신호컨디셔너
제1도는 본 발명의 주기능을 나타내는 블록도. 제2도는 본 발명의 실시예 1를 설명하는 블록도. 제3도는 장치의 외관을 도시한 개념도. 제4도는 본 발명에 사용된 A/D 변환기를 설명하는 블록도. 제5도 및 6도는 상기 A/D 변환기의 동작을 각각 나타내는 파형도. 제7도는 A/D 변환기(2)에 있는 카운터유니트(CU)의 상이한 구조를 설명하는 블로도. 제8도는 제7도에 도시된 카운터유니트의 동작을 나타내는 동작파형도. 제9도는 EEPROM의 데이터보호회로도. 제10도는 EEPROM의 데이터보호회로의 일예를 설명하는 블록도. 제11도는 마이크로프로세서에 의해 행하는 동작의 일예를 나타내는 흐름도. 제12도는 본 발명의 실시예 2에 관한 주요기능을 나타내는 블록도. 제13도는 마이크로프로세서(7)를 실행하는 작동을 나타내는 흐름도. 제14도와 15도는 본 발명의 실시예 3의 조합을 나타내는 블록도. * 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 1 : 센서 2 : A/D 변환기 3 : 연산수단 4 : 펄스출력수단 5 : 평활화수단 6 : 설정수단 8 : 데이터입력수단 21 : 적분기 22 : 비교기 23 : 기준전압전원 24 : 예비적분전원 31 : 반전검출장치 32 : 카운터 33 : 레지스터 34 : 버퍼 36 : 도선저항연산수단 37 : 비교수단 38 : 오차연산수단 39 : 연산명령수단 41 : 난수발생수단 42 : 리프레시어드레스생성수단 43 : 타이머 44 : 리프레시수단 71 : 연산장치 75 : 출력포트 77 : ERRPROM CS : 정전류원 CU : 카운터유니트
본 발명은 일반적으로 센서에서 전송되는 온도, 압력 및 흐름비에 관한 신호를 컴퓨터로 정밀하게 판독할 수 있는 동일화한 표준신호로 변환하는 신호컨디셔너에 관한 것으로서, 특히 마이크로프로세서를 구비하여 입력신호를 선형화하고 각종 보정연산 또는 평균연산을 행하는 기능을 가진 신호컨디셔너에 관한 것이다. 현재 실용화되고 있는 기록기, 제어기등의 신호수신계기는, 예를들면 1∼5V 또는 4∼20mA의 표준신호를 수신하도록 구성되어 있다. 이 때문에 열전대, 온도측정저항기 또는 기타센서에서 전송된 신호는, 신호수신계기가 수신할 수 있는 표준신호로 변화하는 변환기가 필요하게 된다. 종래의 이런 종류의 변환기중에는 사용되고 있는 센서의 종류, 수신된 입력신호의 범위 또는 간격과 연산기능에 따라 제조된 것이 있다. 그러나, 다양한 종류의 센서가 있고, 이 센서에 대응하는 입력신호의 범위와 입력신호와 간격이 다르므로, 이에 대응하는 하드웨어 변환기를 구비하거나 상기 변환기를 용이하게 조정하는 것이 어려웠다. 본 발명의 목적은 센서의 종류와 신호의 범위 또는 간격을 용이하게 변경할 수 있고, 엔지니어링의 변경에 융통성있게 대응할 수 있는 신호컨디셔너를 제공하는데 있다. 본 발명의 한측면에 따르면, 센서에서 전송된 신호를 마이크로프로세서로 판독 가능한 디지틀신호로 변환하는 A/D 변환기의 분해능을 향상시키므로서 고정밀도를 지닌 신호변환을 실행할 수 있는 신호컨디셔너를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 많은 종류의 데이터를 보유하기 위해 설계된 EEPROM의 데이터재기록기능을 유지하는 한편 10년이상의 장시간 동안 저장된 데이터보유시간을 유지하는 신빙성이 높은 신호컨디셔너를 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 센서에 결합된 리드선의 저항에 영향을 받지 않는 신호컨디셔너를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적들과 이점은 첨부한 도면을 참조하면서 다음의 설명으로 더욱 명확해진다. 제1도를 참조하면서, 본 발명의 기본적인 구성의 기능블록도를 설명한다. 제1도에서, (1)은 센서, (2)는 센서(1)에서 전송된 신호를 디지틀신호로 변환하는 A/D 변환기, (3)은 센서(1)에서 전송된 신호에 대응한 디지틀신호에 대하여 소정의 연산을 행하는 연산수단, (4)는 연산결과에 대응한 듀우티비를 가지는 펄스신호를 출력하는 펄스출력수단, (5)는 펄스출력수단(4)에서 출력되는 펄스신호를 평활화하여 소정의 표준신호로서 평활화한 펄스를 출력하는 평활화수단, (6)은 외부로부터 신호를 수신하여 연산수단(3)에 의해 디지틀연산에 사용되는 데이터를 설정하고 펄스출력수단의 조건을 출력하는 설정수단이다. 센서(1)에서 전송된 신호는 A/D 변환기(2)에 의해 디지틀신호로 변환된 다음에 연산수단(3)에 인가된다. 설정수단(6)에서 전송한, 센서(1)의 종류에 관한 데이타와 신호의 범위는 연산수단(3)에서 설정되고, 연산수단(3)은 이 데이타를 사용하여 소정의 연산식에 따라 디지틀연산을 행한다. 