DE3900782A1 - Vorrichtung zur eingabe von daten in einen mikroprozessor, insbesondere fuer die steuerung eines haushaltsgeraetes - Google Patents
Vorrichtung zur eingabe von daten in einen mikroprozessor, insbesondere fuer die steuerung eines haushaltsgeraetesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrrichtung zur Eingabe von Daten
in einen Mikroprozessor, insbesondere für die Steuerung eines
Haushaltsgerätes, beispielsweise einer Waschmaschine.
Zur Eingabe von analogen Daten in einen Mikroprozessor wurde
bereits vorgeschlagen (GB-PS 20 20 934), die Daten durch Wi
derstandswerte darzustellen und diesen Widerstand in Reihe mit
einem Kondensator zu schalten, wobei die in den Mikroprozessor
eingegebene Datengröße die Zeitspanne ist, welche für die La
dung dieses Kondensators benötigt wird, bis ein vorbestimmter
Wert seiner Ladung oder Entladung über den Widerstand erreicht
ist, wobei der Mikroprozessor diese Zeitspanne in einen Digi
talwert umsetzt.
Da die obengenannte Zeitspanne von dem Widerstandswert ab
hängt, hängt die Genauigkeit der Datengröße von der Genauig
keit des Widerstandes ab. Um diese Ungenauigkeit zu umgehen,
ist ferner ein Widerstand von genau bekanntem Wert vorgesehen,
und die Zeitspanne für die Aufladung oder Entladung wird ei
nerseits über diesen genauen Widerstand und andererseits über
den Widerstand bestimmt, welcher die einzugebende analoge Da
tengröße darstellt, wobei der Mikroprozessor das Produkt aus
dem Wert des genauen Widerstandes und dem Verhältnis zwischen
diesen zwei Zeitspannen berechnet.
Auf diese Weise wird nicht nur die Ungenauigkeit eliminiert,
mit der die Widerstandswerte behaftet sind, sondern es werden
auch Ungenauigkeiten eliminiert, die auf Streuungen der Kenn
daten von Mikroprozessoren beruhen.
Bei bekannten Ausbildungen derartiger Vorrichtungen zur Einga
be von Daten ist jeder Anschluß des zu messenden Widerstandes
direkt mit einem Eingang des Mikroprozessors verbunden.
Es wurde gefunden, daß eine solche Schaltungsanordnung in Ge
räten wie Waschmaschinen, in denen Störströme auftreten kön
nen, keine ausreichende Sicherheit für den Mikroprozessor bie
tet.
Die Erfindung hilft diesem Mangel ab.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der zu messende Widerstand mit einem Eingang des Mikropro
zessors über den Meßwiderstand verbunden ist, mit welchem er
somit in Reihe liegt, wenn der Kondensator über diesen Meßwi
derstand aufgeladen oder entladen wird, wobei die Datengröße
durch die Messung der Zeitspanne zur Aufladung oder Entla
dung einerseits über den genauen Widerstand und andererseits
über die Reihenschaltung aus diesem genauen Widerstand und dem
zu messenden Widerstand bestimmt wird, wobei der Mikroprozes
sor die Differenz der Zeitspannen berechnet und anschließend
das Produkt aus dem Verhältnis dieser Differenz zu der ersten
Zeitspanne und dem Wert des genauen Widerstandes berechnet.
Diese Schaltungsanordnung ermöglicht einen Schutz des Mikro
prozessors gegen hohe Ströme, die in dem zu messenden Wider
stand fließen, wobei der genaue Widerstand einen Schutz am
Eingang des Mikroprozessors bildet.
Es ist ferner möglich, den genauen Widerstand über einen zu
sätzlichen Schutzwiderstand mit dem Eingang des Mikroprozes
sors zu verbinden.
