DE102011056266B4 - Method and circuit arrangement for acquiring measured values with a digital signal processor with integrated analog / digital converter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erfassung von Messwerten mit einem DSP (10) mit integriertem A/D-Wandler (11), wobei der DSP (10) mit einem externen Speicherbaustein (20) verbunden ist und einen Steuereingang (15) zur Steuerung eines Zugriffs auf den externen Speicherbaustein (20) aufweist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Signal an einem Digitalausgang (16) des DSP (10) ausgegeben wird, das auf den Steuereingang (15) des DSP (10) zurückgekoppelt wird, so dass ein Zugriff auf den externen Speicherbaustein (20) für mindestens die Dauer einer Messwerteerfassung durch den A/D-Wandler (11) unterbunden wird. Bei einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Schaltungsanordnung wirkt der Digitalausgang (16) des DSP (10) direkt oder indirekt auf den Steuereingang (15) des DSP (10) ein.The invention relates to a method and a circuit arrangement for acquiring measured values using a DSP (10) with an integrated A / D converter (11), the DSP (10) being connected to an external memory module (20) and a control input (15) for controlling access to the external memory module (20). The method is characterized in that a signal is output at a digital output (16) of the DSP (10), which is fed back to the control input (15) of the DSP (10) so that access to the external memory module (20) is prevented for at least the duration of a measured value acquisition by the A / D converter (11). In the case of a circuit arrangement suitable for carrying out the method, the digital output (16) of the DSP (10) acts directly or indirectly on the control input (15) of the DSP (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erfassung von Messwerten mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) mit integriertem Analog/Digital(A/D)-Wandler, wobei der DSP mit einem externen Speicherbaustein verbunden ist.The invention relates to a method and a circuit arrangement for acquiring measured values with a digital signal processor (DSP) with an integrated analog / digital (A / D) converter, wherein the DSP is connected to an external memory module.
Zur Messung von analogen Größen werden in elektronischen Geräten häufig A/D-Wandler eingesetzt, die in digitalen Signalprozessoren integriert sind. Der Vorteil gegenüber separaten A/D-Wandlern ist, dass die erfassten Messgrößen unmittelbar weiterverarbeitet werden können. Eine Anordnung zur Messung und Weiterverarbeitung von analogen Größen mit einem DSP ist beispielsweise aus der Druckschrift
Bei Wechselrichtern, beispielsweise für Solaranlagen, wird der eingespeiste Strom derart geregelt, dass er möglichst exakt sinusförmig ist und damit der Netzspannung folgt. Die Regelgenauigkeit hängt dabei wesentlich von der exakten Messung der analogen Größen ab, also der Genauigkeit, mit der die Momentanwerte von Strom und Spannung innerhalb des Regelzyklus erfasst, digitalisiert und weiterverarbeitet werden. Aufgrund der Komplexität der Verarbeitung der Daten werden zu diesem Zweck in Wechselrichtern häufig die genannten DSP mit A/D-Wandlern eingesetzt. Solche DSPs weisen üblicherweise zudem Schnittstellen zum Anschluss eines externen Speicherbausteins auf. Ein solcher Speicherbaustein erweitert einen intern vorgesehen Speicher und ermöglicht es, komplexere Algorithmen auszuführen. Insbesondere ermöglicht er die Programmierung und Ausführung eines Betriebssystems auf dem DSP.In the case of inverters, for example for solar plants, the fed-in current is regulated in such a way that it is as sinusoidal as possible and thus follows the mains voltage. The control accuracy depends essentially on the exact measurement of the analog quantities, ie the accuracy with which the instantaneous values of current and voltage within the control cycle are recorded, digitized and further processed. Due to the complexity of processing the data, the aforementioned DSPs with A / D converters are often used in inverters for this purpose. Such DSPs usually also have interfaces for connecting an external memory module. Such a memory device expands an internal memory and makes it possible to execute more complex algorithms. In particular, it enables the programming and execution of an operating system on the DSP.
Detaillierte Messungen haben gezeigt, dass A/D-Wandlungen, die innerhalb eines solchen Systems durchgeführt werden, Störungen in Form von fehlerhaften Digitalwerten aufweisen, wobei teilweise Ergebnisse der A/D-Wandlungen beobachtet werden, die physikalisch nicht plausibel sind. Derartige Störungen konnten nicht beobachtet werden, wenn ein vergleichbares System ohne Nutzung eines externen Speicherbausteins durch das Betriebssystem eingesetzt wird.Detailed measurements have shown that A / D conversions performed within such a system have distortions in the form of erroneous digital values, with partial results of A / D conversions being observed that are not physically plausible. Such interference could not be observed if a comparable system is used without the use of an external memory device by the operating system.