연산결과는, 설정수단에 의해 설정된 범위 또는 간격에 대한 데이터를 근거로 하여 펄스출력수단(4)에서 펄스신호로 변환되고, 또한 평활화수단(5)을 통하여 표준신호로 변환되고, 계속하여 이와같이 변환된 표준신호를 출력한다. 제2도에는, 본 발명의 실시예 1의 블록도를 나타내고 있다. 제2도에서 제1도의 구성에 대응하는 구성에는 동일한 부호를 나타낸다. 본 실시예에서, 온도를 검출하는 열전대(1)는 센서(1)로 사용된다. (11)은 기준접점온도를 검출하는 온도센서로서, 예를들면 더어미스터가 사용되고 있다. (12)는 저항(Rref)를 통하여 정전류를 공급하는 정전류원, (13)은 기준전압(Vref), 열전대(1)에서 전송된 열기전력신호(E X ), 저항(Rerf)의 양단전압(V S ), 더어미스터(11)에서 전송된 온도신호(E S )를 순차적으로 선택하여 입력하는 제1멀티플렉서, (14), (15)는 멀티플렉서(13)에 의하여 선택한 신호를 증폭하는 전치증폭기이다. 전치증폭기(14),(15)는 서로 분리되고, 전치증폭기(14)는 열전대(1)에서 전송된 신호계이고, 전치증폭기(15)는 더어미스터(11)에서 전송된 신호계이다. (16)은 전치증폭기(14), (15)에서 분리되는 신호를 선택하고 A/D 변환기(2)로 전송하는 제2멀티플렉서를 표시한다. 여기서 열전대는, 예를들면 일본공업표준에서 규정되어 있는 K, T, E, J, R, S와 B등의 7종류로 분류하여 사용되고 있는 A/D 변환기(2)는 전치증폭기(14)와 조합하여 -20mA∼+80mV의 동적범위를 가지고 있다. (7)은 A/D 변환기(2)에서 전송된 디지틀신호를 입력하는 마이크로프로세서이다. 마이크로프로세서(7)에서, (71)은 연산제어부(CPU), (72)는 각종 프로그램과 연산데이터와 다른 필요데이터로 구성되는 테이블을 저장한 ROM, (73)은 연산식 데이터와 외부로부터 부여되는 각종 데이터를 저장하는 RAM, (74)는 입력포트, (75)는 출력포트, (76)은 통신인터페이스, (77)은, 예를들면 열전대의 종류와 온도측정범위 또는 온도측정간격에 관한 데이터를 저장하는 EEPROM이다. 상기 구성은 버스(78)을 통하여 상호 접속되어 있다. ROM(72)에 저장된 프로그램을 실행하므로서, CPU(71)는 제1도에 나타나 있는 연산수단(3), 펄스출력수단(4) 그리고 후에 설명하는 데이터입력수단(8)등과 상호 작동하는 설정수단(6)으로 기능한다. (17)은 마이크로세서(7)에서 출력되는 펄스신호를 절연하여 출력하는 포오토아이솔레이터(photoisolator), (18)은 평활화수단(5)에서의 신호를 증폭하는 출력증폭기, (19)는 동작용의 절연전원을 각 부분에 공급하는 DC/DC 변환기이다. (8)은 데이터입력수단으로서, 예를들면 열전대의 종류와 온도측정범위에 대한 데이터를 입력하고 마이크로프로세서(7)에 전송한다. 데이터입력수단(8)은, 마이크로프로세서(CPU)(81), 데이터를 입력하기 위한 키이보오드(82), 표시기(83), 통신인터페이스(84) 그리고 메모리(85)등을 가지고 있으며, 데이터를 입력할 때, 통신선(9)이 코넥터(CC)를 통하여 접속된다. 이 통신선(9)을 통하여 키이보오드(82)에 의하여 입력된 데이터를 마이크로프로세서(7)에 전송하고, 필요에 따라서 마이크로프로세서(7)를 액세스하고, RAM(73)에 저장되어 있는 데이터와 센서(1)에서 나오는 입력신호 또는 출력신호를 표시기(83)에 표시할 수 있는 구성으로 되어 있다. 제3도는 장치의 외형 개념도이다. 전체의 회로는 작은 케이스내에 수용되어 있고, 장치의 한쪽 측면에는 열전대(1)에서의 신호를 수신하는 단자(TM1), 전원라인에 접속되는 단자(TM2), 출력신호를 출력하는 단자(TM3), 통신라인(9)에 접속되는 코넥터(CC)가 설치되어 있다. (CB)는 커버로서, 각 단자에 신호선이나 전원라인을 접속할 때, 또는 통신라인(9)을 접속하여 데이터를 입력할 때에는 제3도에 도시한 바와같이 개방되고, 다른 때에는 닫을 수 있도록 한 구성으로 되어 있다. 이와같이 구성된 장치의 동작에 대하여 이하 설명한다. 처음에, 데이터입력수단(8)의 통신라인(9)은 코넥터(CC)에 의해서 마이크로프로세서(7)에 접속된다. 접속된 열전대(1)의 종류와 온도측정범위에 대한 데이터를 데이터입력수단의 키이보오드(82)를 조작하여 입력한다. 데이터는 통신라인(9)을 경유해서 마이크로프로세서(7)에 전송된다. 데이터입력수단(8)에 의해서 마이크로프로세서(7)에 필요한 데이터를 입력한 후에, 이 데이터입력수단(8)은 코넥터(CC)에서 분리되고 덮개(CB)를 덮어서 단자를 보호한다. 데이터를 수신할 때에 마이크로프로세서(7)는 RAM(73)과 EEPROM(77)의 소정 영역내에 데이터를 저장한다. 상술한 바와같이, 열전대(1)에서 발생한 열기전력(E X )은 -20mV∼+80mV의 범위에 있다. 열기전력(E X )은 1멀티플렉서(13)에 의해 선택되고 전치증폭기(14)와 A/D 변환기(2)에 의해서 디지틀값으로 변환된다. 