DE69021112T2

DE69021112T2 - Verfahren zum Differenzieren von Frequenzen.

Info

Publication number: DE69021112T2
Application number: DE69021112T
Authority: DE
Inventors: Gertjan Rhebergen
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: NL8900807A; KR900016763A; KR100192719B1; CA2013444A1; HK169896A; DE69021112D1; ATE125627T1; JPH02287162A; EP0392582B1; EP0392582A1; ES2077627T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Differenzieren von Frequenzen einer Wechselspannung mittels eines mit der Wechselspannung verbundenen Prozessors, wobei:
- ein erster Nulldurchgang der Wechselspannung detektiert wird, worauf in dem Prozessor ein Programm gestartet wird;
- dieses Programm eine Schleife umfaßt mit einer festen Anzahl von Instruktionen, wobei die Zykluszeit dieser Schleife viel kleiner ist als eine minimal zu erwartende Periode der Wechselspannung, und
- die Schleife eine Zählinstruktion umfaßt zum Zählen der Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren ist aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 56- 145261 bekannt. Bei dieser japanischen Patentschrift wird zwischen zwei möglichen Frequenzen einer Wechselspannung dadurch differenziert, daß nach einem Nulldurchgang derselben ein Signal mit einer Zeitdauer erzeugt wird, die zwischen den Perioden liegt, die den zwei möglichen Frequenzen zugeordnet sind. Zu dem Endzeitpunkt dieses Signals wird die Polarität der Wechselspannung wahrgenommen, wobei diese Polarität eine Anzeige zur Ermittlung der Frequenz ist. Wenn die Polarität dann deijenigen Polarität entspricht, wie diese unmittelbar nach dem detektierten Nulldurchgang war, ist die Periode kürzer als die Zeitdauer des Signals. Bei einer entgegengesetzten Polarität ist die Periode länger als die Zeitdauer des Signals. Im ersten Fall ist die Frequenz die höhere der zwei und im zweiten Fall die niedrigere Frequenz.
Dabei ist es also nur möglich zwischen zwei möglichen Frequenzen dadurch zu differenzieren, daß die Polarität entweder gleich bleibt oder das Vorzeichen wechselt.
In der europäischen Patentanmeldung Nr. A-0058050 wird eine Anordnung zur Frequenzdetektion beschrieben. Diese Anordnung detektiert die Nulldurchgänge einer AC-Eingangsspannung. Darauf werden durch einen einzelnen Zähler Taktimpulse mit einem bekannten Wiederholungsintervall und erzeugt von einer Taktimpulsgeneratorschaltung gezählt bis ein zweiter Nulldurchgang der Wechselspannung detektiert wird. Der Wert des Zählers wird dann durch eine einzelne Vergleichsschaltung mit einem Wert verglichen, der eine vorbestimmte Frequenz darstellt. Durch diesen Vergleich wird entschieden, ob die Frequenz der Eingangsspannung Meiner oder größer ist als die vorbestimmte Frequenz.
In der US-Patentschrift Nr. 4.231.029 wird eine Anordnung zum Erzeugen eines Alarmsignals beschrieben, wenn die Frequenz einer AC-Eingangsspannung außerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Diese Anordnung weicht in dem Sinne von der obenstehend beschriebenen Anordnung ab, daß der Nulldurchgangsdetektor einen Taktimpulsgenerator aktiviert nach einem ersten Nulldurchgang und den Taktimpulsgenerator nach einem zweiten Nulldurchgang deaktiviert. Während einer ersten halben Periode testet die Schaltungsanordnung ob das eintreffende Signal über einer niedrigen Frequenzgrenze liegt und während der nachfolgenden halben Periode testet die Schaltungsanordnung, ob das eintreffende Signal unterhalb eines hohen Frequenzgrenze liegt. Die Art und Weise die Zählung der Taktimpulse und des Vergleichs des Entwertes des Zählers mit einem Wert, der eine vorbesümmte Frequenz darstellt, werden auf dieselbe Art und Weise durchgeführt wie in der Frequenzdetektorschaltung.
Die beiden Anordnungen enthalten einzelne Zähler, Vergleichsschaltungen und Taktimpulsgeneratoren. Dies bedeutet, daß Geräte mit einer derartigen Anordnung mit einem zusätzlichen Zähler, einer zusätzlichen Vergleichsanordnung und einem zusätzlichen Taktimpulsgenerator versehen werden müssen. Wenn die Anordnung nach US 4.231.029 unter mehr als zwei Frequenzen differenzierten muß, sollte das Verfahren während zusätzlicher Halbperioden wiederholt werden, wodurch in jeder Halbperiode die Anzahl Taktimpulse mit einem anderen vorbestimmten Wert verglichen werden muß.