Ferner kann in einen Mikroprozessor diejenige Datengröße mit
Genauigkeit eingegeben werden, welche durch die Stellung eines
Schleifers eines Potentiometers gegeben ist, obwohl der Ge
samtwiderstand des Potentiometers nicht mit großer Genauigkeit
bekannt ist. Zu diesem Zweck wird die Zeitspanne zur Aufladung
oder Entladung über den Gesamtwiderstand des Potentiometers in
Reihe mit dem zu messenden Widerstand bestimmt, ferner wird
die Zeitspanne zur Aufladung oder Entladung über den Teilwi
derstand (wovon ein Anschluß durch den Schleifer gebildet ist)
in Reihe mit dem zu messenden Widerstand bestimmt, und schließ
lich wird von jeder dieser Zeitspannen die Zeitspanne zur
Aufladung oder Entladung über den Meßwiderstand abgezogen, um
anschließend das Verhältnis zwischen diesen Zeitspannen (die
so vermindert wurden) zu bilden und die Stellung des Schlei
fers zu erhalten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf Haushaltsgeräte an
wendbar, insbesondere Programmierschaltungen für Waschmaschi
nen. Der Widerstand, dessen Wert bestimmt werden soll, ist
beispielsweise ein Thermistor zur Messung der Wassertemperatur
einer Waschmaschine. Das Potentiometer dient beispielsweise
zur Anzeige eines gewünschten Rotationsgeschwindigkeitswertes
der Trommel beim Schleudern oder zur Anzeige einer Wäschela
dung, wobei der Mikroprozessor die verschiedenen Funktionspa
rameter der Waschmaschine in Abhängigkeit von dieser Ladung
bestimmt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Er
findung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In
der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung eines Mikro
prozessors und einer Vorrichtung zur Eingabe von Da
ten nach der Erfindung; und
Fig. 2 ein Diagramm, das die Funktion der Vorrichtung nach
Fig. 1 darstellt.
Der in Fig. 1 gezeigte Mikroprozessor 10 besitzt einen Ein
gang 11 und vier Steuerausgänge 12, 13, 14 und 15.
An den Eingang 11 sind über einen Schutzwiderstand 21 für die
sen Eingang angeschlossen: Ein Belag 16 2 eines Kondensators 16
und ein erster Anschluß 17 1 eines Widerstandes 17 der Refe
renzgröße R 0. An den zweiten Anschluß 17 2 des Widerstandes 17
ist ein erster Anschluß 18 1 eines Widerstandes 18 des zu mes
senden Werkes Rx angeschlossen; ferner sind mit diesem An
schluß das erste Ende 19 1 eines Potentiometers 19 vom Gesamt
widerstandswert P, von welchem die Schleiferposition bestimmt
werden soll, und der Kollektor 22 1 eines NPN-Transistors 22
verbunden.
Der zweite Belag 16 1 des Kondensators 16, der den Kapazitäts
wert C aufweist, ist mit einem Anschluß 20 verbunden, an den
ein Referenz-Gleichspannungspotential V cc angelegt ist.
Der zweite Anschluß 18 2 des zu messenden Widerstandes 18 ist
mit dem Kollektor 23 1 eines weiteren NPN-Transistors 23 ver
bunden.
Das zweite Ende 19 2 des Potentiometers 19 ist ferner mit dem
Kollektor 25 1 eines NPN-Transistors 25 verbunden. Der Abgriff
oder Schleifer 19 3 dieses Potentiometers 19 ist ferner mit dem
Kollektor 24 1 eines NPN-Transistors 24 verbunden.
Die Emitter 22 3, 233, 243 und 253 der Transistoren 22, 23, 24
und 25 sind jeweils mit Masse verbunden. Die Basisanschlüsse
22 2, 232, 242 und 252 sind mit den Ausgängen 12, 13, 14 bzw.
15 des Mikroprozessors 10 jeweils über einen Widerstand 52,
53, 54 bzw. 55 verbunden.
Zur Messung des Widerstandswertes R x des Widerstandes 18 ist
der Anschluß 11 auf das Potential V cc gelegt, wodurch der Kon
densator 16 über den Widerstand 21 entladen werden kann. An
schließend wird das Potential V cc vom Anschluß 11 entfernt,
der daraufhin wieder ein Eingang ist.
Anschließend wird der Ausgang 12 auf das Potential V cc gelegt,
wodurch der Transistor 22 durchgeschaltet wird, um das Ende
17 2 des Referenzwiderstandes 17 auf Masse zu legen. Gleichzei
tig liegen die Ausgänge 13, 14 und 15 auf Masse, so daß die
Transistoren 23, 24 und 25 im Sperrzustand gehalten werden,
die Anschlüsse 18 2, 193 und 192 also frei "schwimmen".
