DE3714998A1

DE3714998A1 - Ein-ausgabeschaltung fuer mikroprozessoren

Info

Publication number: DE3714998A1
Application number: DE19873714998
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Phys Kaiser; Winfried Dipl Ing Kloetzner; Immanuel Dipl Ing Krauter; Edmund Dipl Ing Jeenicke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-05-06
Filing date: 1987-05-06
Publication date: 1988-11-17
Also published as: JPS647120A; FR2615017B1; DE3714998C2; FR2615017A1; KR880014452A; JP2907833B2; US4924399A; KR960003064B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein- Ausgabeschaltung für Mikroprozessoren gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Zum Erkennen und Aufbereiten von elektrischen Signalen eines Steuergerätes, wie es ins besondere für Kraftfahrzeuge Verwendung findet, werden in Ein-Ausgabeschaltungen analog arbeitende Komparato ren verwendet, die analoge Eingangssignale im Hinblick auf Schwellwerte überwachen. In Abhängigkeit von einem Rechnerprogramm und von den Betriebszuständen eines zu steuernden Motors werden in der Ein-Ausgabeschaltung variable Tastverhältnisse mit programmierbaren Wieder holfrequenzen erzeugt, um die ausgangsseitigen Steuer signale beispielsweise an eine geänderte Motordrehzahl anzupassen. Insbesondere bei Anwendungen in Kraftfahrzeug-Steuergeräten ist es erforderlich, daß eine Vielzahl von Ausgangssignalen zu sehr exakt be stimmten Zeitpunkten abgegeben werden, um beispielswei se die Benzineinspritzung optimal steuern zu können.

In bekannten Ein-Ausgabeschaltungen müssen unterschied liche elektronische Komponenten miteinander zusammenge schaltet werden, um die vielfältigen Signalverarbei tungsfunktionen und Steueraufgaben durchführen zu können.

Vorteile der Erfindung

Bei einer Ein-Ausgabeschaltung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs ergibt sich der Vorteil, daß mittels ei ner gleitenden Referenzspannung starke Batteriespannungsschwankungen, wie sie in Kraftfahrzeu gen betriebs- und temperaturabhängig auftreten, für ei ne exakte Überwachung der eingangsseitigen Analogsigna le unschädlich sind. Die Referenzspannung gleitet ent sprechend einer auftretenden Batterie-Spannungsänderung mit, so daß auch beim Absinken der Batteriespannung auf den halben Sollwert die zu überwachenden ebenfalls be züglich ihrer Spannung abgesenkten Eingangssignale durch Komparatoren überwacht werden können. Dies ist bei herkömmlichen Komparatoren mit konstanter Referenz spannung nicht möglich.

Die gleitende Referenzspannung wird vorzugsweise über einen aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteiler erzeugt, der zwischen der Batteriespannung und Masse liegt. Am Abgriff tritt dann die gewünschte, mit der Batteriespannung gleitende Referenzspannung auf. Für mehrere Komparatoren kann ein Spannungsteiler für die Bereitstellung der Referenzspannung Verwendung finden, wodurch eine beträchtliche Einsparung an Bauteilen er zielt wird.

Um eine möglichst schnelle Reaktion auf sich ändernde Schwellwerte zu erhalten, sind Vergleicher vorgesehen, die an ihren Eingängen digitale Werte auf Gleichheit und auf die Bedingung "<" prüfen und bei Eintreten der Bedingung ein Ausgangssignal abgeben. Dies hat gegen über herkömmlichen digitalen Vergleichern, die nur auf Gleichheit prüfen, den Vorteil, daß ein sich ändernder Schwellwert eine schnellere Reaktion des Vergleichers bewirkt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Schwellwert mit den Werten eines Abwärtszählers verglichen wird, wodurch ein bestimmtes Tastverhältnis des Ausgangssignals des Vergleichers festgelegt wird. Ändert sich der Schwellwert, so ändert sich bei einem erfindungsgemäßen Vergleicher das Tastverhältnis zu ei nem früheren Zeitpunkt, als bei herkömmlichen Vergleichern.

Es können mit einem Abwärtszähler-Ausgang mehrere Ver gleicher mit einem ihrer Eingänge verbunden sein, so daß daraus unterschiedliche Tastverhältnisse durch An legen unterschiedlicher digitaler Schwellwerte erzielt werden, ohne daß hierfür mehrere Abwärtszähler erfor derlich wären.