Es ist nun eine Aufgabe der Erfindung, auf völlig softwaremäßige Weise während einer halben Periode der Wechselspannung zwischen mehreren Frequenzen zu differenzieren.
Dazu weist das erfindungsgemäße Verfahren das Kennzeichen auf, daß
- diese Schleife eine Detektionsinstruktion umfaßt zum Detektieren eines nächten Nulldurchgangs
- in Antwort auf die Detektion dieses nächsten Nulldurchgangs die Schleife verlassen wird,
- daraufhin die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen mit mindestens einem vorbestimmten Wert verglichen wird und
- je nach dem Vergleichsergebnis mindestens ein Ausgangsleiter des Prozessors in einen zugeordneten logischen Zustand gebracht wird.
Nach Detektion eines ersten Nulldurchgangs zählt das Programm die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen, deren Zykluszeit bekannt ist, bis zur Detektion eines nächsten Nulldurchgangs. Diese insgesamt durchlaufene Anzahl Schleifenzyklen ist für die Zeitdauer zwischen den zwei Nulldurchgängen und folglich auch für die Periodendauer der Wechselspannung maßgebend. Die Gesamtanzahl durchlaufener Schleifenzyklen wird daraufhin mit einem oder mehreren vorbestimmten Werten verglichen. Bei einem Vergleich mit nur einem vorbestimmten Wert ist die Gesamtanzahl durchlaufener Schleifenzyklen kleiner oder größer als dieser Wert und es kann also zwischen zwei möglichen Frequenzen differenziert werden. In dem Fall reicht nur ein Ausgangsleiter aus um das Vergleichsergebnis wieder zu geben (beispielsweise der logische Wert eins für die höhere Frequenz und den logischen Wert Null für die niedrigere Frequenz).
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Kennzeichen auf, daß
- je nach dem Vergleich mit dem ersten Ausgangsleiter die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen mit wenigstens einem zweiten vorbestimmten Wert verglichen wird und
- wenigstens ein zweiter Ausgangsleiter des Prozessors in einen entsprechenden logischen Zustand gebracht wird.
Bei einem Vergleich mit zwei bzw. drei vorbestimmten Werten kann zwischen drei bzw. vier möglichen Frequenzen differenziert werden. In dem Fall reichen zwei Ausgangsleiter aus um das Vergleichsergebnis wiederzugeben (beispielsweise wenn zwischen vier möglichen Frequenzen differenziert wird, die Werte Null (00), eins (01), zwei (10) und drei (11) für die jeweiligen möglichen Frequenzen).
Dieses erfindungsgemäße Verfahren braucht keine zusätzlichen Takt impulsgeneratoren, Zähler oder Vergleichsschaltungen, wie im Stand der Technik. Die aufgaben dieser Elemente werden von dem Prozessor übernommen, der in dem meisten modernen Geräten, wie beispielsweise einem modernen Fernsprecher, bereits vorhanden ist. Weiterhin kann zwischen einer Vielzahl von Frequenzen differenziert werden ohne Wiederholung des Verfahrens während zusätzlicher Halbperioden. Eine Art und Weise dies zuerreichen wird in der detaillierten Beschreibung ausgearbeitet. Es ist auch einfach eine erfindungsgemäß arbeitende Anordnung auf einen anderen Frequenzbereich einzustellen. Dies kann durch Änderung der Länge eines Schleifenzyklus erfolgen und zwar durch Vergrößerung oder Verringerung der Anzahl benutzter Instruktionen darin.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden naher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Differenzieren zwischen zwei möglichen Frequenzen,
Fig. 2 ein anderes Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Differenzieren zwischen vier möglichen Frequenzen,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Anordnung, die sich zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet.
Das in Fig. 1 dargestellte Flußdiagramm umfaßt sieben Blöcke, welche die nachfolgende Beschreibungen haben:
- Block 1 (Start; i = 0); am Anfang des Verfahrens wird die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen i auf Null gesetzt.
- Block 2 (Test Nulldurchgang, V = 0?); solange kein Nulldurchgang der Wechselspannung detektiert wird, wird der Testvorgang nach dem Verfahren fortgesetzt; wenn ein Nulldurchgang detektiert wird: gehe zu Block 3;
- Block 3 (i: = i + 1); die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen i wird um den Wert eins erhöht;
- Block 4 (Test Nulldurchgang, V = 0?); solange kein Nulldurchgang detektiert wird: zurück zu Block 3, Block 3 und Block 4 bilden zusammen einen Schleifenzyklus; wenn ein Nulldurchgang detektiert wird: zu Block 5.
