung dem Integrator über einen
Umschalter zugeführt ist, der gesteuert von dem Amplitudenvergleicher eine Umpolung der dem Integrator
zugeführten Spannung bei bestimmten Amplitudenwerten durchführt Bei der bekannten Anordnung
wird kein Zähler verwendet auch wird der Umschalter von dem Amplitudenvergleicher gesteuert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Erfassung und Umsetzung
von analogen Daten in Digitaldaten aufzuzeigen, durch die auch differenzielle Daten von positiver und/oder
negativer Polarität verarbeitet werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst
Der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt daher ein Datenerfassungssystem zugrunde, das speziell so
aufgebaut ist daß es als Anpassungsschaltung zwischen den an einem Kraftfahrzeugmotor angebrachten Meßwertgebern
und einem Mikrorechner für die Motorpanunef.er dienen kann, die vom Typ der Auslösung eines
Einspritzvorgangs oder der elektronischen Zündung sind. Die Einrichtung weist daher wie alle Datenerfassungssysteme,
einen Analogmultiplexer, einen Analog/ Digital-Umsetzer und ein Mikroprozessor-Interface auf.
Andererseits werden alle Funktionen der Einrichtung dank seiner logischen Schaltausgänge unmittelbar durch
den Mikroprozessor gesteuert, und die aufgenommenen Informationen gehen in beiden Richtungen durch die
Datenleitung binär mit acht Stellen. Was die speziell für Kraftfahrzeugrechner vorgesehene Einrichtung auszeichnet
ist, daß sie Eingangssignale aufnehmen kann, die Polaritätsänderungen aufweisen können, d. h. daß
ihre Eingänge differentiell arbeiten und daß sie einen
ίο
Vorzeichendetektor und einen Analoggleichrichter aufweist die es erlauben, dem Umsetzersystem ein
Signal vorzulegen, das immer gleiches Vorzeichen hat und dessen Absolutwert bestimmt werden soll, wobei
das Vorzeichen von dem Vorzeichendetektor bestimmt wird. Ein weiteres Merkmal ist in der für den
Analog/Digital-Umsetzer gewählten Form zu sehen. Eine der bei einem Verbrennungsmotor zu messenden
Größen ist nämlich die Menge der Ansaugluft Nun ist dieser Parameter, wenn er einen Eigenwert hat viel
kennzeichnender, wenn man sein Integral während einer oder mehrerer Halbumdrehungen des Motors
berechnet; der gefundene Wert entspricht dann der im Zylinder im Augenblick der Verbrennung vorhandenen
Luftmenge, und diese Größe ist wesentlich für die Bestimmung des Kraftstoffanteils in dem Kraftstoff-Luft-Gemisch.
Wenn man wie bei der erfindungsgemäßen Einrichtung einen Spannungs/Frequenz-Umsetzer,
auf den ein Zähler folgt verwendet um die Analog/Digital-Umsetzung
herbeizuführen, kann man entweder den Absolutwert eines Signals bestimmen, indem man
während einer festliegenden, bekannten Zeitspanne zählt oder das Integral des Wertes zwischen zwei
Zeitpunkten bestimmen, indem man Anfang und Ende der Zählung durch diese beiden Zeitpunkte festlegt:
Mittel während einer feststehenden Zeitspanne oder Integral zwischen zwei Zeitpunkten, diese beiden
Betriebsweisen sind für die Bestimmung von Parametern an Kraftfahi zeugmotoren besser geeignet als die
Bestimmung von Stichprobenwerten. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung reicht eine einzige
Speisespannung zur Energieversorgung der Einrichtung aus, womit sie in bester Weise an die Gegebenheiten
beim Kraftfahrzeug angepaßt ist, in dem nur eine einzige Batterie vorgesehen ist Als letztes Merkmal der
erfindungsgemäßen Einrichtung ist die entsprechende elektronische Schaltung zu nennen, die leicht in
Festkörperausführung herzustellen ist und daher preiswert wird, wenn eine Massenfertigung dieser Einrichtungen
vorausgesetzt werden kann, wie es bei im Kraftfahrzeug verwendeten Vorrichtungen der Fall ist.