In herkömmlichen integrierten Ein-Ausgabeschaltungen sind nur eine begrenzte Anzahl von Hochgeschwindigkeits-Ausgängen vorhanden, die insbeson dere bei Steuerungsaufgaben in Kraftfahrzeugen bezüg lich ihrer Anzahl häufig nicht ausreichen. Diese soge nannten HSO-Ports können in einer Ein-Ausgangsschaltung dadurch erweitert werden, daß zwischen einer Ausgangs schnittstelle und internen Datenleitungen zusätzliche Ausgaberegister (Ausgabe-Latch) geschaltet werden, die an ihrem Vorbereitungseingang mit dem HSO-Port der zen tralen Prozessoreinheit verbunden sind. Einem solchen Ausgaberegister kann ein zusätzliches Vorbereitungsre gister vorgeschaltet sein, so daß bei Auftreten eines HSO-Signals das Ausgaberegister seinen Inhalt augen blicklich an die Ausgangsschnittstelle weitergibt und den Inhalt des Vorbereitungsregisters gleichzeitig übernimmt. Auf diese Weise wird eine zeitgenaue Verar beitung und Weitergabe von Steuerinformationen in grö ßerem Umfange möglich.

Durch die beschriebenen Maßnahmen ist es möglich, bei einer Ein-Ausgangssteuerung einen hohen Integrations grad zu erreichen, wobei sämtliche Funktionen auf einem Chip integriert sind.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ein-Ausgangsschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein ausführlicheres Blockdiagramm einer in Fig. 1 enthaltenen Einrichtung zur Einstellung unter schiedlicher Tastverhältnisse,

Fig. 3 zwei Diagramme von im Blockdiagramm gemäß Fig. 2 auftretender Signale,

Fig. 4 Komparatoren mit batteriespannungsabhängiger Referenzspannung,

Fig. 5 und Fig. 6 Blockschaltbilder mit zusätzlichen Registern zur Erweiterung der HSO-Ports und

Fig. 7 Impulsdiagramme unterschiedlicher bei einem Sechszylindermotor auftretenden Signale.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild besitzt ei ne bidirektionale Schnittstelle 1, an die Datenleitun gen OD, CD und ID angeschlossen sind. Die Datenleitung OD kann ebenso wie die übrigen Datenleitungen achtfach ausgebildet sein und stellt den abgehenden Datenbus dar. Die Datenleitung ID stellt den Datenbus für die über die Schnittstelle 1 ankommenden Daten dar, während CD den Kontrolldatenbus bildet.

In einer Komparatoreinrichtung 2, die mehrere Kompara toren K enthält, werden eingangsseitige Analogsignale I 0 bis I 9 mit einer Referenzspannung U _R verglichen. Die Referenzspannung U _R wird über einen Spannungswandler 3, der als Spannungsteiler ausgebildet sein kann, aus der Batteriespannung U _B abgeleitet. Der Aufbau der Kompara torschaltung 2 wird anhand von Fig. 4 näher erläutert.

Im Blockschaltbild gemäß Fig. 1 sind weitere Schnitt stellen 4 bis 8 angegeben, die Steuersignale abgeben und auch empfangen, wie dies durch die ausgangsseitigen Richtungspfeile angegeben ist. Bei diesen Schnittstel len handelt es sich um Register (Latches), die durch Flip-Flops realisiert sein können. Der Schnittstelle 5 sind ein Vorbereitungsregister 9 und ein Ausgaberegi ster 10 vorgeschaltet, wobei der Bereitschaftseingang des Ausgaberegisters 10 mit einem Hochgeschwindigkeits- Triggersignal eines HSO-Ports verbunden ist. Über den Datenbus ID ankommende Daten werden zunächst im Vorbe reitungsregister 9 zwischengespeichert und bei Auftre ten eines HSO-Triggersignals in das Ausgaberegister 10 übernommen. Gleichzeitig wird die bereits im Ausgabere gister 10 enthaltene Information zur Schnittstelle 5 übertragen. Eine weitere Erläuterung der Vorbereitungs- und Ausgaberegister 9, 10 wird anhand von Fig. 5 und Fig. 6 gegeben.

In Fig. 1 ist weiterhin eine Einrichtung 11 enthalten, die zur Bereitstellung unterschiedlicher Tastverhält nisse am Ausgang der Schnittstellen 7, 8 dient. Zu die sem Zweck ist eine digitale Zähler-Vergleichereinheit 12 vorgesehen, die nachfolgend anhand von Fig. 2 er läutert wird.

In Fig. 2 führt der Datenbus ID zu mehreren Registern 13 bis 21, von denen die Register (Latches) 17 bis 21 ausgangsseitig mit Eingängen von Vergleichern 22 bis 26 verbunden sind. Die anderen Ausgänge der Vergleicher 22 bis 26 sind mit Zählern C 1 bis C 3 verbunden. Die Ver gleicher 22 bis 26 vergleichen die in den Registern 17 bis 21 abgelegten digitalen Schwellwerte mit den je weils aktuellen Zählerständen der Zähler C 1 bis C 3, die als Abwärtszähler ausgebildet sind. Ist der Schwellwert größer oder gleich dem zugeordneten Zählerstand, so gibt der entsprechende Vergleicher ausgangsseitig ein Signal zu dem ihm nachgeschalteten RS-Flip-Flop ab. An den Ausgängen TV 0 bis TV 4 treten dadurch Steuersignale mit unterschiedlichen Tastverhältnissen auf, die unter anderem auch von den jeweils eingestellten digitalen Schwellwerten abhängen.