- Block 5 (Test i > k?); i ist die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen; k ist der vorbestimmte Wert; wenn i > k ist der vorbestimmte Wert; wenn i > k: zu Block 6, sonst zu Block 7;
- Block 6 (50 Hz); die Frequenz der Wechselspannung ist 50 Hz;
- Block 7 (60 Hz); die Frequenz der Wechselspannung ist 60 Hz.
Wenn ein mit einem Prozessor versehenes Gerät, beispielsweise ein Fernsprecher, an das elektrische Versorgungsnetz angeschlossen wird, deren Frequenz 50 oder 60 Hz beträgt, wird das Programm gestartet, dessen Flußdiagramm in Fig. 1 dargestellt ist. Die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen, bezeichnet mit dem Buchstaben, i, erhält den Wert Null (Block 1). Daraufhin, testet das Programm ob in der Wechselspannung des elektrischen Versorgungsnetzes ein Nulldurchgang auftritt (Block 2). Solange dies nicht der Fall ist, fahrt das Programm mit dem Testvorgang fort. Die zum Detektieren eines Nulldurchgangs erforderliche hardware-mäßige Kopplung zwischen dem Prozessor und dem elektrischen Versorgungsnetz wird meistens bereits vorhanden sein; beispielsweise wenn dieses Fernsprechgerät die Uhrzeit in einem Anzeigefeld wiedergibt. Die Wechselspannung des elektrischen Versorgungsnetzes gibt eine bessere Langfriststabilität als der relativ ungenaue Prozessortaktimpulsgenerator.
Wenn die hardware-mäßige Kopplung zwischen dem Prozessor und dem elektrischen Versorgungsnetz nicht vorhanden ist, kann diese Kopplung auf eine für den Fachmann einfache und preisgünstige Weise verwirklicht werden.
Wenn das Programm einen Nulldurchgang der Wechselspannung des elektrischen Versorgungsnetzes detektiert (Block 2), gelangt das Programm in eine Schleife (Block 3 und 4). Diese Schleife umfaßt eine feste Anzahl Instruktionen und hat dadurch eine konstante Zykluszeit von beispielsweise 10 us. In dieser Schleife wird zunächst die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen i um einen Wert eins erhöht (Block 3) und daraufhin wird getestet, ob ein Nulldurchgang der Wechselspannung auftritt (Block 4). Solange dieser Nulldurchgang nicht detektiert wird, bleibt das Programm in der Schleife (zu Block 3). Wenn der Nulldurchgang detektiert wird, verläßt das Programm die Schleife und das Programm testet, ob die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen i größer ist als ein vorbestimmter Wert k (Block 5). Wenn dies stimmt, wählt das Programm für eine Frequenz von 50 Hz (Block 6). Wenn die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen i nicht größer ist als der vorbestimmte Wert k, wählt das Programm für eine Frequenz von 60 Hz (Block 7).
Bei einer Frequenz von 50 Hz ist die Zeitdauer zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen (eine halbe Periode) 10 ms. Bei einer Frequenz von 60 Hz ist dies etwa 8,33 ms. Im ersten Fall wird die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen etwa 1000 betragen, im zweiten Fall etwa 833. Für k soll dann ein Wert zwischen 833 und 1000 gewählt werden, beispielsweise der Wert 900.
Das in Fig. 2 dargestellte Flußdiagramm umfaßt elf Blöcke, welche die nachfolgende Bedeutung haben:
- Block 1 (Start; i = 0); siehe Fig. 1;
- Block 2 (Test Nulldurchgang V = 0?); siehe Fig. 1;
- Block 3 (i: = I + 1); siehe Fig. 1;
- Block 4 (Test Nulldurchgang, V = 0); siehe Fig. 1;
- Block 10 (Test i > k&sub1;?); k&sub1; ist der erste vorbestimmte Wert; wenn i > k&sub1;: zu Block 11, sonst zu Block 16;
- Block 11 (Test i > k&sub2;?); k&sub2; ist der zweite vorbestimmte Wert (k&sub2; > k&sub1;); wenn i > k&sub2;: zu Block 12, sonst zu Block 15;
- Block 12: (Test i > k&sub3;?): k&sub3; ist der dritte vorbestimmte Wert (k&sub3; > k&sub2;); wenn i > k&sub3; : zu Block 13, sonst zu Block 14;
- Block 13: (1000 Hz); die Frequenz der Wechselspannung ist 1000 Hz;
- Block 14: (2000 Hz); die Frequenz der Wechselspannung ist 2000 Hz;
- Block 15: (3000 Hz); die Frequenz der Wechselspannung ist 3000 Hz;
- Block 16: (4000 Hz); die Frequenz der Wechselspannung ist 4000 Hz. Ein nach diesem Flußdiagramm arbeitendes Programm differenziert zwischen vier möglichen Frequenzen, die in diesem Ausführungsbeispiel 1000, 2000, 3000 und 4000 Hz betragen.
