JPH1188165A - アナログ信号の入力装置及びその入力方法ならびに記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度に不安定な電圧を基準としても、Ａ／Ｄ
変換精度の確保する。 【解決手段】 アナログ信号２１２をディジタル信号２
１５に変換するＡ／Ｄコンバータ２１４と、マイコン２
７０とを具備し、ディジタル信号２１５を外部へ出力す
るアナログ信号の入力装置２０１で、Ａ／Ｄコンバータ
２１４に、Ａ／Ｄ変換の基準となる第一の基準電圧２５
２と、温度安定性を有する第二の基準電圧２８２を入力
させ、第一の基準電圧２５２の温度変動に基づくアナロ
グ信号２１２のＡ／Ｄ誤差を、第二の基準電圧２８２の
Ａ／Ｄ変換値２６３を規定値として、マイコン２７０で
補正させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、アナログ信号の入
力装置及びその方法ならびに記録媒体に係り、アナログ
入力信号をＡ／Ｄコンバータを介してディジタル信号に
変換し、それを外部へ出力するアナログ信号の入力装置
・方法・記録媒体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４を参照して、従来のアナログ信号の
入力装置を説明する。図４は、従来のアナログ信号の入
力装置のブロック構成図である。アナログ信号の入力装
置１には、各種センサやトランスデューサからのアナロ
グ入力信号（電流もしくは電圧）が入力する。

【０００３】前記アナログ入力からマルチプレクサ１１
により選択された入力信号１２は、増幅回路１３により
アナログ入力電圧Ｖｓ５０に増幅され、Ａ／Ｄコンバー
タ１４内に配設されている変換回路５３を介してディジ
タル信号に変換される。前記変換されたディジタル出力
値Ｙｓ１５は、マイコン７０内部のＣＰＵ１６で各点の
計測値Ｘｓ１７としてメモリ１８に格納される。この計
測値は、接続されている上位装置１９へ伝送される。

【０００４】図６を参照し、図４のアナログ信号の入力
装置の動作を説明する。図６は、従来のアナログ信号の
入力装置におけるスケーリング図である。図６に示す如
く、増幅回路１３ａ及び変換回路１３ｂが、アナログ信
号のフルスケール値を、トランスデューサからの出力信
号に対応させており、分解能１０ビット（１０２３分
割）のＡ／Ｄコンバータ１４を用いた場合、理論上、下
限フルスケール値の入力時は“０”に、上限フルスケー
ル値の入力時は“１０２３”にディジタル変換されるよ
うに、構成されている。

【０００５】実際の装置では、各電子部品の精度によっ
てディジタル出力値に誤差が生じ、各装置毎の器差を補
正するために、上限調整用可変抵抗器２０及び下限調整
用可変抵抗器２１が設けられ、これらを用いて理論値に
近づくよう調整が行われている。また、上記調整モード
と通常の計測モードを切り替えるための切替部３０が設
けられている。更に、調整結果を外部に知らせる手段で
ある表示部４０も設けられている。

【０００６】次に、従来例におけるソフトウエア処理を
説明する。図５は、従来例におけるＰＡＤ図である。図
５に示すように、（Ｓ００１）において、切替部３０の
調整／計測切替部を確認し、調整モードとする。（Ｓ０
０２）において、さらに、切替部３０の上限／下限切替
部を確認して下限調整モードに切り替え、フルスケール
値の下限調整が行われる。前記アナログ入力信号の下限
フルスケール値が、全点に入力されている状態で以下の
処理が行われる。

【０００７】（Ｓ０１１）において、表示部４０に伝達
する表示情報の初期値として、図６に示す４ｍＡ：００
０Ｈの下限許容値内を示す表示情報をセットする。（Ｓ
０１２）において、入力信号を変換するＡ／Ｄ変換器１
４を起動し、入力信号１〜ｎからマルチプレクサ１１に
より入力信号１２を選択し、増幅器１３ａを介して取り
込み、Ａ／Ｄ変換される。