제1멀티플렉서(13)는 기준전압(Vref), 저항(Rref)에서 발생하는 전압(V S )와 더어미스터(11)에서 발생하는 전압(E S )를 선택하는 역할을 하고, 상기 전압을 A/D 변환기(2)에 의해 디지틀값으로 변환하고 변환된 디지틀값을 마이크로프로세서(7)로 전송한다. 디지틀값을 수신한 마이크로푸로세서(7)는, 처음에 RAM(73)과 EEPROM(77)의 소정영역으로부터 데이터입력수단(8)에 의하여 설정된 열전대(1)의 종류를 표시한 데이터를 판독하고, 이 데이터를 근거로 하여, 온도변환을 위한 연산은, 해당하는 변환테이블 또는 연산식을 사용하여 실행된다. 상기 연산은, 온도와 출력신호사이의 관계를 선형화하는 선형연산과, 전압(V S ),(OV)와 더어미스터(11)의 양단전압(E S )을 사용하여 행하는 이득정정연산과, 제로정정연산과 기준접점정정연산을 포함한다. 이때 연산하여 얻어진 온도신호의 동적범위는 -273℃∼+2000℃이다. 다음에, 마이크로프로세서(7)는 펄스출력수단(4)으로써의 기능을 실행하여, RAM(73)로부터 데이터입력수단(8)에 의해서 지정된 온도측정범위에 관한 데이터를 판독한다. 온도측정범위가, 예를들면 0∼300℃의 범위내이면 0℃데이터에 대해서는 0% 듀우티비를 가지고, 300℃데이터에 대해서는 100% 듀우티비를 가지고, 150℃데이터에 대해서는 5% 듀우티비를 가지는 주기적 펄스를 출력한다. 마이크로프로세서(7)에서 출력된 펄스신호는 포오트 아솔레이터(17)에 의해 신호절연되어, 평활화수단(5)에 입력된다. 평활화수단(5)은, 예를들면 펄스폭변조에 비례하는 애널로그신호를 출력하는 저대역통과필터로 구성된다. 증폭기(18)는 상기 애널로그신호를 표준신호, 예를들면 1∼5V의 전압신호로써 출력한다. 상기 실시예에서는, 열전대를 센서로서 사용하고, 열전대로부터 전송된 신호를 입력으로 사용하고 있지만, 온도측정저항과 전위차계로부터 출력신호 그리고 압력센서와 유량센서로부터의 신호를 입력으로 사용할 수 있다. 또한 재기록가능한 메모리수단으로서 RAM과 EEPROM이 구비되어 있지만, 이들중 어느하나를 단독으로 사용하여도 된다. 본 발명에 따라서 이와같이 구성된 신호컨디셔너는 접속되는 센서의 종류, 온도 측정범위 또는 온도측정간격의 변경을 용이하게 할 수 있는 것으로서, 엔지니어링의 변경에 대하여 융통성 있게 대응할 수 있다. 제4도는 제2도의 도시된 A/D 변환기(2)의 실시예 1를 설명하는 블록도이다. 제4도에서, 적분기(21)는 연산증폭기(OP1), 커패시터(C)와 저항(R3)∼(R6)으로 구성되어 있고, 비교기(22)는 적분기(21)의 출력을 코던레벨과 비교하고, 마이크로프로세서(7)에 형성되어 있는 카운터유니트(CU)에 비교기(22)의 출력을 공급한다. 기준전압원(23)은 기준전압(±ES)을 출력하고 예비적분전원(24)에서, 기준전압(-ES)은 저항(R1)과 (R2)에 의해 분할된다. 카운터(CU)에 부가하여 마이크로프로세서(7)는 클록전원(CLK)과 클록전원(CLK)에서 클록펄스등의 클록신호와 동기화하여 작동하는 출력포트(75)를 구비하고 있다. 복수의 스위치(S0)∼(S4)를 가지고 있는 멀티플렉서(MRX1)는 예비적분전원(24)에서의 예비전원신호(Eb)와 센서에서의 애널로그신호(E X )를 적분기(21)의 입력난에 순차적으로 전송하고 또한 커패시터(C)의 양단을 단락하도록 설계되어 있다. 이와같이 구성된 A/D 변환기의 작동을 다음 설명한다. 제5도는 A/D 변환기의 작동의 일예를 설명하는 파형도이고 기본 분해능이 4배정도 개선된다. 식(1)∼(3)은 예비적분전원(24)을 형성하기 위해 조합된 저항(R1)과 (R2)사이와 적분저항(R4)과 (R5)사이에 성립되는 관계를 나타낸다. R1/(R1+R2)=1/4 (R1:R2=3:1)..................................................(1) R1＜R5,R2＜R5.....................................................(2) R4=R5...........................................................(3) 다음의 제5도를 참조하면서 (To)는 제5(a)도에 도시한 바와같이 멀티플렉서(MPX1)의 스위치(S0)가 ON되고 적분기(21)의 커패시터(C)가 단락된 경우의 초기상태를 표시한 것이다. 이 상태에서, 적분기(21)의 출력전압(eA)은, 거의 OV이고, 비교기(22)의 출력전압(eB)은 연산증폭기(OP1)와 비교기(22)의 오프셋전압에 따라서 H레벨이 되거나 또는 L레벨이 되어 불확정적이다. (T1)는 A/D 변환기(2)의 특성인 고분해능을 억기위한 예비적분시간을 나타낸다. 이 적분기간동안 스위치(S3)는 ON되어 예비적분전원(24)에서 전송된 신호(I1)를 적분한다. 적분된 전류값(I1)은 식(4)으로 표현된다. I1={R2/(R1+R2)}×(-ES/R5) =(1/4)×(-ES/R5) =(1/4)×I4...................................................