DE2800645C3 - Schaltungsanordnung zum Erfassen und Umwandeln von Analogdaten in digitale Daten - Google Patents

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

Spannungsfrequenzwandlers verbunden ist, welcher

einen Teil eines Analogdigitalwandlers darstellt, welch letzterer einen Zähler zur Umwandlung der genannten

Frequenz in Digitaldaten besitzt Seit der Einführung logischer Schaltungen in großem

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

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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

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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 U_rCf 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 LZ_n* 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 U_rer. 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 U_rCf 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 U_rci/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 2U_rcr/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 U_rcil3 und 2ίΛ,./73 ist, welche Zeit sich schreiben läßt als

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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)

28 OO 645 Patentansprüche:

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 (U_nO 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 (U_rcr) 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 (U_rcf) 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.