Unter diesen Bedingungen wird der Kondensator 16 über den Wi
derstand 17 aufgeladen. Zum Zeitpunkt t = 0 entsprechend dem
Beginn der Verbindung des Ausgangs 12 mit dem Potential V cc
hat das Potential am Eingang 11 die Größe V cc (das des An
schlusses 20); anschließend nimmt dieses Potential am Eingang
11, wie durch die Kurve 30 in Fig. 2 dargestellt ist, ab, um
am Ende einer Zeitspanne t 1 einen Wert V 0 zu erreichen, der
den Meßschwellwert am Eingang des Mikroprozessors bildet. Der
Mikroprozessor setzt diese Zeitspanne t 1 in eine Zahl um, die
im Speicher abgelegt wird.
Anschließend wird der Kondensator 16 erneut entladen, indem
der Anschluß 11 vorübergehend auf das Potential V cc gelegt
wird; anschließend wird dieser Kondensator 16 über den Wider
stand 18 in Reihe mit dem Widerstand 17 aufgeladen, wobei der
Transistor 23 durch die am Ausgang 13 anliegende Spannung V cc
leitend gesteuert wird, während die Ausgänge 12, 14 und 15 auf
Masse verbleiben, so daß die Transistoren 22, 24 und 25 ge
sperrt sind. Das Potential am Anschluß 11 ist dann durch die
Kurve 31 in Fig. 2 dargestellt:
Es erreicht den Wert V₀ zum Zeitpunkt t′₁.
Die Zeit t₁ gehorcht folgender Beziehung:
t₁ = R₀C · K.
In dieser Formel ist K eine Konstante, die von V₀ und vom
Mikroprozessor abhängt.
Weiterhin erfült die Zeit t′₁ folgende Beziehung:
t′₁ = (R x + R₀)C · K.
Anschließend wird die Differenz t′′₁ zwischen t′₁ und t₁ berechnet,
das heißt:
t′′₁ = t′₁ - t₁ = R x C · K.
Unter diesen Bedingungen kann geschrieben werden:
Die Genauigkeit hinsichtlich des Wertes R x des Widerstandes 18
hängt also von der Genauigkeit des Wertes R 0, der z.B. ± 1%
beträgt, und von der Genauigkeit der Werte t′1 und t 1 ab, wo
bei die Genauigkeit letzterer Größen hoch sein kann.
Der Meßwert ist hingegen unabhängig von V 0 (Schwellwert am
Eingang des Mikroprozessors) und von C.
Der Widerstand 18 ist bei einer bestimmten Ausführungsform ein
Thermistor zur Messung der Wassertemperatur in der Wanne einer
Waschmaschine.
Wenn hohe Störströme, die für den Mikroprozessor schädlich
sein können, in dem Widerstand R x fließen, so wird der Strom,
der zu dem Mikroprozessor gelangen kann, durch die Anwesenheit
des Referenzwiderstandes 17 und des Widerstandes 21 begrenzt.
Der Widerstand 17 kann bereits allein für den Schutz des Mikro
prozessors 10 ausreichen, so daß also dem Widerstand 21 der
Wert Null gegeben werden kann.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, anstelle der
Transistoren 22, 23, 24 und 25 die verschiedenen Anschlüsse
der Widerstände direkt mit den Ausgängen 12, 13, 14 und 15 zu
verbinden, sofern geeignete Potentiale an diesen Ausgängen an
gelegt werden. Wenn beispielsweise der Kondensator 16 über den
Widerstand 17 aufgeladen werden soll, dessen Anschluß 17 2
direkt mit dem Anschluß 12 verbunden ist, so muß der Anschluß
12 mit Masse verbunden werden, und die Anschlüsse 13, 14 und
15 müssen frei schwimmen (während diese Anschlüsse bei dieser
Ausführung direkt mit den Anschlüssen 18₂, 19₃ bzw. 19₂ ver
bunden wären). Die Verwendung von Transistoren oder andersar
tigen gesteuerten Unterbrechern hat aber den Vorteil einer hö
heren Meßgenauigkeit, denn die Meßgenauigkeit wird dann durch
die Leckströme des Mikroprozessors nicht beeinträchtigt. Wenn
ein Ausgang des Mikroprozessors, beispielsweise der mit 13 be
zeichnete Ausgang, frei "schwimmt", so bedeutet dies nämlich,
daß der Widerstand zwischen diesem Anschluß 13 und Schaltungs
masse einen unendlich hohen Wert aufweist. In der Praxis ist
diese Bedingung aufgrund von Leckströmen jedoch niemals er
füllt, wodurch die Messung gestört wird. Die Verwendung von
Transistoren 22, 23, 24 und 25, welche als entkoppelnde Unter
brecher wirken, verbessert also die Qualität der Messung.