【０００８】（Ｓ０１３）において、マイコン７０のＣ
ＰＵ１６にＡ／Ｄ変換されたディジタル信号が出力値Ｙ
ｓ１５として取り込まれる。（Ｓ０１４）において、前
記ＣＰＵ１６で取り込まれ出力値Ｙｓ１５を計測値とす
る。（Ｓ０１５）において、ＣＰＵ１６で取り込まれた
変換値：ディジタル信号Ｙｓ１５が下限許容値より大で
あるかどうかを判断する。

【０００９】（Ｓ０１６）において、ＣＰＵ１６で取り
込まれた変換値：ディジタル信号Ｙｓ１５が下限許容値
より小であるかどうかを判断する。（Ｓ０１７）におい
て、この結果が表示情報として表示部４０へ伝達され
る。本装置では、複数の入力点に対して調整回路を１系
統だけ設け、許容範囲に幅を持たせて、全点の計測値が
その許容値内におさまれば調整ＯＫとする。１点でも許
容値外の点があれば調整ＮＧ旨のを表示部４０へ伝達す
る。外部からはそれを参照しながら、ＯＫ表示となるよ
うに下限調整用可変抵抗器２１を用いて下限調整する。

【００１０】（Ｓ０２１〜Ｓ０２７）において、同様
に、上限調整モードとし、上限調整が行われる。（Ｓ０
３１〜Ｓ０３３）において、調整モードにて上限・下限
の調整を行った後、計測モードに切り替えることによっ
て、通常の計測処理が行われる。各アナログ入力信号に
対してＡ／Ｄ変換を起動し、その出力値をそのまま計測
値Ｘｓとして、メモリ１８へ格納する。

【００１１】次に、従来例におけるＡ／Ｄコンバータの
詳細を説明する。図４に示すＡ／Ｄコンバータ１４は、
電圧Ｖｃｃ５１を基準として、アナログ入力電圧ＶＳ５
０をディジタル出力値ＹＳ１５に変換するものである。
分解能１０ビット（１０２３分割）のＡ／Ｄコンバータ
の場合の変換式を下記式（１）に示す。

【数１】 上式に示す如く、つまり、Ｖｃｃの精度がＡ／Ｄコンバ
ータの精度となり、温度安定性の良い電圧ＶＣＣ５１が
要求される。

【００１２】アナログ信号の入力装置１の電源ＡＣ１０
０Ｖより、ＡＣ／ＤＣコンバータ６０及びＤＣ／ＤＣコ
ンバータ６１を介して直流電圧Ｖｃｃ６２が作られ、Ａ
／Ｄコンバータ１４は前記直流電圧Ｖｃｃ６２を基準電
圧Ｖｃｃ５１に用いる。前記Ｖｃｃ５１は、一般に温度
変化に対して不安定であるが、Ａ／Ｄコンバータ１４の
内部には安定化回路５４が設けられており、温度安定性
の良いＡＶｃｃ５２が得られるようになっている。

【００１３】したがって、入力信号１２からディジタル
出力値Ｙｓ１５への変換誤差のうち、Ａ／Ｄコンバータ
から生じる誤差は無視できるレベルとなり、増幅回路か
ら生じる誤差だけを考慮すればよい。これは、前述の調
整モードによる作業で調整することができる。

【００１４】従来例においては、使用しているＡ／Ｄコ
ンバータ１４は、内部で安定した基準電圧ＡＶｃｃ５２
を作ることができるため、変換精度が高精度であるが、
安定した基準電圧ＡＶｃｃ５２を作るために、それより
も高い電圧Ｖｃｃを必要とし、従って、電源部にＤＣ／
ＤＣコンバータ６１等を設けなければならないなど、回
路が複雑でコスト高となっていた。

【００１５】前記コスト高を解決するため、汎用マイコ
ンの使用が考えられる。一般に普及している汎用マイコ
ンは、Ａ／Ｄコンバータが内蔵されており、前記外付け
のＡ／Ｄコンバータとそれに伴う複雑な回路が不要とな
り、前記問題が一応解決することができた。

【００１６】次に、この汎用マイコンを使用した場合を
説明する。図７は、従来における汎用マイコンを用いた
アナログ入力信号装置のブロック構成図である。アナロ
グ信号の入力装置１０１のＡ／Ｄ変換処理の基本動作
は、図４で説明したアナログ信号の入力装置１の外付け
のＡ／Ｄコンバータと同様であるので、再度の詳細な説
明は煩瑣となるので省略し、特徴点を中心に説明する。