Die Zähler C 1 bis C 3 werden an ihrem Takteingang CL mit einer bestimmten Frequenz beaufschlagt, die von einem Frequenzteiler FD bereitgestellt wird. Über Schalter S 1 bis S 3 lassen sich unterschiedliche Frequenzen f 1 bis f 3 auswählen.

Das eingangsseitige Taktsignal CL, welches dem Eingang des Frequenzteilers FD zugeführt wird, wird dort auf unterschiedliche Frequenzen umgesetzt, die auch über einen Abwärtszähler C 4 und ein Flip-Flop 27 ein weite res Ausgangssignal PL erzeugen.

In Fig. 3 sind zwei Diagramme mit gleicher Zeitskala angegeben, wobei das eine Diagramm das Ausgangssignal A 3 des Zählers C 3 zeigt, während das darunter angegebe ne Diagramm des ausgangsseitige Signal TV 0 angibt. Zum Zeitpunkt t 1 wechselt der ursprüngliche Schwellwert a, der digital im Register 21 abgelegt ist, auf den Wert B, welcher über dem zu diesem Zeitpunkt am Ausgang A 3 auftretenden Zählerstand liegt. Der Vergleicher 26 (Fig. 2) stellt jedoch ebenfalls zum Zeitpunkt t 1 fest, daß der Schwellwert b über dem aktuellen Zähler stand liegt und gibt somit ein ausgangsseitiges Signal ab, wodurch das Signal am Ausgang TV 0 auf "1" wechselt. In gleicher Weise arbeiten die weiteren Vergleicher 22 bis 26 mit den Zählern C 1 bis C 3 zusammen, so daß an den Ausgängen TV 0 bis TV 4 Signale mit unterschiedlichen Tastverhältnissen erhalten werden.

In Fig. 4 ist die Komparatorschaltung 2 mit den Ein gängen I 0 bis I 9 (Fig. 1) teilweise detaillierter dargestellt. Die Batteriespannung U _B wird über einen Spannungsteiler UD, der aus zwei Widerständen R 1 und R 2 besteht, auf die Referenzspannung U _R reduziert. Diese Referenzspannung U _R liegt an negativen Eingängen mehre rer Komparatoren K an, an deren anderen Eingängen Meßsignale, Schaltsignale oder dergleichen als Ein gangssignale E 0, E 1 anliegen, die gleichermaßen mittels Spannungsteiler auf niedrigere Werte reduziert sind. Das Eingangssignal E 0 kann beispielsweise der Spannung des Starterrelais des Motors entsprechen, während bei spielsweise das Eingangssignal E 1 der am Bremslicht ei nes Kraftfahrzeugs anliegenden Spannung entspricht. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von elektrischen Ein richtungen eines Kraftfahrzeuges auf Funktionstüchtig keit oder auf den jeweiligen Betriebszustand überwacht werden. Die an den Eingängen der Komparatoren K anlie genden und miteinander zu vergleichenden Spannungen sind gleichermaßen von der Batteriespannung U _B abhängig und unterliegen somit gleichermaßen auftretenden Batteriespannungsschwankungen. Die Ausgänge V 0 bis V 9 geben charakteristische Zustandssignale zur Datenlei tung OD (Fig. 1) ab.

In Fig. 5 und Fig. 6 sind Blockschaltbilder angegeben, die insbesondere die Anordnung zusätzlicher Ausgaberegister 10 und in Fig. 6 eines zusätzlichen Vorbereitungsregisters 9 zeigen. Der Bereitschaftsein gang (Latch-Enable) des Ausgaberegisters 10 (Ausgabe- Latch) ist mit dem HSO-Port der zentralen Prozessorein heit CPU verbunden, die die Datenweitergabe und Daten über das Ausgabe-Port steuert. Mit der Zusatzschaltung Z 1 (Fig. 5) oder der erweiterten Zusatzschaltung Z 2 (Fig. 6) ist eine Erweiterung der HSO-Ausgänge, die eine schnelle Signalverarbeitung und Weiterleitung gewährleisten, möglich.

Die übrigen Einrichtungen der Schaltungen nach Fig. 5 und Fig. 6 bestehen aus einer Eingangsschnittstelle EI, einem Analog-Digitalwandler AD, einem Dekoder DC, einem Register L (Latch), einem EPROM, einem RAM und einer Ausgangsschnittstelle AI. Die verschiedenen Ein richtungen sind über mehrere Datenleitungen und Kon trolleitungen miteinander verbunden.