Weitere Merkmale ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung anhand der Zeichnungen, die folgendes darstellen:
F i g. 1 ein Blockschema einer Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 2 eine detaillierte Darstellung des Eingangsmultiplexers, des Umschalters, des Verstärkers und des
Vorzeichendetektors gemäß der Erfindung,
F i g. 3 eine detaillierte Darstellung des Spannungs/ Frequenz-Umsetzers nach der Erfindung,
F i g. 4 eine detaillierte Darstellung des Zählelements und des Datenleitungsanpassungsgeräts nach der
Erfindung.
In den verschiedenen Figuren werden gleiche Teile mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet.
F i g. 1 gibt das allgemeine Schema des Datenerfassungsmoduls wieder. Ein Differentialanalogmultiplexer
1 nimmt an seinen Eingängen E1 die Signale auf, die von
den am Motor oder am Fahrzeug angebrachten Analog-Meßwertgebern geliefert werden. Er besitzt
Adresseneingänge 2 und einen zweiadrigen Ausgang 3. Die.er Ausgang ist an einen Umschalter 4 gelegt, dessen
ebenfalls zweiadriger Ausgang einen Differentialverstärker 6 speist. An den Ausgang des Multiplexers I ist
ein Vergleicher 7 geschaltet, der als Vorzeichendetektor arbeitet.
Der Vorzeichendetektor 7 ist einerseits an den Kontrolleingang 8 eines Zählblocks 9 und andererseits
an den Steuereingang 10 des Umschalters 4 gelegt. Der Ausgang 11 des Differentialverstärkers 6 speist einen
Spannungs/Frequenz-Umsetzer 12, dessen Ausgang am ■-> Takteingang 85 des Zählblocks 9 liegt, der außerdem
noch einen Steuereingang 13 besitzt. In dem Spannungs/ Frequenz-Umsetzer 12 befindet sich eine Bezugsspannung, die außerdem über einen Ausgangsleiter 70 auch
an einen der Eingänge E, des Analogmultiplexers 1 w gelegt ist. Die zehn parallelen Ausgänge des Zählblocks
9 sind an die zehn Eingänge eines Anpassungsdatenleiters 14 gelegt, dessen acht Ausgangsleiter 5b bis Si an
eine Mikroprozessor-Datenleitung angeschlossen werden können. An dem Anpassungsdatenleiter 14 sind π
zwei Steuereingänge vorgesehen: der Eingang 15 erlaubt die Festlegung des Gewichts der ausgehenden
ausgewählten Binärziffern oder Bits, der Eingang 16 erlaubt die Gültigerklärung der Information auf der
Datenleitung.
Die einzelnen Elemente der Einrichtung sollen nachstehend in ihren Einzelheiten beschrieben werden.
F i g. 2 gibt den Aufbau der aus dem Differentialmultiplexer 1, dem Differentialverstärker 6, dem Umschalter
4 und dem Vergleicher 7 bestehenden Schaltungsgruppe im einzelnen wieder. Die in F i g. 1 definierten Blöcke
sind in F i g. 2 gestrichelt umrahmt und mit der gleichen Bezugszahl wie in F i g. 1 gekennzeichnet Der Analogmultiplexer 1, der in der vorliegenden Ausführungsform
vier Differentialeingänge aufweist, besteht aus acht jo
Analogschaltern 17 bis 24, die mit jeweils einem der Eingänge £Ί bis E* verbunden sind.