Beim Starten des Programms bekommt die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen i den Wert Null. Daraufhin testet das Programm, ob in der Wechselspannung ein Nulldurchgang auftritt (Block 2). Solange dies nicht der Fall ist, setzt das Programm den Testvorgang fort. Für die hardware-mäßige Kopplung zwischen dem Prozessor und der Wechselspannung gilt, wie bereits bei Fig. 1 beschrieben, daß wenn diese Kopplung nicht vorhanden ist, diese auf einfache und preisgünstige und dem Fachmann bekannte Art und Weise verwirklicht werden kann.
Wenn das Programm einen Nulldurchgang der Wechselspannung detektiert (Block 2), gelangt das Programm in eine Schleife (Block 3 und 4) mit einer festen Anzahlinstruktionen. Dadurch ist die Zykluszeit konstant, beispielsweise wieder 10 us, wie ebenfalls in der Beschreibung nach Fig. 1 vorausgesetzt wurde. Dadurch, daß die Anzahlinstruktionen in der Schleife größer bzw. kleiner gemacht wird, wird die Zykluszeit länger bzw. kürzer und kann diese auf diese Weise auf einen gewünschten Wert gebracht werden, je nach der Größe der zu bestimmenden Frequenz(en).
In dieser Schleife wird zunächst die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen i um den Wert eins erhöht (Block 3) und daraufhin wird auf einen Nulldurchgang der Wechselspannung getestet (Block 4). Wenn der Nulldurchgang detektiert wird, verläßt das Programm die Schleife und das Programm testet, ob die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen i größer ist als ein erster vorbestimmter Wert k&sub1; (Block 10). Wenn dies nicht der Fall ist, wählt das Programm für eine Frequenz von 4000 Hz (Block 16). Ist dies der Fall, so testet das Programm, ob die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen i größer ist als ein zweiter vorbestimmter Wert k&sub2; (Block 11). Ist dies nicht der Fall, so wählt das Programm für eine Frequenz von 3000 Hz (Block 15). Ist dies der Fall, so testet das Programm ob die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen i größer ist als ein dritter vorbestimmter Wert k&sub3; (Block 12). Wenn dies nicht der Fall ist, wählt das Programm für eine Frequenz von 2000 Hz und wenn dies der Fall ist, wählt das Programm für eine Frequenz von 1000 Hz.
Bei einer Frequenz von 1000 Hz ist die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen (eine halbe Periode) 500 us, was etwa 50 Schleifenzyklen entspricht. Für eine Frequenz von 2000 Hz wird auf diese Weise eine Zeitdauer von 250 us gefunden (etwa 25 Schleifenzyklen). Eine Frequenz von 3000 Hz hat eine Zeitdauer von etwa 167 us (etwa 16 Schleifenzyklen) und eine Frequenz von 4000 Hz hat eine Zeitdauer von 125 us (etwa 12 Schleifenzyklen). Der erste vorbestimmte Wert k&sub1; soll dann zwischen den Werten 12 und 16 gewählt werden, beispielsweise der Wert 14. Der zweite vorbestimmte Wert k&sub2; soll dann zwischen den Werten 16 und 25 gewählt werden, beispielsweise der Wert 20. Der dritte vorbestimmte Wert k&sub3; soll zwischen den Werten 25 und 50 gewählt werden, beispielsweise der Wert 37.
Das in Fig. 3 dargestellte Blockschaltbild einer Anordnung geeignet zum Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt einen Prozessor 20 mit einem Eingangsleiter 21 und einem Ausgangsleiter 22, die beide in dem Prozessor 20 mit Speicherfeldern 23 gekoppelt sind. In diesen Speicherfeldern 23 werden software-mäßig eine erste Nulldurchgangsdetektorfunktion 24, eine zweite Nulldurchgangsdetektorfunktion 25, eine Zählerfunktion 26 und eine Vergleichsfunktion 27 verwirklicht. Nach Detektion eines ersten Nulldurchgangs durch die erste Nulldurchgangsdetektorfunktion 24 wird das Programm mit der Schleife mit der festen Anzahl Instruktionen gestartet und die Zählerfunktion 26 wird gestartet, welche die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen der Schleife zählt. Nach Detektion eines nachfolgenden Nulldurchgangs durch die zweite Nulldurchgangsdetektorfunktion 25 wird diese Zählerfunktion 26 angehalten. Die Vergleichsfunktion 27 vergleicht daraufhin die Zählerstellung der Zählerfunktion 26, wobei diese Zählerstellung der Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen entspricht, mit einem oder mehreren vorbestimmten Werten und gibt daraufhin zum Ausgangsleiter 22 ein Ausgangssignal, wobei dieser Ausgangsleiter in einen dem Ergebnis des Vergleichsvorgangs zugeordneten logischen Zustand gebracht wird.