Die Speicherzugriffe werden bei der Verwendung eines Betriebssystems durch dieses ausgelöst, wobei aufgrund des kontinuierlichen Ablaufs des Betriebssystems keine Möglichkeit besteht, solche Speicherzugriffe programmtechnisch gezielt auszusetzen, d. h. insbesondere während der A/D-Wandlung zu vermeiden. Ein Verzicht auf den externen Speicherbaustein ist mit einer signifikanten Beschränkung der Leistungsfähigkeit und der Programmierbarkeit des Systems verbunden und stellt daher ebenfalls keine akzeptable Lösung dar. Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, separate A/D-Wandler zu verwenden, was jedoch mit einem erhöhten Teile- und Herstellungsaufwand verbunden ist und damit kostenintensiver ist. Schließlich besteht eine weitere Lösung darin, einen zu messenden Wert mehrfach abzutasten und anschließend fehlerhafte Messwerte zu identifizieren und zu eliminieren, oder die Auswirkung eines Fehlers durch eine Mittlung zu verringern. Diese Lösung verringert jedoch nur Symptome des beobachteten Fehlverhaltens und stellt von daher keine zufriedenstellende Alternative dar. Zudem wird eine erhöhte Rechenleistung für die Fehlererkennung und/oder die Mittlung der Messwerte benötigt, die für andere Aufgaben dann nicht mehr zur Verfügung steht.The memory accesses are triggered by the use of an operating system, which due to the continuous operation of the operating system, there is no way to deliberately suspend such memory access programmatically, d. H. especially during A / D conversion. Dispensing with the external memory device is associated with a significant limitation on the performance and programmability of the system and, therefore, is also not an acceptable solution. Another known solution is to use separate A / D converters, but with increased parts - And manufacturing effort is connected and thus more expensive. Finally, another solution is to repeatedly sample a value to be measured and then identify and eliminate erroneous readings, or reduce the effect of an averaging error. However, this solution only reduces symptoms of observed misconduct and therefore does not provide a satisfactory alternative. In addition, increased computing power is needed for error detection and / or averaging of the measurements, which is then no longer available for other tasks.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine störungsfreie A/D-Wandlung innerhalb eines mit einem Betriebssystem programmierten DSP mit angeschlossenem Speicherbaustein sicherzustellen, ohne einen externen A/D-Wandler zu verwenden und ohne dass ein erheblicher Mehraufwand für die Programmierung des DSP anfällt.It is therefore an object of the present invention to ensure a trouble-free A / D conversion within a programmed with an operating system DSP with attached memory device, without using an external A / D converter and without incurring a significant overhead for the programming of the DSP ,
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method according to
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erfassung von Messwerten mit einem DSP mit integriertem A/D-Wandler bezieht sich auf einen DSP, der mit einem externen Speicherbaustein verbunden ist und einen Steuereingang zur Steuerung eines Zugriffs auf den externen Speicherbaustein aufweist. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Signal an einem Digitalausgang des DSP ausgegeben und auf den Steuereingang des DSP zurückgekoppelt wird, so dass ein Zugriff auf den externen Speicherbaustein für mindestens die Dauer einer Messwerteerfassung durch den A/D-Wandler unterbunden bzw. blockiert wird.A method according to the invention for acquiring measured values with a DSP with integrated A / D converter relates to a DSP which is connected to an external memory module and has a control input for controlling access to the external memory module. The method is characterized in that a signal is output at a digital output of the DSP and fed back to the control input of the DSP, so that inhibits access to the external memory module for at least the duration of a measured value acquisition by the A / D converter becomes.