Zur Bestimmung der Stellung des Schleifers 19 3 des Potentio
meters 19 wird in einer Weise vorgegangen, die analog zu der
zuvor beschriebenen Verfahrensweise ist, indem also zunächst
die Zeitspanne t 1 für die Entladung über den Widerstand 17 be
stimmt wird. Anschließend wird der Kondensator 16 entladen und
erneut geladen, und zwar über den Gesamtwiderstand des Poten
tiometers 19 in Reihe mit dem Widerstand 17, in dem der Tran
sistor 25 durch ein Potential V cc an dem Anschluß 15 leitend
gesteuert wird, während die anderen Anschlüsse 12 bis 14 auf
Masse liegen, so daß die entsprechenden Transistoren 22, 23
und 24 gesperrt sind; weiterhin wird die Zeitspanne t 2 be
stimmt, nach deren Ablauf das Potential am Anschluß 11 den
Wert V 0 erreicht. Nach erneuter Entladung des Kondensators 16
wird am Anschluß 14 ein Potential V cc erzeugt, damit der Tran
sistor 24 leitend wird, und die Anschlüsse 12, 13 und 15 lie
gen auf Masse, damit die entsprechenden Transistoren 22, 23
und 25 gesperrt sind; schließlich wird die Zeit t′2 bestimmt,
nach deren Ablauf das Potential am Anschluß 11 den Wert V 0 er
reicht. Der Widerstandswert zwischen den Anschlüssen 19 1 und
19₃ ist dann α P.
Man kann schreiben:
t₂ = (P+R₀)C · K.
t₂ - t₁ = P · C · K.
t′₂ = ( α P+R₀)C · K.
t′₂ - t₁ = α P · C · K.
t₂ - t₁ = P · C · K.
t′₂ = ( α P+R₀)C · K.
t′₂ - t₁ = α P · C · K.
Dies ergibt:
Die Stellung des Schleifers 19 3 ist durch die Zahl α darge
stellt, die vom Wert P des Gesamtwiderstandes des Potentio
meters 19 unabhängig ist. Man kann somit einen Wert genau an
zeigen, obwohl der Gesamtwiderstandswert des Potentiometers
nur mit geringer Genauigkeit bekannt ist.
Das Potentiometer 19 kann in einer Waschmaschine zur Anzeigung
der gewünschten Temperatur des Waschwassers verwendet werden,
zur Anzeige der gewünschten Drehgeschwindigkeit der Trommel
beim Schleudern oder auch zum Anzeigen der Wäscheladung in der
Trommel, wobei der Mikroprozessor 10 jeweils die verschiedenen
Waschparameter in Abhängigkeit von der so angezeugten Ladung
bestimmt.
Der Mikroprozessor 10, der Kondensator 16, der Widerstand 17
und die Widerstände 21, 52, 53, 54 und 55 sowie die Transi
storen 22, 23, 24, 25 sind gemeinsam mit der Versorgungsquelle
für den Anschluß 20 vorzugsweise auf derselben gedruckten
Schaltungskarte 40 angeordnet, die dann vier Eingänge 41, 42,
43 und 44 aufweist, von denen jeder mit einem Kollektor der
Transistoren 22, 23, 24 und 25 verbunden ist. Der Widerstand
i 8 liegt dann zwischen den Anschlüssen 41 und 42, während der
Schleifer 19 3 mit dem Anschluß 43 verbunden ist. Das Potentio
meter 19 ist zwischen die Anschlüsse 41 und 44 geschaltet.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur Eingabe von analogen Daten in einen Mikro
prozessor (10), wobei diese Daten durch Widerstandswerte dar
gestellt sind und diese Vorrichtung, die einen Kondensator
(16) und einen Referenzwiderstand (17) umfaßt, es gemeinsam
mit dem Mikroprozessor ermöglicht, die Zeitspanne zur Aufla
dung oder Entladung des Kondensators (16) zu bestimmen, um den
Widerstandswert zu messen, dadurch gekennzeichnet, daß der zu
messende Widerstand (18, 19) mit dem Eingang (11) des Mikro
prozessors (10) über den Referenzwiderstand (17) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Mikroprozessor den Wert (R x ) des zu messenden Widerstandes
über folgende Beziehung bestimmt:
worin R 0 der Wert des Referenzwiderstandes, t′₁ die Zeitspan
ne zur Aufladung oder Entladung des Kondensators über die
Reihenschaltung aus dem zu messenden Widerstand und dem Refe
renzwiderstand (17) und t 1 die Zeitspanne zur Aufladung oder
Entladung des Kondensators über den Referenzwiderstand ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Referenzwiderstand (17) mit dem Eingang (11) des Mi