Die in Fig. 7 dargestellten Impulsdiagramme IP 1 bis IP 9 bedeuten:

IP 1 ist das Kurbelwellensignal,
IP 2 ist das Nockenwellensignal,
IP 3 bis IP 8 sind die auf den sechs Zündleitungen eines Sechszylindermotors auftretenden Zündsignale,
IP 9 ist das HSO-Triggersignal (Signal eines High-Speed- Output-Ports).

Sämtlichen hier dargestellten Impulsdiagrammen IP 1 bis IP 9 liegt der gleiche Zeitmaßstab zugrunde.

Das HSO-Signal ist ein Triggersignal, welches Kurbel wellensynchron oder in sonstiger Weise ein Echtzeitsi gnal darstellt. Jeweils zu den mit "1" angegebenen Zei ten ändert sich das HSO-Triggersignal (IP 9) in der Weise, daß sein Wert von "0" auf "1" wechselt. Damit erscheinen die zu einem früheren Zeitpunkt in das Vor bereitungsregister 9 geschriebenen, für den Zustand der Zündleitungen (IP 3 bis IP 8) zum Zeitpunkt "1" repräsen tativen Daten am Ausgang des Ausgabe-Registers 10. Die ser Vorgang wird durch anderweitige Interruptbelastun gen der CPU nicht beeinflußt und findet damit exakt zum vorbestimmten Zeitpunkt statt.

Der Potentialwechsel des HSO-Ports löst ebenfalls einen Interrupt von niedriger Priorität aus, wodurch gewähr leistet wird, daß andere zum Zeitpunkt "1" stattfinden den Interrupts in ihrem Ablauf nicht behindert werden. Dieser HSO-Interrupt wird von der CPU ab dem Zeitpunkt "2" bearbeitet. Zu diesem Zeitpunkt wird zunächst das Potential des Bereitschaftseingangs (Latch-Enable) des Ausgaberegisters 10 von "1" auf "0" zurückgesetzt und dann die für den nächsten Zündzeitpunkt charakteristi schen Daten in das Vorbereitungsregister 9 geschrieben. Dieses Beschreiben des Vorbereitungsregisters 9 kann auch zu einem späteren, für die Abarbeitung des Echt zeitprogramms eventuell günstigeren Zeitpunkt geschehen. Es muß jedoch vor dem nächsten Potential wechsel von "0" nach "1" am Latch-Enable-Eingang des Ausgaberegisters 10 beendet sein.

Auf diese Weise wird die exakte Ausgabe mehrerer Ereig nisse mit Hilfe eines einzigen HSO-Ports ermöglicht, ohne daß dadurch der Echtzeitablauf des Steuerprogramms gestört wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Verbindungsleitun gen bzw. Datenleitungen zwischen den verschiedenen Ein richtungen in den Zeichnungen der Einfachheit halber einfach dargestellt sind, obgleich diese Leitungen tat sächlich als mehrere parallele Leitungen ausgebildet sind, wie dies für die parallele Datenübertragung übli cherweise vorgesehen ist.

Claims

1. Ein-Ausgabeschaltung für Mikroprozessoren, insbe sondere für Steuergeräte von Kraftfahrzeugen, die eine Vielzahl von Steuereingängen und Steuerausgängen hat, die über Datenleitungen untereinander und mit dem Mi kroprozessor in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß für Analogeingänge (I 0 bis I 9), de ren Pegel auf die Versorgungsspannung (U _B) bezogen sind, ein oder mehrere Komparatoren (K) mit in Abhän gigkeit von der Versorgungsspannung (U _B) gleitender Re ferenzspannung (U _R) vorgesehen sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines an der Versorgungsspannung (U _B) lie genden Spannungsteilers (UD) am Teilerabgriff die Refe renzspannung (U _R) für mehrere Komparatoren (K) erzeugt wird.

3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen digital bzw. codiert abge speicherten Schwellwerten, die vom Mikroprozessor ak tualisiert werden können, und aktuellen Zählerständen eines ein Tastverhältnis oder dergleichen bestimmenden Abwärtszählers (C 1 bis C 3) ein Vergleicher (22 bis 26) geschaltet ist, der bei Gleichheit oder bei der Bedin gung Schwellwert größer als Zählerstand ein Signal abgibt.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zählerausgang (A 3) an mehreren Vergleichern (25, 26) anliegt, an deren anderen Eingängen unter schiedliche Schwellwerte anliegen.

5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen internen Datenlei tungen (ID) und einer Ausgangsschnittstelle (5) ein Ausgaberegister (10) eingefügt ist, dessen Bereit schaftseingang mit einem Hochgeschwindigkeits-Ausgang (HSO) der zentralen Prozessoreinheit (CPU) verbunden ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgaberegister (10) und den internen Datenleitungen (ID) ein zusätzliches Vorbereitungsregi ster (9) eingeschaltet ist.