【００１７】図示する如く、マルチプレクサ１１１によ
り選択された入力信号１１２は、増幅回路１１３によ
り、アナログ入力電圧１５０に増幅される。そののち、
マイコン１７０内部のＡ／Ｄコンバータ１１４に入力さ
れ、変換回路１５３を介してディジタル信号に変換され
る。変換されたディジタル出力値１１５Ｙｓは、ＣＰＵ
１１６にて各点の計測値Ｘｓ１１７としてメモリ１１８
に格納される。この計測値は接続された上位装置１１９
へ伝送される。

【００１８】図７に示す汎用マイコンを用いたアナログ
入力信号装置におけるソフトウエア処理は、図５のＰＡ
Ｄ図と同等のため省略する。次に、図７の汎用マイコン
内部のＡ／Ｄコンバータ１１４を説明する。図７に示す
Ａ／Ｄコンバータ１１４は、入力された直流電圧Ｖｃｃ
１５１を安定化回路を介さずに、直接基準電圧ＡＶｃｃ
１５２として用いる。しかし、Ｖｃｃ１５１は、温度変
化に対して不安定であり、Ａ／Ｄコンバータの精度に大
きく影響することになる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述の汎用マイコンは
Ａ／Ｄコンバータを内蔵しており、外付けのＡ／Ｄコン
バータとそれに伴う複雑な回路が不要となる。しかし、
装置の電源よりＡＣ／ＤＣコンバータを介して作られた
直流電圧を、温度変化に不安定なままＡ／Ｄコンバータ
の基準電圧として取り込まれるため、その温度変化は、
Ａ／Ｄコンバータの変換精度に大きく影響する。

【００２０】従来の可変抵抗器による調整回路は、構成
する電子部品の精度によって生じる誤差をなくすように
調整する手段であって、温度変化による誤差を調整する
ことはできない。本発明は、かかる従来技術の目的を解
決するためになされたものであり、温度変化に対する安
定性を図り、Ａ／Ｄ変換精度を向上させたアナログ信号
の入力装置及びその方法ならびにその記録媒体を提供す
ることをその目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るアナログ信号の入力装置の構成は、ア
ナログ入力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコン
バータと、これを制御するマイクロプロセッサを具備
し、前記ディジタル信号を外部へ出力するアナログ信号
の入力装置において、前記Ａ／Ｄコンバータに、アナロ
グディジタル変換の基準となる第一の基準電圧と、温度
安定性を備えた第二の基準電圧とを入力させ、前記第一
の基準電圧の温度変動に基づくアナログ入力値のＡ／Ｄ
変換誤差を、前記第二の基準電圧のＡ／Ｄ変換値を規定
電圧として、前記マイクロプロセッサで補正させること
を特徴とするものである。

【００２２】本発明に係るアナログ信号の入力方法の構
成は、アナログ入力信号をディジタル信号に変換し、前
記ディジタル信号を外部へ出力するアナログ信号の入力
方法において、アナログディジタル変換の基準となる第
一の基準電圧と、温度安定性を備えた第二の基準電圧を
用い、前記第一の基準電圧の温度変動に基づくアナログ
入力値のＡ／Ｄ変換誤差を、前記第二の基準電圧のＡ／
Ｄ変換値を規定電圧として補正することを特徴とするも
のである。