Die Ausgänge der Schalter 17, 19, 21 und 23 sind an
den Ausgang 25 des Multiplexers geführt, die Ausgänge der Schalter 18, 20, 22 und 24 an den Ausgang 26. r>
Andererseits werden diese Schalter paarweise durch die Ausgänge eines Dekoders 27 versorgt, der die an seinen
Eingängen 28 und 29 vorhandenen, als Adressen bezeichneten Signale dekodiert Die Arbeitsweise eines
derartigen Multiplexers ist dem Fachmann an sich bekannt: je nach dem an den Eingängen 28 und 20
vorliegenden Code wird jeweils einer der Ausgänge des Dekoders 27 aktiviert, und entsprechend ist der
Ausgang 25 des Multiplexers an einen Leiter eines der Eingänge £ angeschlossen, während der Ausgang 26 an
dem anderen Leiter liegt Die vier an den Eingängen 28 und 29 möglichen binären Kombinationen erlauben die
Abtastung der vier Eingänge E Multiplexer dieser Art liegen als integrierte Schaltelemente in unterschiedlicher Form vor, beispielsweise als Schaltkreis CD 4052 r>
<> der Firma RCA.
Der mit den Ausgängen 25 und 26 des Multiplexers I
verbundene Vergleicher 7 erzeugt an seinem Ausgang 30 ein Signal, das gleich »L« ist, wenn das an seinen
Eingängen anliegende Signal positiv ist, im entgegengesetzten Fall entsteht ein Signal »0«. Der Ausgang 30 des
Vergleichers 7 speist den Umschalter 4, der zwei mit den Ausgängen 25 und 26 des Multiplexers I verbundene
Eingänge und zwei Ausgänge 31 und 32 aufweist Jeder der Eingänge ist an zwei Analogschalter 33 und 34 w)
einerseits bzw. 35 und 36 andererseits angeschlossen. Die Ausgänge der beiden Schalter 33 und 35 sind
miteinander verbunden und bilden den Ausgang 31 des Umschalters und die Ausgänge der Schalter 34 und 36
bilden den Ausgang 32 des gleichen Umschalters. ts
Die Schalter werden von einem Dekoder 37 gesteuert, der so aufgebaut ist, daß, wenn sein Eingang
38 »L« zeigt, die Schalter sich in einer Position befinden.
durch die einerseits der Ausgang 25 des Multiplexers I
mit dem Ausgang 31 des Umschalters 4 und andererseits der Ausgang 26 des genannten Multiplexers mit dem
Ausgang 32 des Umschalters verbunden ist Wenn der Eingang des Dekoders 37 »0« ist, tritt der entgegengesetzte Fall ein, nämlich der Ausgang 25 geht nach 32 und
der Ausgang 26 nach 31. Da das Steuersignal des Dekoders 37 in Wirklichkeit das Vorzeichen des Signals
am Ausgang des Multiplexers 1 ist, ergibt sich daraus, daß das Signal am Ausgang des Umschalters immer die
gleiche Polarität hat. Die aus den Elementen des Umschalters 4 bestehende Bauteilgruppe liegt als
Festkörperschaltung vor, beispielsweise in Form des Schaltkreises CD 4053 von RCA.'
Der Ausgang 31 des Umschalters 4 ist über den Widerstand 39 mit dem invertierten Eingang eines
Verstärkers 40 verbunden, der seinerseits mit dem Ausgang des genannten Verstärkers über einen
Widerstand 41 verbunden ist Der Ausgang 32 des Umschalters 4 ist mit dem nicht-invertierten Eingang
des Verstärkers 40 über einen Widerstand 42 verbunden, der seinerseits über einen Widerstand 43 an einer
abgegriffenen Spannung UrCf liegt, bei der es sich um
eine Bezugsspannung handelt
Fig.3 zeigt den Spannungs/Frequenz-Umsetzer 12
aus F i g. 1 im einzelnen. Die von dem Differentialverstärker 6 nach F i g. 2 ausgehende Eingangsspannung
wird einem Analogschalter 44 einerseits und dem invertierten Eingang eines Verstärkers 45 über einen
Widerstand 46 zugeleitet. Der nicht-invertierte Eingang dieses Verstärkers 45 liegt an der Spannung LZn* und
sein Ausgang liegt über einen Widerstand 47 einerseits an dem invertierten Eingang des gleichen Verstärkers
45 und andererseits an einem zweiten Analogschalter 48. Die Ausgänge der beiden Schalter 48 und 44 sind