(4) 적분시간(T1)은 마이크로세서(7)에 의해 제어되어 클록펄스의 1∼4클록(클록전원(CLK)의 클록신호)중의 하나로 시계열적으로 균일하게 분포한다. 이 경우에 대하여 더욱 상세하게 아래 설명한다. (T2)는 입력애널로그신호(E X )가 음의 값을 취하는 경우에도 AD변환이 실행되는 다른 예비적분시간을 나타낸다. 이 적분시간(T2)동안 제5(b)도에 도시한 바와같이 스위치(S1)는 ON되고 적분기(21)는 적분기간(T2)동안 식(5)에 나타낸 전하량을 적분한다. 12×T2=(ES/R3)×T2.............................................(5) 연속시간(T3)동안 상기 전하량을 오프셋하는 입력은 부(-)이고, 부의 입력은 AD변환의 입력범위 하단에 대응한다. 제5(e)도에 도시한 바와같이, (T3)은 스위치(S4)가 ON상태에 있는 입력적분 구간으로 정의하고 입력애널로그신호에 비례하는 전류(I3)는 주어진 주기동안 저향(R6)을 통하여 적분된다. 제5(c)도에 도시한 바와같이, (T4)는 스위치(S2)가 ON으로 되는 역적분 구간으로 정의하고, 아래 식(6)으로 주어진 정전류값(I4)을 역적분 된다. I4=-E S /R4........................................................(6) 입력적분구간(T3)과 역적분구간(T4)에서의 작동은 전형적인 이중적분회로에서 적분된다. 비교기(22)는 적분기(21)의 출력전압(eA)과 기준전압을 비교하고 비교된 값을 증폭한다. 계속해서 H 또는 L레벨을 추정하는 디지틀신호(eB)를 마이크로프로세서(7)에 입력한다. 마이크로세서(7)는 비교기(22)에서의 반전신호를 수신하고(T0∼T4)의 타이밍신호를 발생하여 멀티플렉서(MPX1)을 작동시킨다. 카운터유니트(CU)는 (T4)구간의 시작에서부터, 비교기(22)의 출력(eB)의 H레벨에서 L레벨로 변경될 때까지 소요되는 시간(T X )을 카운트하여 입력애널로그신호(E X )에 대응하는 디지틀신호를 카운터유니트(CU)에서 얻을 수 있다. 지금까지는 일반적 기능에 대하여 기술하였으나, 이제부터 AD변환기의 특성인 고분해능을 얻기 위한 작동에 대하여 기술한다. 예비적분구간(T1)에서의 적분전류(I1)와 역적분구간(T4)에서의 적분분류(I4)사이의 관계는 다음식(7)으로 표현된다. I1=(1/4)×4......................................................(7) 즉, 예비적분구간에서 1클록은 역적분시간(T4)동안 1/4클록과 동일하다. 제5도에 있어서, 실선으로 나타난 타이밍은 T1=1클록으로 나타내고, 점선으로 나타난 타이밍은 T1=2클록으로 나타낸다. 동일 입력애널로그신호에 대하여 비교기(22)의 출력(eB)의 변동타이밍은 1/4클록만큼 벗어나 있다. 상기 종류의, AD변환기는 각각의 AD변환타이밍을 제어하여, 예를들면 1∼4클록에서 이중적분작동에 선행하는 예비적분시간(T1)을 균일하게 분산하도록 배치된다. 비교기(22)의 출력(eB)에 있어서, L에서 H로 변하는 타이밍은 제6b도에 도시된 분산구간내에 균일하게 분포되어 있다. 그러므로, 제6c도에 도시된 클록을 카운트하는 카운터유니트(CU)의 카운터값(AD 변환값)은 K가 카운트될 때에는 1/4이 되고(K-1)이 카운트될 때에는 3/4이 된다. 마이크로프로세서(7)에 구성하고 있는 연산처리수단은 카운터유니트(CU)의 카운트값을 균일하게 처리하여 고정밀한 AD 변환값(D X )을 얻도록 구성하고 있다. 즉, 본 실시에에서 식(8)에 나타낸 평균연산을 실행한다. D X =(1/4)×K+(3/4)×(K-1) =K-(3/4)......................................................(8) AD 변환의 분해능은, 평균연산처리를 실행하므로서, 4배만큼 향상될 수 있다. 4배의 분해능을 얻기 위하여 AD 변환은 최소한 4배로 실행되어야 하지만, 하나의 AD 변환으로 기본분해능에 대한 정보량을 충분히 얻을 수 있으므로, 종래의 기술과 비교하여 적분시간을 증가시키므로서 간단하게 높은 해상력을 얻어서 AD 변환시간을 감소시킬 수 있다. 제7도는 A/D 변환기(2)의 상이한 카운터유니트(CU)를 설명하는 블록도이다. 카운터유니트(CU)는 비교기(22)에서의 출력(eB)의 반전을 검출하는 반전검출장치(31)와 클록을 카운트하는 카운터(32)와, 반전검출장치(31)에서 전송된 검출신호에 대응하여 카운터(32)의 카운터값을 저장하고 또한 이들의 내용을 갱신하는 레지스터(33)와, 반전검출장치(31)에서의 검출신호를 수신하여 레지스터(33)의 값을 저장한 다음 불능이 되는 버퍼(34)와, 소정의 시간이 경과한 후에 레지스터(33)의 내용과 버퍼(34)의 내용을 비교하는 비교기(35)로 구성되어 있다. 