【００２３】本発明に係るアナログ信号の入力方法の記
録媒体の構成は、アナログ入力信号が増幅され、Ａ／Ｄ
変換器でディジタル信号に変換し、外部へ出力するアナ
ログ信号の入力方法において、前記増幅されたアナログ
入力電圧と、Ａ／Ｄ変換の基準となる第一の基準電圧
と、温度安定性を備えた第二の基準電圧をＡ／Ｄコンバ
ータに入力させるステップと、前記第二の基準電圧のＡ
／Ｄ変換後の規定値を基準とし補正係数を得るステップ
と、前記第一の基準電圧のＡ／Ｄ変換後の電圧値と前記
補正係数を乗算して計測値を得るステップとからなるア
ナログ信号の入力方法をコンピュータで実行できるよう
にしたプログラムをコンピュータで読み取り可能に記録
させたことを特徴とするものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明に係るアナログ信号の入力
装置及びその方法ならびに記録媒体について説明する。 〔実施の形態 １〕以下、図１ないし図３を参照して、
本発明に係るアナログ信号の入力装置の実施形態を説明
する。図１は、本発明に係るアナログ信号の入力方法に
用いられる入力装置の一実施形態のブロック構成図であ
る。本発明に係るアナログ信号の入力装置は、図７に示
す従来のアナログ信号の入力装置と共通する部分につい
ては再度の説明は煩瑣となるので省略し、特徴部分を中
心に説明する。

【００２５】図１において、入力信号２１２がアナログ
入力電圧Ｖｓ２５０に増幅され、Ａ／Ｄコンバータ２１
４内の変換回路２５３でディジタル出力値Ｙｓ２１５に
変換されるという一連の処理は、図７に示す従来のアナ
ログ信号の入力装置の処理と同様であるので、再度の説
明は、煩瑣となるので省略する。

【００２６】本実施形態では、計測対象であるアナログ
入力電圧Ｖｓ２５０と同じく、規定電圧Ｖref２８２も
Ａ／Ｄコンバータ２１４内の変換回路２５３に入力させ
る。この規定電圧Ｖref２８２は、絶対値精度は低い
が、温度変化に対して安定しており、直流電圧Ｖｃｃ２
６２を用いて温度安定性の優れたシャントレギュレータ
２８１等により形成したものである。

【００２７】上記規定電圧Ｖref２８２は、電位が低い
ため基準電圧ＡＶｃｃ２５２として用いることはできな
いが、ＣＰＵ２１６内部で規定電圧Ｖref２８２のＡ／
Ｄ変換した規定出力値Ｙref２６３を用いて、計測対象
であるディジタル出力値Ｙｓ２１５をソフトウエア処理
にて補正することにより、温度変化に対して安定した計
測値Ｘｓ２１７が得られる。

【００２８】次に、本実施形態のソフトウエア処理を説
明する。図２は、図１のアナログ信号の入力装置のＰＡ
Ｄ図であり、図３は、図１のアナログ信号の入力装置に
おけるスケーリング図である。基本的な処理は、図５に
示す従来におけるアナログ信号の入力装置のＰＡＤ図と
同様であるが、補正係数αを用いる点が特徴である。

【００２９】まず、補正係数α及び測定原理を説明す
る。いま、図１において、入力信号Ｖｓ２５０のＡＤ変
換後の出力信号値をＹｓ２１５、規定電圧Ｖｒｅｆ２８
２のＡＤ変換後の出力信号値をＹｒｅｆ２６３、基準電
圧をＡＶｃｃ２５２とする。既に説明した式（１）Ｙｓ
＝１０２３×Ｖｓ／ＡＶｃｃからもわかるように、温度
が変わると不安定なＡＶｃｃが変わり、Ｙｓも変化す
る。

【００３０】

【数２】 Ｙｒｅｆ＝１０２３×Ｖｒｅｆ／ＡＶｃｃ・・（２）であらわされる。 いま、ＡＶｃｃ＝５ＶにおけるＹｒｅｆの値「５１２」
を基準として、

【数３】α＝５１２／Ｙｒｅｆ・・（３）とする。 （３）式に（２）式を代入し、下記の（４）式が得られ
る。

【数４】 α＝５１２／１０２３×ＡＶｃｃ／Ｖｒｅｆ・・（４）とする。 ここで、（１）式×（４）式を演算する。

【数５】 αＹｓ＝（５１２／１０２３）×（ＡＶｃｃ／Ｖｒｅｆ）×（１０２３×Ｖｓ ／ＡＶｃｃ） ＝（Ｖｓ／Ｖｒｅｆ）×５１２・・（５）

【００３１】上記式（５）は、Ｙｓだけだと、温度に対
して不安定なＡＶｃｃ２５２の影響を受けるが、αを乗
ずることにより、ＡＶｃｃ２５２を除いて用いる。な
お、式（５）によれば、入力信号Ｖｓは、５１２／Ｖｒ
ｅｆ倍されているので、Ａ／Ｄコンバータ２１４に入力
前にＶｒｅｆ／５１２倍しておかなければならない。