gemeinsam über einen Widerstand 49 an den invertierten Eingang eines Verstärkers 50 geführt, der als
Integrationselement in einer Verzweigung zu einem zwischen seinem Ausgang 52 und seinem invertierten
Eingang angeordneten Kondensator 51 liegt Der nicht-invertierte Eingang des gleichen Verstärkers liegt
an der Bezugsspannung Urer. Der Ausgang 52 ist an die
Eingänge von zwei Spannungsvergleichern angeschlossen: einerseits an den invertierten Eingang eines
Vergleichers 53 und andererseits an den nicht-invertierten Eingang eines Vergleichers 54. Eine zwischen Masse
und der Bezugsspannung UrCf geschaltete Brücke aus
drei Widerständen 55, 56, 57 definiert zwei Punkte unterschiedlichen Potentials: 58 zwischen den Widerständen 55 und 56 mit dem Betrag U&/3 und 59
zwischen den Widerständen 56 und 57 mit dem Betrag 2UrCfI^. Der Punkt 58 ist mit dem nicht-invertierten
Eingang des Vergleichers 53 verbunden und der Punkt 59 mit dem invertierten Eingang des Vergleichers 54.
Der Ausgang dieses Vergleichers 54 liegt an dem Eingang 60 (»in den Zustand L schalten«) einer
Kippschaltung 61, während der Ausgang des Vergleichers 53 mit dem Nullstelleingang 62 der genannten
Kippschaltung 61 verbunden ist Die beiden Ausgänge Q, 63 bzw. Q, 64 sind mit den Steuereingängen der
beiden Schalter 44 bzw. 48 verbunden. Der Ausgang Q 63 dient außerdem als Ausgang 85 des Umsetzers selbst.
Schließlich wird in einer besonderen Schaltung die Bezugsspannung U^ erzeugt: ein von der allgemeinen
Speisespannung V1J versorgter Stromerzeuger 65 liefert
Strom an eine Bezugs-Zenerdiode 66. Diese ist über einen Widerstand 67 mit dem nicht-invertierten Fingang
eines nachgeschalteten (franz.: monte en suivenr)
Verstärkers 68, d. h. eines Verstärkers, dessen Ausgang
an seinen invertierten Hingang geführt ist, verbunden. Der genannte Ausgang 69 stellt den auf ίΛ.νbefindlichen
Punkt dar, der für den Ausgang 70 für die restliche Datenerfassungseinrichtung, insbesondere den Differentialverstärker
6, zugänglich ist.
Dieser Spannungs/Frequenz-Umseizer arbeitet folgendermaßen:
Im Ruhezustand befindet die Kippschaltung 61 sich im logischen Zustand L, das bedeutet, daß
der Schalter 44 geöffnet und der Schaller 48 geschlossen ist. Die Eingangsspannung gelangt also an die
Integrationsschaltung 50, deren Spannung abnimmt; wenn sie den Wert Urci/3, die Sollspannung des
Vergleichers 53, erreicht, schallet dieser um und stellt die Kippschaltung 61 auf Null zurück, wobei die Stellung
der Schalter 44 und 48 umgekehrt wird. Aus diesem Grunde ist nun das an den Eingang der lnlegrationsschaltung
50 gelegte Signal dem vorhergehenden Signal entgegengesetzt, wegen des Vorhandenseins der aus
dem Verstärker 45 und den Widerständen 46 und 47 gebildeten Spannungsumkehrschaltung. Der Ladestrom
für den Kondensator 51 kehrt sich daher um, und die Spannung an 52 nimmt zu, bis sie den Wert 2Urcr/3
erreicht, d. h. die Sollspannung des Vergleichers 54. Dieser schaltet nun um und bringt die Kippschaltung 61
in den Zustand »L«. Dann kann der vollständige Zyklus von neuem beginnen. Das Signal am Ausgang Q S3 der
Kippschaltung 61 stellt daher ein Rechtecksignal dar, dessen Periode gleich der doppelten Ladezeit des
Kondensators 51 der Größe C51 zwischen den beiden
Spannungen Urcil3 und 2ίΛ,./73 ist, welche Zeit sich
schreiben läßt als
_
7-2
worin Ue gleich dem Betrage der Eingangsspannung und
R49 gleich der Größe des Widerstands 49 ist. Die
Ausgangsfrequenz F von der Größe MT ist somit proportional der Eingangsspannung Uc. Das Rechtecksignal
von der Frequenz F dient als Taktsignal für den Funktionsablauf der Datenerfassungseinrichtung.
