DE3900782A1 - Vorrichtung zur eingabe von daten in einen mikroprozessor, insbesondere fuer die steuerung eines haushaltsgeraetes - Google Patents

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.

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.