【００３２】次に、図２、図３を参照して、本実施形態
のＰＡＤ処理及びスケーリングを説明する。図２のＰＡ
Ｄ処理は、図５のＰＡＤ処理とほとんど同様であるが、
共通点の説明を省略し、相違点を中心に説明する。図２
に示す本実施形態のＰＡＤ処理は、（Ｓ２４１、Ｓ２４
２）に示す如く、規定電圧に対してＡ／Ｄ変換を起動
し、その規定出力値より前記の如く、補正係数αを算出
する。補正係数αとは、上記で詳細に説明した如く、温
度係数に対して安定した計測値を求めるための演算係数
である。

【００３３】図５に示す如く、（Ｓ０１４）において、
前記ＣＰＵ１６で取り込まれ出力値Ｙｓ１５を計測値と
する下限調整されるに対して、図２では（Ｓ２１２）か
ら（Ｓ２１７）において、前記ＣＰＵ１６で取り込まれ
出力値Ｙｓ１５に前記（Ｓ２４１、Ｓ２４２）で得られ
たαを乗じ計測値とする。

【００３４】そして、次に前記計測値が、下限許容値よ
り小であるかどうか判断される。アナログ入力信号の下
限フルスケール値が、全点に入力されている状態で、上
記判断が行われ、この結果が表示部２４０へ伝達する。
同様に、上限調整モードに切換られて、（Ｓ２２１〜Ｓ
２２７）において、同様に上限調整が行われる。

【００３５】以上の調整作業により、規定電圧の絶対値
誤差も吸収することができる。調整モードにて上限・下
限の調整を行ったあと、計測モードに切り替えることに
よって通常の計測処理が行われる。計測モードにおい
て、（Ｓ２６１、Ｓ２６２）において、規定電圧に対し
てＡ／Ｄ変換を起動し、その規定出力値より補正係数α
を算出する。（Ｓ２３１〜Ｓ２３３）において、各アナ
ログ入力信号に対してＡ／Ｄ変換を起動し、その出力値
に補正係数αを乗じたものを計測値Ｘｓとして、メモリ
２１８へ格納する。このようにして、アナログ入力信号
に対して正確なデイジタル信号を出力することができ
る。

【００３６】〔実施の形態 ２〕次に、本発明に係る記
録媒体の実施の形態を説明する。本発明に係る記録媒体
に、例えばＦ．Ｐ（フロッピ デイスク）、ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ等を用い、アナログ入力信号が増幅され、Ａ／Ｄ変
換器でディジタル信号に変換し、外部へ出力するアナロ
グ信号の入力方法において、温度特性の安定した第二の
基準電圧を形成させるステップと、前記増幅されたアナ
ログ入力電圧と、Ａ／Ｄ変換の基準となる第一の基準電
圧と、前記第二の基準電圧とをＡ／Ｄコンバータに入力
させるステップと、前記第二の基準電圧のＡ／Ｄ変換後
の規定値を基準とし補正係数を得るステップと、前記第
一の基準電圧のＡ／Ｄ変換後の電圧値と前記補正係数を
乗算して計測値を得るステップとからなるアナログ信号
の入力方法をマイクロコンピュータで実行できるように
したプログラムをマイクロコンピュータで読み取り可能
に記録させたものである。

【００３７】

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明に係
るアナログ信号の入力装置及びその方法の構成によれ
ば、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧が温度によって変動し
ても、温度安定性の良い規定電圧をＡ／Ｄコンバータへ
入力することにより、その規定出力値を用いてソフトウ
エア処理にて補正し、温度安定性の良い計測値を得るこ
とができる。また、このようにすることにより、従来の
調整回路をそのまま使用できるうえに、電源部及びＡ／
Ｄ変換部の回路構成がより簡略化することができる。本
発明に係る記録媒体によれば、アナログ信号の入力方法
をマイクロコンピュータで実行できるようにしたプログ
ラムをマイクロコンピュータで読み取り可能に記録させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアナログ信号の入力方法に用いら
れる入力装置の一実施形態のブロック構成図である。