Die Arbeitsweise des Bezugsspannungserzeugers ergibt sich für den Fachmann ohne weiteres aus der
Beschreibung. Alle für den Umsetzer verwendeten Bauelemente sind als integrierte Schaltkreise verfügbar.
Fig.4 zeigt die Einzelheiten des Aufbaus des Zählelements 9 und der Anpassungsdatenleitung 14 aus
Fig. 1. Die Ausgänge G, bis Ce eines Vorwärts-Rückwäris-Zählers
65, der bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel 10 Binärstellen besitzt, sind mit den
zugeordneten Eingängen eines Speichers 66 verbunden. Dieser Speicher besitzt zehn mit Mi bis M9 bezeichnete
Ausgänge. Ein Multiplexer 67 besteht aus zwei Multiplexelementen, die jeweils zwei UND-Gatter 68
ucd 69 einerseits und 70 und 71 andererseits enthalten, deren Ausgänge an ein ODER-Gatter 72 einerseits und
73 andererseits geführt sind. Der Steuereingang 74 oder 15 dieses Multiplexers speist unmittelbar eines der
UND-Gatter 71 oder 69 und über einen Umschalter 75 das andere UND-Gatter 70 oder 68. Andererseits sind
an den jeweils anderen Eingang dieser Gatter die Ausgänge des Speichers geführt: Λ/β an 68, M) an 69, Mb
an 70, M\ an 71. Eine Serie von acht »Dreizustands«- Adaptern 76 bis 83 nimmt die Ausgangssignale der
beiden ODER-Gatter 72 und 73 in den Adaptern 76 und 77 und die von dem Speicher von M2 bis M7
ausgehenden, nicht durch den Multiplexer 67 laufenden Signale in den Adaptern 78 bis 83 auf.
Alle Gülligkeitseingänge der »Dreizustands«-Gatter
76 bis 83 sind mit dem Gültigkeitseingang 84 oder 16 des Ausgangssignals verbunden. Die Ausgangsanschlüsse
der genannten Dreizustands-Gatter 76 bis 83 bilden die
r> BUS-Ausgänge der Einrichtung S0 bis 5?.
Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler weist einen Takteingang 85 auf, der in der Einrichtung mit dem Ausgang
Q 63 oder 85 des Spannungs/Frequenz-Umsetzers 12 verbunden ist, einen Vorwärts-Rückwärlszählungs-Steuereingang
86 oder 8, der mit dem Ausgang des Vergleichers 7 verbunden ist, und einen Takt-Gülligkeitseingang
87, der einerseits mit dem Steuereingang der Zähleinrichtung (Bezugszahl 13 in Fig. 1) und
andererseits mit dem Eingang einer monostabilen
Γι Kippschaltung 88 verbunden ist. Diese Schaltung, die
einen kurzzeitigen Impuls beim Erscheinen einer Abstiegsflanke an ihrem Eingang abgibt, versorgt mit
ihrem nicht-invertierten Ausgang 89 den Speichereingang des Speichers 66 und mit ihrem invertierten
-'ti Ausgang 90 den auf die Anstiegsflanke ansprechenden
Eingang einer zweiten monostabilen Kippschaltung 91.
Diese steht durch ihren invertierten Ausgang 92 mit dem Nullstelleingang des Zählers 65 in Verbindung.