제8도는 제7도에 도시된 카운터유니트의 동작을 나타내는 동작파형도이다. 우선, 카운터유니트까지의 경로에서 혼합된 잡음이 없는 경우에 대하여 설명한다. 카운터(32)는 적분기(21)에서 역적분을 시작하는 타이밍(T1)에서 클록의 카운트를 시작한다. 제8도에 도시된 타이밍(T2)에서 적분기(21)의 출력전압(eA)이 코몬레벨에 도달하고 비교기(22)의 출력(eB)이 H레벨에서 L레벨로 변한다고 가정하면, 반전검출장치(31)는 상기 사실을 검출한 다음 검출신호를 출력한다. 이 검출신호를 수신할 때 레지스터(33)는, 카운터(32)에 의해 지금까지 카운트된 카운트값(T X )를 저장하고, 버퍼(34)에 상기와 동일한 카운트값(T X )을 저장하도록한 후에, 버퍼(34)의 기록을 금지시킨다. 소정의 시간이 경과한 후 타이밍(T3)에서 비교기(35)는 레지스터(33)에 저장된 카운트값과 버퍼(34)에 저장된 카운트값을 비교한다. 상기 비교결과로서, 레지스터(33)의 내용과 버퍼(34)의 내용이 일치하면, 비교기(35)는 잡음의 영향이 없는 것으로 판정한 다음 레지스터(33)의 내용을 카운터유니트(CU)의 카운트값으로 출력한다. 한편, 예를들면 타이밍(T11)에서, 점선으로 나타난 바와같이, 잡음이 혼합된 경우에는, 다음과 같은 작동이 실행된다. 반전검출장치(31)는 타이밍(T11)에서 잡음의 혼합을 검출하고 검출신호를 출력한다. 이런 검출신호를 수신할 때 레지스터(33)는 카운터(32)에 의해 지금까지 카운트된 카운트값(T×1)을 저장하고, 동시에 버퍼(34)는 동일 카운트값(T×1)을 저장한다. 다음에, 버퍼(34)의 기록은 금지된다. 이 타이밍에서 카운터(32)는, 예측할 수 있는 바와같이, 클록을 계속하여 카운트하는 것에 유의하여야 한다. 계속하여 타이밍(T2)에서 비교기(22)에서의 출력(eB)은 H(고레벨)에서 L(저레벨)로 변동하고, 반전검출장치(31)는 상기 변동을 검출하여 검출신호를 출력한다. 이런 검출신호를 수신할 때 레지스터(33)는 그 시간까지 저장된 카운트값(T×1) 대신에 카운터(32)에 의해 지금까지 카운트된 카운트값(T×2)을 저장한다. 이때, 버퍼(34)는 이미 불능으로 되고 내용은 갱신되지 않는다. 소정의 시간 경과후에 타이밍(T3)에서 비교기(35)는 레지스터(33)의 내용(T×2)과 버퍼(34)의 내용(T×1)을 비교한다. 비교한 결과로서, 레지스터(33)와 버퍼(34)의 내용이 서로 일치하지 않으므로 잡음이 혼합된 것으로 판정한다. 따라서, 레지스터의 내용(카운터값 T×2)은 무시된다. 타이밍(T12)에서 잡음이 혼합되면, 작동은 선행의 경우와 동일하다. 센서에서 전송된 신호의 A/D 변환은, 상기 기술한 작동을 실행하므로서 잡음의 영향없이 실행할 수 있다. 제9도는 각종의 데이터를 위해 EEPROM(Electrically Erasable and Progammable Read Only Memory)을 사용하는 경우를 나타낸 것으로서, 특히 예를들면 10년이상의 장기간에 걸쳐 재기록할 수 있는 기능을 유지하면서 EEPROM에 저장된 데이터를 보호할 수 있도록한 EEPROM의 데이터보호회로를 나타낸 것이다. EEPROM은 고객이 데이터를 전기적으로 임의로 기록하고 소거할 수 있는 불휘발성의 메모리소자이다. EEPROM이 시스템에 조합되어 있는 동안 데이터가 재기록될 수 있으므로, EEPROM은 시스템의 가동율을 저하시키는 일없이 원격조정으로 데이터를 변경시킬 수 있는 특징을 가지고 있다. 따라서, EEPROM은 예를들면 복잡한 재기록처리를 요하지 않는 동작프로그램 또는 연산변수데이터의 저장에 이용되고 있다. 그러나, EEPROM에 저장된 데이터의 데이터보존시간에 관해서는 일반적으로 10년이상의 기간동안 그대로 유지될 수 없다. 저장된 데이터가 지워지지 않도록 저장된 내용을 주기적으로 리프레싱하는 것이 제안되었으나, EEPROM의 재기록처리의 회수는 제한되므로 이런 처리의 회수가 소정의 회수를 초과할 가능성이 있다. 이 가능성 때문에 신뢰성이 문제가 된다. 상기 회로는 상기 문제점을 극복할 수 있도록 구성되어 있다. 제9도에 있어서, (77)은 번잡하게 재리록처리할 필요가 없는 데이터를 저장하는 EEPROM, (41)은 난수신호발생수단, (42)는 전원입력시 난수신호발생수단(41)에서의 난수신호에 의하여 EEPROM(1)을 리프레시하는 선두 어드레스를 생성하는 리프레시어드레스 생성수단, (43)은 EEPROM(77)의 데이터를 리프레시하는 주기를 설정하는 타이머, (44)는 전원입력후 타이머(43)에 설정된 시간이 경과하였을 때 리스레시어드레스 생성수단(42)에 의해서 생성되는 어드레스에 저장되어 있는 데이터를 리프레시하는 리프레시수단이다. EEPROM(77)은, 전원이 입력될 때마다 난수신호발생수단(41)에서 보낸 신호에 의하여 생성된 선두 어드레스로부터 타이머(43)에 설정된 주기후에 리프레시된다. 