【図２】図１のアナログ信号の入力装置のＰＡＤ図であ
る。

【図３】図１のアナログ信号の入力装置におけるスケー
リング図である。

【図４】従来のアナログ信号の入力装置のブロック構成
図である。

【図５】従来例におけるＰＡＤ図である。

【図６】従来のアナログ信号の入力装置におけるスケー
リング図である。

【図７】従来における汎用マイコンを用いたアナログ信
号の入力装置のブロック構成図である。

【符号の説明】

１、１０１、２０１…アナログ信号の入力装置 １１、１１１、２１２…マルチプレクサ １２、１１２、２１２…入力信号 １３、１１３、２１３…増幅回路 １４、１１４、２１４…Ａ／Ｄコンバータ １５、１１５、２１５…ディジタル出力値ＹＳ １６、１１６、２１６…ＣＰＵ １７、１１７、２１７…計測値ＸＳ １８、１１８、２１８…メモリ １９、１１９、２１９…上位装置 ２０、２１、１２０、１２１、２２０、２２１…可変抵
抗器 ３０、１３０、２３０…切替部 ４０、１４０、２４０…表示部 ５０、１５０、２５０…アナログ入力電圧 ５１、６２、１５１、１６２、２５１、２６２、２８０
…直流電圧Ｖｃｃ ５２、１５２、２５２…基準電圧ＡＶｃｃ ５３、１５３、２５３…変換回路 ５４…安定化回路 ６０、１６０、２６０…ＡＣ／ＤＣコンバータ ６１…ＤＣ／ＤＣコンバータ ２６３…規定出力値Ｙｒｅｆ ７０、１７０、２７０…マイコン ２８１…シャントレギュレータ ２８２…規定電圧Ｖｒｅｆ

Claims (3)

【特許請求の範囲】 ２５３
1. 【請求項１】 アナログ入力信号をディジタル信号に変
   換するＡ／Ｄコンバータと、これを制御するマイクロプ
   ロセッサを具備し、前記ディジタル信号を外部へ出力す
   るアナログ信号の入力装置において、 前記Ａ／Ｄコンバータに、アナログディジタル変換の基
   準となる第一の基準電圧と、温度安定性を有する第二の
   基準電圧を入力させ、前記第一の基準電圧の温度変動に
   基づくアナログ入力値のＡ／Ｄ変換誤差を、前記第二の
   基準電圧のＡ／Ｄ変換値を規定値として、前記マイクロ
   プロセッサで補正させることを特徴とするアナログ信号
   の入力装置。
2. 【請求項２】 アナログ入力信号をディジタル信号に変
   換し、前記ディジタル信号を外部へ出力するアナログ信
   号の入力方法において、 アナログディジタル変換の基準となる第一の基準電圧
   と、温度安定性を備えた第二の基準電圧を用い、前記第
   一の基準電圧の温度変動に基づくアナログ入力値のＡ／
   Ｄ変換誤差を、前記第二の基準電圧のＡ／Ｄ変換値を規
   定値として補正することを特徴とするアナログ信号の入
   力方法。
3. 【請求項３】 アナログ入力信号が増幅され、Ａ／Ｄ変
   換器でディジタル信号に変換し、外部へ出力するアナロ
   グ信号の入力方法において、前記増幅されたアナログ入
   力電圧と、Ａ／Ｄ変換の基準となる第一の基準電圧と、
   温度安定性を備えた第二の基準電圧とをＡ／Ｄコンバー
   タに入力させるステップと、前記第二の基準電圧のＡ／
   Ｄ変換後の規定値を基準とし補正係数を得るステップ
   と、前記第一の基準電圧のＡ／Ｄ変換後の電圧値と前記
   補正係数を乗算して計測値を得るステップとからなるア
   ナログ信号の入力方法をコンピュータで実行できるよう
   にしたプログラムをコンピュータで読み取り可能に記録
   させたことを特徴とする記録媒体。 【０００１】