Der Zähler arbeitet folgendermaßen: wenn der
:?"> Kontrolleingang 13 (F i g. 1) den Zustand »L« hat, zählt
der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 65 die an 85 vorliegenden Impulse je nach der Polarität des an seinem Eingang
86 vorliegenden Signals vorwärts oder rückwärts. An der Abstiegsflanke des Signals des Eingangs 13 wird die
ι» Zählung unterbrochen, und der von der monostabilen
Kippschaltung 88 erzeugte Impuls hat zwei Wirkungen: einerseits wird über den Ausgang 89 das Zählergebnis in
den Speicher 66 übertragen und andererseits wird die monostabile Schaltung 91 ausgelöst, die mittels ihres
r. Ausgangs 92 die Rückstellung des Zählers 65 auf Null
herbeiführt, der damit für den Beginn eines weiteren Zyklus vorbereitet ist. Die »Dreizustandstt-Ausgangselemente
76 bis 83, verbinden, wenn sie durch den Eingang 84 aktiviert sind, den Ausgang des Speichers
au 66 mit dem Datenleiter des Mikroprozessors.
Mit dem Eingang 74 kann für die beiden Binärziffern Su und S\ gewählt werden zwischen den beiden
Binärziffern M0 und M1 mit niedrigem Stellengewicht
des Speicherausgangs und den beiden hohen Stellenge-
4, wichten M8 und M9 des gleichen Worts.
Nach dieser detaillierten Beschreibung aller Elemente, aus denen die Einrichtung sich zusammensetzt, kann
man die Arbeitsweise der Gesamtanordnung untersuchen und dabei auf die Schemadarstellung in F i g. 1
in zurückgreifen. Der Mikroprozessor gibt entsprechend
seiner Programmierung auf die Eingänge 2 des
Multiplexers 1 ein dem gewählten Eingang £", entsprechendes
Signal, das dann an die Eingänge des Umschalters 4 und des Vorzeichendetektors 7 weiterge leitet wird. Wegen des genannten Umschalters und des
Differentialverstärkers 6 ist das an den Eingang des Spannungs/Frequenz-Umsetzers 12 gelangende Signal
gleich dem Absolutwert des gewählten Eingangssignals. Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 9 zählt, wenn er dazu
Wi von seinem mit dem Mikroprozessor verbundenen
Eingang 13 den Befehl erhält, je nach dem Vorzeichen des Signals an dem Ausgang des Vorzeichendetektors 7
die dem Absolutwert des Eingangssignals proportionale Frequenz. Das Signal am Punkte 13 hat eine Länge, die
b5 von der Art der Messung abhängt und die von dem
Mikroprozessor bestimmt wird. Sobald dieser den Befehl zur Beendigung der Zählung gibt bewirken die
monostabilen Kippschaltungen 88 und 91 aus F i g. 4 das
Einlesen des Resultats in den Speicher einerseits und die Rückstellung des Zählers 65 auf Null andererseits. Das
Anpassungselement 14 für den Mikroprozessor ermöglicht die Umwandlung des Resultats (im vorliegenden
Beispiel zehn Binärziffern) in mehrere Worte mit acht Binärziffern, die nacheinander von dem Mikroprozessor
gelesen werden, der einerseits die Adresse bestimmt (Eingang 15) und das Stellengewicht des Worts am
Ausgang auf die Datenleitung bestimmt, die normalerweise im Zustand hoher Impedanz ist.
Wenn der Bezugsgenerator, der eine Spannung an
IO
den Ausgang 70 des Spannungs/Frequenz-Umsetzers (F i g. 3) gibt, mit einem der Analogeingänge E1 des
Multiplexers 1 (Fi g. 1) verbunden ist, kann man mit der Einrichtung den Wert dieser bekannten Spannung
·> bestimmen lassen und auf diese Weise die Verstärkung der Einrichtung bestimmen, um die erforderlichen
Korrekturen anzubringen und auf diese Weise alle Fehler zu beseitigen, die auf Analogspannungsverschiebungen
zurückzuführen sind, die von dem zeitlichen
in Ablauf oder der Temperatur herrühren.