제10도는 EEPROM의 데이터보호회로의 한 실시예를 설명하는 블록도이다. 제10도에 있어서, 제9도에 도시된 동일한 구성은 동일부호를 나타낸다. (71)은 CPU, (72)는 프로그램 또는 고정 데이터를 저장하는 ROM, (73)은 임시보존 데이터를 저장하는 RAM이고, EEPROM(77)과 함께 상기 구성은 데이터버스(DB)와 어드레스버스(AB)에 상호 접속되어 있다. EEPROM(77)은 한번 기록된 후 거의 변경하지 않는 변수와 기타의 데이터를 저장한다. 상업적으로 이용가능한 EEPROM(77)은 데이터보존시간은, 실온에서 사용할 경우, 3년정도가 되고, 데이터기록과 소거처리의 회수는 모두 10,000회 이내가 되는 타입이 있다. (19)는 각부분에 전력을 공급하는 전원회로이다. 또한, CPU(71)는 ROM(72)에 저장된 프로그램을 실행하므로써, 제9도에 도시된 리프레시 어드레스생성수단(42)과 리프레시수단(44)으로 기능한다. 제11도는 CPU(71)에 의해 행하는 동작의 일예를 나타내는 흐름도이다. 우선, 전원이 입력되면 CPU(71)내의 리프레시 어드레스생성수단(42)은, 난수신호발생수단(41)에서의 난수신호를 수신하고 리프레시 선두어드레스(ADr)를 생성한다(단계1). 다음에, 타이머를 0으로 설정하여 개시상태로 한다(단계2). 리프레시하는 주기(예를들면, 2시간)에 해당하는 시간, 예를들면 EEPROM(72)의 1바이트를 타이머에서 미리 설정한 것으로 가정한다. 다음에, 타이머(43)의 값(T)을 모니터링하여 타이머값(T)이 설정한(Tr)에 도달하였는지의 여부를 판정한다(단계3). 타이머값(T)이 설정값(Tr)에 도달하지 않았을 경우 타이머값(T)에 1을 가산하고 CPU(71)에 할당된 통상처리를 실행한다(단계4 및 단계5). 상기 단계4 및 단계5는 타이머값(t)이 설정값(Tr)에 도달할 때까지 반복한다. 설정값(Tr)에 도달하면(단계3에서 예로 판정), 리프레시수단(44)은 리프레시어드레스생성수단(42)으로 생성된 어드레스(ADr)에 대하여 리프레시처리를 행한다(단계6). 이 리프레시 처리는 어드레스(ADr)에 저장된 데이터를 읽고 재차 어드레스(ADr)에 데이터를 기록하므로써 행하여 진다. 다음에, 리프레시 어드레스생성수단(42)은 다음 리프레시어드레스를 설정하여 이 리프레시 어드레스가 ADr+1이 되도록 한다. 타이머(43)의 타이머값은 0으로 설정되고 처리는 단계3으로 되돌아간다(단계7). EEPROM(77)에서 상기 작동을 근거로 하여 전원을 입력한 후에 타이머(43)의 타이머값은 설정값(Tr)에 도달할 때마다 리프레시처리를 난수신호에 의해 결정된 선두어드레스에서 다음 어드레스를 향하여 순차적으로 리프레시처리를 행한다. 리프레시 처리를 행하는 경우에 512바이트 EEPROM(77)을 준비하여 사용하면 타이머(43)의 설정값(Tr)은 23535시간이 되고 전원을 입력한 후에 장치를 연속적으로 10년동안 사용할 수 있다. 1개의 어드레스에 대한 기록회수는, 명세서에 규정한 100,000회 보다 훨씬 적은 72.7회가 된다. 전원을 ON/OFF하여 간헐적으로 사용하는 경우에 EEPROM(77)이 처음 리프레시되는 어드레스는, 전원이 ON될때마다 난수신호발생수단(41)에서의 난수신호에 의해서, 임의로 결정된다. 전원을 여러번 ON/OFF하므로서, 모든 어드레스에 저장된 데이터에 대해서 평균적으로 리프레시 하는 것이 가능하다. 예를들면, 하루에 한번 대략 8시간동안 장치에 통전하고, 한달에 20일동안 작동시키면, 등가적인 데이터 보존시가(=데이터보존시간=상기 조건하에서 512바이트중에서 1바이트가 리프레시 되지 않는 확률)은 204년이 된다. 리프레시 선두어드레스가 난수신호로 결정되지 않을 경우, 상기 조건하에서 512바이트가 8시간마디 1회 리프레시 되는 것을 요한다. 이 경우에 있어서, 리프레시의 주기(Tr)는 0.015625시간이 되고, 기록/소거처리의 회수는 10,950회가 되고, 이 값은 명세서에 규정된 것을 초과한다. 상기 실시예에 있어서, 난수신호발생수단(41)과 타이머(43)는 독립블록의 형태로 나타내었으나, CPU(71)는 난수신호발생수단(41)과 타이머(43)의 기능을 지닐 수 있다. 제12도는 센서(1)로서 온도측정저항기를 사용할 때 신호컨디셔너의 주요기능을 나타내는 블록도이다. 센서(1)대신에 온도측정저항기를 사용할 경우, 경우에 따라서 폭발하는 것을 방지할 목적으로 온도측정저항기로 인도되는 신호경로에 저항을 삽입하여 안정성을 확보한다. 이 경우에 있어서, A/D 변환기에 설정된 동적범위를 고려하여 전류제한저항기의 삽입여부를 결정한다. 이 실시예에 있어서, A/D 변환기의 동적범위는 온도측정 저항기의 신호경로에 삽입된 저항의 크기나 양에 따라서 자동적으로 변경된다. 항상 전류제한저항이 신호경로에 삽입되는지의 여부에 관계없이 측정된 온도에 정확히 대응하는 고정밀도의 신호를 얻는 것이 가능하다. 