201190. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés digitális jelek analóg jellé való alakítására
HU 201190 B ■7 A találmány tárgya eljárás digitális jelek analóg jellé való alakítására, amely eljárás során a digitális jeleket logikai egységen keresztül mikroprocesszorra juttatjuk, majd a digitális jelek nagyságától függően egy bittárba 1 és 0 értékeket írunk be oly módon, hogy egy ciklusidőre az 1 állapotok összideje arányos legyen a digitális jelek nagyságával, ezután a bittárral egy analóg kapcsolót vezérlünk oly módon, hogy ha a bittár tartalma 0, a szűrő bemenetét nulla feszültségre, vagy ha a bittár tartalma 1, a szűrő bemenetét referencia feszültségre kapcsoljuk, akkor a szűrő kimenetén a digitális jel nagyságával arányos analóg jel jelenik meg. A találmány tárgya továbbá kapcsolási elrendezés digitális jelek analóg jellé való alakítására, amely kapcsolási elrendezésben mikroszámítógép logikai egységen, előnyösen tárral ellátott logikai egységen keresztül mikroprocesszorra csatlakozik, amely mikroprocesszor kimenetei bittánra vannak kötve és a bittámak bitenként egy-egy kimenete, továbbá a bittár kimeneteinek mindegyikén egy-egy analóg kapcsoló van, míg az analóg kapcsolóra egy-egy szűrő csatlakozik. Az ilyen átalakítóknál egy mikroprocesszor egy kapcsolót váltakozva nullára és referencia feszültségre kapcsol és egy időegységre vonatkozóan a referencia feszültségre kapcsolt állapot ideje arányos a digitális értékkel. Folytonos és szakaszos ipari folyamatok irányítására szolgáló többcsatornás berendezés tipikus felépítését szemlélteti az 1. ábra. Egy 1 mikroszámítógéphez - mely mikroprocesszorból, memóriából, real-time órából és egyéb elektronikus egységekből áll - a következő egységek csatlakoznak:- analóg jelek 2 jelfogadó és jelátalakító egysége, mely méréspontváltóból és A/D átalakítóból áll és bemenetére az ipari folyamattól jövő 8 analóg jelek csatlakoznak;- kétállapotú jelek 3 jelfogadó egysége, mely bemenetére az ipari folyamattól jövő 9 kétállapotú jelek csatlakoznak;- analóg jelek 4 jelátalakító és jelkiadó egysége, mely D/A átalakítóból és analóg erősítőkből áll és kimenetén az ipari folyamatot vezérlő 10 analóg jelek jelennek meg;- kétállapotú jelek 5 jelkiadó egysége, melynek kimenetén az ipari folyamatot vezérlő relék, félvezető relék, mágnesszelepek 11 működtető jelei jelennek meg;- 6 kezelő egység, mely kijelzőket, nyomógombokat, kapcsolókat foglal magába;- 7 kommunikációs egység, mely bemeneti/kimeneti jeleivel csatlakozást biztosít fölérendelt számítógéphez és/vagy többprocesszoros hálózati rendszerhez. Az analóg jelek 4 jelátalakító és jelkiadó egységének egy ismert megoldásánál (2. ábra) az 1 mikroszámítógéphez kimeneti csatornánként egy 8-16 bites 12a, 12b, ... I2k tár, 13a, 13b, ... 13k D/A átalakító, 14a, 14b, ... 14k kimenő erősítő tartozik, melynek kimenetén az irányított folyamathoz csatlakozó (pl. 4—20 mA-es) 10a, 10b, ... 10k analóg jelek jelennek meg. A 13 D/A átalakító ismert megoldásait szemlélteti a 3., 4. és 5. ábra. A 3. ábra szerinti elrendezésnél a 12 tár kimenetéhez 15 kapcsolt áramgenerátorok csatlakoznak. Az egyes áramgenerátorok áramának nagysága 2 hatványai szerint növekszik. (I; 21; 2ZI; ... 