Es hat sich gezeigt, dass fehlerhafte Messwerte nur dann auftreten, wenn ein Zugriff auf den externen Speicherbaustein während der A/D-Wandlung stattfindet. Durch das Verfahren ist gewährleistet, dass während der gesamten Dauer der A/D-Wandlung kein Zugriff auf den externen Speicherbaustein erfolgt und damit die A/D-Wandlung nicht gestört wird und keine fehlerhaften Digitalwerte ausgibt.It has been shown that erroneous measured values only occur if access to the external memory module takes place during the A / D conversion. The procedure ensures that no access is made to the external memory module during the entire duration of the A / D conversion, so that the A / D conversion is not disturbed and does not output erroneous digital values.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Signal am Digitalausgang unmittelbar auf den Steuereingang des DSP zurückgekoppelt, wobei das Signal vom DSP vor Beginn der Messwerteerfassung gesetzt und nach dem Ende der Messwerteerfassung zurückgesetzt wird. Auf diese Weise kann das Verfahren mit dem geringstmöglichen Hardwareaufwand umgesetzt werden.In an advantageous embodiment of the method, the signal at the digital output is fed back directly to the control input of the DSP, wherein the signal is set by the DSP before the beginning of the measured value acquisition and reset after the end of the measured value acquisition. To this The method can be implemented with the least possible hardware outlay.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Signal am Digitalausgang über ein Zeitglied auf den Steuereingang des DSP zurückgekoppelt, wobei das Signal am Digitalausgang pulsförmig ist und vom DSP vor Beginn der Messwerteerfassung ausgegeben wird, und wobei das Signal durch das externe Zeitglied so verlängert wird, dass der Steuereingang nach dem Ende der Messwerteerfassung zurückgesetzt wird. Auf diese Weise kann das Verfahren durchgeführt werden, auch wenn vom DSP nur ein solches Signal ausgegeben werden kann, das den Beginn einer Messwerteerfassung kennzeichnet.In a further advantageous embodiment of the method, the signal at the digital output is fed back via a timer to the control input of the DSP, wherein the signal at the digital output is pulse-shaped and output by the DSP before the start of the measured value detection, and wherein the signal is so extended by the external timer in that the control input is reset after the end of the measured value acquisition. In this way, the method can be performed, even if only such a signal can be output by the DSP that marks the beginning of a measured value acquisition.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden Zugriffe auf den externen Speicherbaustein programmtechnisch bei dem DSP auf einen Zeitabschnitt konzentriert, der jeweils möglichst unmittelbar vor der Messwerteerfassung liegt. Auf diese Weise werden die neben der Messwerteerfassung vom DSP durchgeführten Aufgaben möglichst wenig durch die Blockierung des Speicherzugriffs behindert.In a further advantageous embodiment of the method, accesses to the external memory module are program-technically concentrated in the DSP to a time segment that lies in each case as directly as possible before the measured value acquisition. In this way, the tasks performed by the DSP in addition to the measured value acquisition are hindered as little as possible by blocking the memory access.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird dieses innerhalb eines Wechselrichters, insbesondere im Rahmen eines PWM-Regelverfahrens ausgeführt. Zum einen erfordert das PWM-Regelverfahren höchste Messgenauigkeiten bei der Messwerteerfassung und zum anderen eignet sich die Zeitstruktur des PWM-Regelverfahrens gut zur Durchführung des Verfahrens.In a further advantageous embodiment of the method, this is carried out within an inverter, in particular in the context of a PWM control method. On the one hand, the PWM control method requires the highest measurement accuracy in the acquisition of measured values, and on the other hand, the time structure of the PWM control method is well suited to carrying out the method.
Bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erfassung von Messwerten mit einem DSP mit integriertem A/D-Wandler ist der DSP mit einem externen Speicherbaustein verbunden und weist einen Steuereingang zur Steuerung eines Zugriffs auf den externen Speicherbaustein auf. Die Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Digitalausgang des DSP direkt oder indirekt mit dem Steuereingang des DSP verbunden ist. Es ergeben sich für die Schaltungsanordnung die gleichen Vorteile wie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren.In a circuit arrangement according to the invention for acquiring measured values with a DSP with integrated A / D converter, the DSP is connected to an external memory module and has a control input for controlling access to the external memory module. The circuit arrangement is characterized in that a digital output of the DSP is connected directly or indirectly to the control input of the DSP. This results in the same advantages for the circuit arrangement as in the method described above.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe von zwei Figuren näher erläutert.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment with reference to two figures.
Es zeigen:Show it:
Der DSP
Weiter ist bei dem DSP
Anmeldungsgemäß wird der Steuereingang
Ein anmeldungsgemäßes Verfahren zum Erfassen von Messwerten wird im Folgenden anhand eines Zeitdiagramms erläutert. Das Verfahren kann beispielsweise mit der in
Am Anfang jeder Periode werden Messwerte verschiedener Sensoren für das PWM-Regelverfahren benötigt, wobei an die Qualität der Messwerte, insbesondere ihre Genauigkeit und Stabilität erhöhte Anforderungen gestellt werden. Die Messwerte werden innerhalb eines Messblocks der Dauer Δt von dem mindestens einen A/D-Wandler
Bei dem anmeldungsgemäßen Verfahren wird für die Dauer der Messwerteerfassung (Messblock) über den Steuereingang
Es hat sich gezeigt, dass fehlerhafte Messwerte nur auftreten, wenn ein Zugriff auf den externen Speicherbaustein während der A/D-Wandlung stattfindet. Durch das anmeldungsgemäße Verfahren ist gewährleistet, dass während der gesamten Dauer der A/D-Wandlung kein Zugriff auf den externen Speicherbaustein erfolgt und damit die A/D-Wandlung nicht gestört wird.It has been shown that erroneous measured values only occur if access to the external memory module takes place during the A / D conversion. The method according to the application ensures that no access is made to the external memory module during the entire duration of the A / D conversion and therefore that the A / D conversion is not disturbed.
Sofern das Betriebssystem des DSP
In einer alternativen Ausführung der Schaltungsanordnung ist vorgesehen, den Steuereingang
Bevorzugt können Speicherzugriffe durch eine entsprechende Programmierung des DSP
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