제12도에 있어서, (1)은 센서로서 사용된 온도측정저항기, (CBL)은 온도측정저항기(1)에서 인도된 신호경로(도선), (r1), (r2), (r3)은 각각 도선저항이다. (CS)는 정전류(ⅰ)를 온도측정저항기(1)에 공급하는 정전류원, (MPX2)는 리드선의 한쪽끝에서 전압(VA), (VB) 및 (VC)를 순차적으로 절환하여 채취하는 멀리플렉서, (2)는 동적범위가 가변되는 멀티플렉서(2)로 채취된 전압신호에 대해서 A/D 변환을 실행하는 A/D변환기이다. (3)은 A/D 변환기(2)에서의 디지틀신호를 수신하는 동안 소정의 연산을 실행하여 온도신호를 구하는 온도신호 연산수단, (36)은 A/D 변환기(2)에서의 디지틀신호를 수신하는 동안 소정의 연산을 실행하여 신호경로(CBL)에 대한 도선저항값의 구하는 저항연산수단, (37)은 연산수단(36)으로 얻은 도선저항값을 비교하고 이 값과 소정값을 비교하는 비교수단이다. 마이크로프로세서(7)는, 도시되지 않은 (ROM)에 저장된 프로그램을 실행하여 온도신호연산수단(3), 도선저항연산수단(36)과 비교수단(37)의 기능을 실행한다. 이제, 상기와 같이 구성된 장치의 작동을 이하 설명한다. 정전류원(CS)에서 공급된 정전류(ⅰ)는 온도측정저항기(1)로 흐르므로서, 리드선(CBL)의 한쪽끝에서 전압신호(VA), (VB) 및 (VC)를 발생한다. 상기 전압신호는 멀티플렉서(MPX2)에 의해 순차적으로 선택되고, A/D 변환기(2)에 의해 디지틀신호로 변환된다. 마이크로프로세서(7)에 형성되어 있는 도선저항연산수단(3)은 연산방정식(9)에 따라서 신호경로(도선)상의 도선저항(r3)을 계산한다. VB-VC=r3ㆍi......................................................(9) 비교수단(37)은 연산하여 얻어진 도선저항(r3)의 값과 소정의 도선저항값을 비교한다. 상기 비교된 결과를 근거로 하여 전류제한제항을 신호경로에 삽입하여야 하는지의 여부를 알 수 있다. 도선저항이 소정의 값보다 클 경우에는 전류제한저항을 신호경로에 삽입시켜야 하는 것으로 판정한다. 다음에, A/D 변환기(2)의 동적범위는 정상모우드(예를들면, 0∼700Ω의 측정가능한 범위의 넓은 저항값을 가지는 모우드)로 설정된다. 소정의 값보다 작을 경우, 전류제한저항을 삽입시키지 않는 것으로 판정한다. 동적범위는 고분해능모우드(예를들면, 0∼460Ω의 측정가능한 범위의 저항을 가지는 모우드)로 절환된다. 일단 상기 모우드의 절환을 행하면, 모우드를 나타내는 데이터는 도시하지 않은 EEPROM에 저장된다. 제13도는 마이크로프로세서(7)로 실행하는 작동의 일예를 설명하는 흐름도이다. 전원이 입력되면 마이크로프로세서(7)는 우선 예비모우드로 작동하고 상기 모우드가 정상모우드인지 고분해능 모우드인지를 판정한다(단계1과 단계2). 단계2에서 정상모우드로 판정될 경우 도선저항이 측정되고, 도선저항값이 예를들면 40Ω을 초과하는지의 여부를 판정한다(단계3과 단계4). 40Ω보다 클경우, 동적범위는 정상모우드내로 되어 소정의 처리를 실행한다(단계6). 단계4에서 도선저항값이 40Ω보다 작게 판정될 경우, 고려되어야 할 전류제한저항이 신호경로에 삽입되어 있지 않다. 다음에, 동적범위는 고분해능 모우드로 절환된다(단계5). 상기 모우드절환 처리에서, 동적범위는 A/D 변환기(2)와 A/D 변환기의 입력에 접속된 전치증폭기를 조합하여 0∼460Ω의 범위내에서 절환된다. 단계2에서 고분해능 모우드로 판정된 경우에는 도선저항을 측정하여 도선저항값이 예를들면 60Ω보다 작은지의 여부를 판정한다(단계7과 단계8). 저항값이 60Ω보다 작을 경우에는 동적범위는 고분해능모우드로 유지된다. 계속하여 소정의 처리를 실행한다(단계6). 도선저항값이 60Ω을 초과하는 것으로 판정될 경우에는, 고려하여야 할 전류제한저항을 신호경로에 삽입한다. 다음에, 동적범위를 정상모우드로 절환한다(단계9). 상기 모우드절환처리에서, 동적범위는 A/D 변환기(2)와 A/D 변환기(2)의 입력쪽에 구비된 도시되지 않은 전치증폭기를 조합하여 0∼700Ω의 범위에 절환된다. 상기 작동을 근거로 하여, 예를들면 백금온도측정저항기의 측정저항값이 17∼340Ω일때에, 동적범위는, 전류제한저항이 신호경로에 삽입된다는 가정하에서 0∼700Ω이 된다. 한편, 전류제한저항을 신호경로에 삽입하지 않을 경우에는 동적범위가 고분해능 모우드로 자동절환되므로, 1.5배의 정밀도를 얻을 수 있다. 상기 실시예에 있어서, 전원을 입력할때에, 도선저항을 측정하지만, 온도측정저항기에 대한 도선의 접속을 변경할 때에, 도선저항이 데이터 입력수단등에서 발생된 명령을 근거로 하여 측정된다. 제14도 및 제15도는 본 발명의 실시예 3의 조합을 나타내는 블록도이고, 센서에 접속된 도선의 각각의 저항의 영향을 무시하는 것을 특징으로 한다. 제14도는 온도저항기를 센서로 사용한 경우를 설명한다. (r1), (r2) 및 (r3)은 각각 도선저항이다. 