Claims

1. Verfahren zum Differenzieren von Frequenzen einer Wechselspannung mittels eines mit der Wechselspannung verbundenen Prozessors, wobei:

- ein erster Nulldurchgang der Wechselspannung detektiert wird, worauf in dem Prozessor ein Programm gestartet wird;

- dieses Programm eine Schleife umfaßt mit einer festen Anzahl von Instruktionen, wobei die Zykluszeit dieser Schleife viel kleiner ist als eine minimal zu erwartende Periode der Wechselspannung, und

- die Schleife eine Zählinstruktion umfaßt zum Zählen der Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen,

dadurch gekennzeichnet, daß

- diese Schleife eine Detektionsinstruktion umfaßt zum Detektieren eines nächten Nulldurchgangs

- in Antwort auf die Detektion dieses nächsten Nulldurchgangs die Schleife verlassen wird,

- daraufhin die Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen mit mindestens einem vorbestimmten Wert verglichen wird und

- je nach dem Vergleichsergebnis mindestens ein Ausgangsleiter des Prozessors in einen zugeordneten logischen Zustand gebracht wird.

2. Verfahren zum Differenzieren von Frequenzen einer Wechselspannung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- je nach dem Vergleich mit dem ersten Ausgangsleiter die Anzahl durchlaufener Schleifenzykien mit wenigstens einem zweiten vorbestimmten Wert verglichen wird und

- wenigstens ein zweiter Ausgangsleiter des Prozessors in einen entsprechenden logischen Zustand gebracht wird.

3. Vorrichtung zum Implementieren des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei der mit der Versorgungswechselspannung verbundene Prozessor vorgesehen ist, der die nachfolgenden Verfahrensschritte duchführt:

- Detektieren des Nulldurchgangs der Versorgungswechselspannung in Antwort worauf in dem Prozessor das Programm mit der Schleife mit einer festen Anzahl Instruktionen gestartet wird, wobei die Zykluszeit der Schleife viel kürzer ist als die minimal vorhersehbare Periode der Wechselspannung und

- das Addieren der Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor weiterhin vorgesehen ist zum Durchführen der nachfolgenden Verfahrensschritte:

- das Detektieren des nächsten Nulldurchgangs während jedes Schleifenzyklus;

- das Unterbrechen der Schleife nach Detektiion dieses nächsten Nulldurchgangs;

- das Vergleichen der Anzahl durchlaufener Schleifenzyklen mit wenigstens einem ersten vorbestimmten Wert und

- je nach dem Ergebnis des Vergleichs, das überführen wenigstens eines ersten Ausgangsleitens in den entsprechenden logischen Zustand.