2nI, ahol n a tárban az adatbitek száma.) Az áramok összege a 16 összegző kimenetén a 13 D/A átalakító kimenő jele. A 4. ábra szerinti elrendezésnél a 12 tár kimenetéhez 17 kapcsolóvezérlő csatlakozik. Az R és 2R ellenállásokból álló 18 ellenálláslétra 2R ellenállásain rendre I, 21, ... 2nI áram folyik. A 17 kapcsolóvezérlővel működtetett 19 kapcsolók az áramokat földre, illetve 20 erősítő bemenetére csatlakoztatják. A 20 erősítő egy R ellenállással visszacsatolt műveleti erősítő. A műveleti 20 erősítő kimenő feszültsége a 13 D/A átalakító kimenő jele. Az 5. ábra szerinti elrendezésnél a 12 tár kimenetéhez 21 digitális érték/impulzus szélesség átalakító csatlakozik. A 21 digitális érték/impulzus szélesség átalakító egy ismert megoldásánál két számlálót tartalmaz. Az egyik számlálóba a tár tartalma kerül beírásra, amikor a másik számláló tartalma nulla. A számláló kimenete kapcsolót vezérel, mely egy 22 szűrő bemenetét a digitális értékkel arányos időre referencia feszültségre, különben nullára kapcsolja. A 22 szűrő kimenő feszültsége a 13 D/A átalakító kimenő jele. Az analóg jelek 4 jelátalakító és jelkiadó egysége egy másik ismert megoldásánál (6. ábra) az 1 mikroszámítógéphez csatlakozó 23 tár minden kimenő jel digitális értékét tartalmazza. Az összes kimeneti csatornához egyetlen 25 D/A átalakító tartozik, mely célszerűen a 3., vagy 4. ábra szerinti felépítésű. A 25 D/A átalakító bemenetére a 24 vezérlő egymás után rákapcsolja az egyes kimeneteket meghatározó digitális értéket. Ezzel egyidejűleg a 24 vezérlő kimenő jelének hatására a 26 csatomaváltó a 25 D/A átalakító kimenetére csatlakoztatja a 27a, 27b, ... 27k analóg tartóerősítők közül a kiválasztott csatornához tartozót. Az összekapcsolt állapotot 24 vezérlő meghatározott ideig fenntartja, célszerűen olyan időtartamra, mely alatt a kimenő jel állandósult értékét eléri. Ezután 24 vezérlő a következő csatornához tartozó digitális értéket csatlakoztatja a 25 D/A átalakító bemenetére és 26 csatomaváltó a 25 D/A átalakító kimenetét a 27a, 27b, ... 27k analóg tartóerősítők közül a következő bemenetére csatlakoztatja. A műveletsort a 24 vezérlő az összes csatornán elvégzi, majd újra az első csatornát csatlakoztatja a 25 D/A átalakítóhoz. A 27a, 27b, ... 27k analóg tartóerősítők 10a, 10b, ... 10k analóg jele az irányított folyamathoz csatlakozik. A 27a, 27b, ... 27k analóg tartóerősítők célszerű felépítése olyan, hogy a 25 D/A átalakító kimenetére csatlakoztatás után az új analóg kimenet értéke gyorsan beáll, majd a 26 csatomaváltó szakadná válása után a kimenő jel az értékét hosszú ideig változatlanul megtartja. Az ipari folyamatok irányítására használt több analóg kimenetű 4 jelátalakító és jelkiadó egységek közül a csatornánként külön gyors 13 D/A átalakítót tartalmazók analóg kimenő jele a digitális érték változását gyorsan követi. Ezek ára - mivel a 13 D/A átalakító viszonylag költséges - kedvezőtlenül magas. Ha csatornánként külön gyors 13 D/A átalakítót a 4 jelátalakító és jelkiadó egység nem tartalmaz, a digitális jel változását az analóg kimenet változása lassan követi. A mikroprocesszorok, memória áramkörök egyre csökkenő ára gazdaságossá teszi az analóg áramkörök (pl. 4. ábra szerinti D/A átalakító) helyettesítését ezen 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