liier/u 4 IiIaIt Zeichnungen
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zum Erfassen und Umwandeln von Analogdaten in digitale Daten,
insbesondere für einen Digitalrechner mit Mikroprozessor mit Analogaufnehmern, die eine von dem
Wert physikalischer Größen abhängige, veränderbare Spannung liefern, einem Analogmultiplexer, der
mit den Aufnehmern zum selektiven Anlegen von Signalen von deren Ausgängen an den Eingang eines
Spannungsfrequenzwandlers verbunden ist, welcher einen Teil eines Analogdigitalwandlers darstellt,
welch letzterer einen Zähler zur Umwandlung der genannten Frequenz in Digitaldaten besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogmultiplexer (£} differentiell arbeitet und zwei Ausgänge
besitzt, die mit einem Vorzeichendetektor (7) für das Signal der beiden Ausgänge und mit einem
elektronischen Umschalter (4) verbunden sind, welcher zwei Durchschaltwege besitzt, die abhängig
vom Signal am Ausgang des Vorzeichendetektors (7) derart ausgewählt werden, daß die an den
Eingang des Spannungsfrequenzumsetzers (12) angelegte Ausgangsspannung immer die gleiche
Polarität besitzt, daß der Spannungsfrequenzumsetzer (12) ein Differentialverstärker (50) mit Integrationsverstärker (51) ist, weiche durch eine Lade/
Entladesteuerschaltung (53,54,61, 44,48) gesteuert
werden, die wiederum auf zwei Spannungsniveaus anspricht, welche von einer Bezugsspannung (UnO
abgeleitet werden, die wiederum auf eine einzige Spannungsversorgungsquelle (V„i) der Vorrichtung
zurückgeht, und daß der Zähler (9) ein Vorwärts-Rückwärtszähler ist, welcher auf das Signal am
Ausgang des Vorzeichendetektors (7) anspricht und abhängig vom Vorzeichen eine Addition oder
Subtraktion durchführt
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung (Urcr) an
einen Eingang (Ei) des differentiellen Analogmultiplexers angelegt wird, um eine richtige Digitalumsetzung zu erzielen, wobei eine eventuelle Korrektur
angebracht wird, für das Anlegen weiterer digitaler Daten an den Zähler.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den elektronischen Umschaltern (4) und den Spannungsfrequenzwandler (12) ein Differentialverstärker (6)
zwischengeschaltet ist, an dessen nichtinvertierenden Eingang die Bezugsspannung (Urcf) angelegt ist,
so daß letztere an den Differentialverstärker (50) des Spannungsfrequenzwandlers (12) und an den Integrationskondensator (51) gelangt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel zur Ladung
und Entladung des Integrationskondensators (51) einmal aus zwei Analogschaltern (44, 48) bestehen,
welche parallel zum Ausgang des Zwischendifferentialverstärkers (6) gelegt und mit dem invertierenden
Eingang des integrierenden Differentialverstärkers (50) verbunden sind, wobei der eine (48) der
Analogschalter in Reihe mit einem Polaritätsinverter (45) liegt, ferner aus zwei Spannungsvergleichern
(53, 54), welche aus Differentialverstärkern bestehen, von denen der eine seinen invertierenden
Eingang und der andere seinen nichtinvertierenden mit dem Ausgang (52) des integrierenden Differen-
tialverstärkers (50) verbunden haben, während die
jeweils anderen Eingänge mit einer Spannungsteilerbrücke (55,56, 57) verbunden sind, welche die
zwei Spannungsniveaus bestimmt und einer bistabilen Kippschaltung (61) deren beide Eingänge mit je
einem Ausgang der beiden Spannungsvergleicher (53, 54) verbunden sind, wobei die Ausgänge der
bistabilen Kippschaltung (61) entsprechend mit den Steuereingängen der beiden Analogschalter (44,48)
sowie einer von ihnen mit dem Eingang (85) für die in dem Auf-Abzähler (9) zu speichernden Impulse.
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