kroprozessors über einen Schutzwiderstand (21) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Anschlüsse (18 1, 18 2) des zu messenden Widerstan
des (18) jeweils mit einem Referenzpotential, insbesondere
Masse, über je einen Unterbrecher (22, 23) verbunden sind, der
durch den Mikroprozessor (10) in solcher Weise gesteuert wird,
daß für einen Zustand eines Unterbrechers und den entgegenge
setzten Zustand des anderen Unterbrechers der Kondensator (16)
über den Referenzwiderstand und nicht über den zu messenden
Widerstand aufgeladen oder entladen werden kann und für die
anderen Zustände dieser Unterbrecher der Kondensator (16) über
den Referenzwiderstand in Reihe mit dem zu messenden Wider
stand aufgeladen oder entladen wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Unterbrecher (22, 23) durch Transistoren gebildet sind,
deren Basis (22 2, 23 2) mit einem entsprechenden Ausgang (12,
13) des Mikroprozessors verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerelektrode jedes gesteuerten Unterbrechers über
einen Schutzwiderstand (52, 53) mit einem Ausgang des Mikro
prozessors verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum Ab
lesen der Stellung des Schleifers (19 3) eines Potentiometers
(19), dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne t 2 zur Aufla
dung oder Entladung des Kondensators (16) über den Gesamtwi
derstand des Potentiometers in Reihe mit dem Referenzwider
stand (17) bestimmt wird, daß die Zeitspanne t′₂ zur Aufladung
oder Entladung des Kondensators (16) über die Reihenschaltung
des Referenzwiderstandes (17) und des Widerstandes bestimmt
wird, der durch das Potentiometer (19) zwischen einem Endan
schluß (19 1) und dem Schleifer (19 3) gebildet wird, und daß
die Stellung des Schleifers über folgende Formel bestimmt
wird:
worin t 1 die Zeitspanne zur Aufladung oder Entladung des Kon
densators (16) über den Referenzwiderstand (17) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Endanschlüsse des Potentiometers und der Schleiferanschluß
(19 3) mit einem Referenzpotential wie Masse über jeweils zuge
hörige Unterbrecher verbunden werden, die durch entsprechende
Ausgänge (12, 14, 15) des Mikroprozessors (10) gesteuert wer
den.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Genauigkeit des Referenzwiderstandes
in der Größenordnung von ± 1% liegt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeich
net durch ihre Verwendung zur Bestimmung des Widerstandswertes
eines Thermistors zur Messung der Wassertemperatur in der Wan
ne einer Waschmaschine.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch
ihre Verwendung zur Anzeige eines Sollwertes für die Steuerung
einer Waschmaschine, insbesondere die gewünschte Temperatur
des Waschwassers, die gewünschte Drehgeschwindigkeit der Trom
mel beim Schleudern oder die in die Trommel eingegebene Wä
scheladung.
12. Vorrichtung zur Eingabe von analogen Daten in einen Mikro
prozessor (10), wobei diese Daten durch Widerstandswerte dar
gestellt werden, mit einem Kondensator (16), der mit dem zu
messenden Widerstand in solcher Weise zusammengeschaltet ist,
daß der Mikroprozessor die Zeitspanne bestimmt, welche für die
Aufladung des Kondensators (16) bis auf einen vorbestimmten
Wert (V 0) benötigt wird, wenn der Kondensator über den zu mes
senden Widerstand aufgeladen oder entladen wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß derjenige Anschluß (18 2) des zu messenden
Widerstandes (18) , welcher von dem Eingang (11) des Mikropro
zessors abgewandt ist, mit einem Anschluß (23 1) verbunden ist,
die auf ein bestimmtes Potential, insbesondere Massepotential,
über einen Unterbrecher (23) gelegt ist, welcher durch den
Mikroprozessor (10) gesteuert wird.
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