마이크로프로세서(7)는, 센서로서 제공되는 온도저항기(1)의 양끝이 단락되거나 소정의 저항값을 가지는 기준저항이 접속될 때 신호를 입력하여 도선저항(r1)∼(r3)사이의 불균형으로 발생된 오차를 계산하는 오차연산수단(38)과, 오차연산수단(38)을, 예를들면 도시되지 않은 데이터입력수단에서 전송된 명령신호에 따라서, 작동하도록 하는 연산명령수단(39)을 구비하고 있다. 상기 구성에 있어서, 온도저항기에 인도되는 리드선의 도선저항(r1)∼(r3)사이에 약간의 불균형이 발생될 경우, 예를들면 r1=r+△r과 r3=3, 일때에 식(10)과 식(11)이 성립된다. VA-VC=(R+2ㆍr+△r)ㆍi.........................................(10) VB-VC=rㆍi....................................................(11) 단, R은 온도저항기(1)의 저항값이다. 식(10)과 식(11)에서 다음식(12)을 얻을 수 있다. Rㆍi=VA-2ㆍVB+VC-2ㆍ△rㆍi.....................................(12) 단 2ㆍ△rㆍi의 항은 리드선의 도선저항사이의 불균형에 기인하는 오차이다. 상기 오차를 얻기 위하여 우선적으로 온도측정저항기(1)의 양단은, 점선으로 도시한 바와같이, 본 실시예에서 단략된다. 이 상태에서 멀티플렉서(MPX2)를 구동하고 리드선의 한끝에서 전압신호(VA), (VB) 및 (VC)를 순차적으로 입력한다. 다음에, 연산명령수단(39)은 오차연산수단(38)에 연산명령을 출력한다. 오차(2ㆍ△rㆍi)를 얻기 위한 연산이 아래식(13)에 따라 실행된다. 상기 연산명령은 데이터입력수단(8)에서 주어진 명령을 근거로 하여 발생된다. 2ㆍ△rㆍi=VA-ㆍVB+VC..........................................(13) 특히, 온도측정저항기(1)의 양단이, 점선으로 도시한 바와같이, 단락될때에, 오차(2ㆍ△rㆍi)는, Rㆍi의 항이 방정식(12)에서 0이 되므로 방정식(13)에서 구할 수 있다. 상기 오차를 구하는 연산을 종료할때에, 온도측정저항기(1)의 양단의 단락은 중단된다. 이와같이 얻은 오차는 EEPROM에 저장되고 온도신호연산수단(3)에 제공되고, 식(12)와 관계되는 연산이, 상기 오차를 고려하면서, 실행된다. 결과적으로, 리드신의 도선저항사이의 불균형으로 발생된 오차를 가지지 않는 온도신호를 얻는 것이 가능하다. 상기 기술에 있어서, 오차를 계산할 때에, 온도측정저항기(1)의 양단은 단락되지만, 대신에 소정의 값을 가진 기준저항을 접속할 수 있다. 제15도는 열전기온도계를 센서로 사용한 실시예를 나타낸다. (r)은 열전대(1)의 각각의 리드선의 저항을 나타낸다. (CS)는, 정전류(i)가 스위치(S1)을 통하여 열전대(1)로 흐르는 정전류원을 나타낸다. 정전류(i)는 열전대(17)의 개방을 검출하는 측정전류이다. 마이크로프로세서(7)는, 스위치(S1)를 ON 또는 OFF로 작동할 때 열전대(1)에서 입력된 전압신호(V1), (V2)를 인가하여 도선저항(r)과 정전류(i)사이의 불균형으로 발생되는 오차를 계산하는 오차연산수단(38)과, 오차연산수단(38)을, 예를들면 도시되지 않은 데이터입력수단에서 전송된 명령신호에 따라서, 작동하도록 하는 연산명령수단(39)을 구비하고 있다. 상기 구성을 근거로 하여, 온도측정시에 스위치(S1)을 ON으로 하면 정전류원(CS)에서의 정전류(i)는 리드선과 열전대(1)를 통하여 흐르므로 리드선의 한쪽끝에서 전압신호(V1), (V2)를 발생한다. 전압신호(V1), (V2)는 멀티플렉서(MPX2)에 의해 순차적으로 선택되고, A/D 변환기(2)의 사용에 의해 디지틀신호로 변환된다. 마이크로프로세서(7)에 구비된 온도신호연산수단(3)은 전압신호(V1), (V2)사이의 전위차(VX)를 계산한 다음에, 열전대(1)에서의 온도신호(VC)를 리드선저항값에 관계되는 오차를 전위차에서 감산하는 다음의 식(14)으로 연산을 행하여 얻는다. VX=V1-V2 VC=VX-2ㆍiㆍr..................................................(14) 단, 오차(2ㆍiㆍr)는 정밀도에 관해서는 무시될 수 있는 양을 가지지만, 리드선저항(r)의 변경에 따라서 가변된다. 특히, 전류제한저항이 근본적인 안정성을 보장하기 위해 폭발을 방지하는 관점에서 리드선의 중간에 삽입될 때, 작동의 문제점이 발생되는 측정오차가 열전기온도계(1)의 형태와 배선상태에 따라서 발생한다. 이제, 스위치(S1)의 ON 상태에서 전위치를 VX ON 으로 하면 다음의 방정식(15)이 성립된다. VC=VX ON -2ㆍiㆍr..................................................(15) 단, 2ㆍiㆍr은 미지수이다. 따라서, 정밀도(VC)를 얻을 수 없다. 상기 실시예에서, 열전대(1)의 형태와 배선상태를 고려하여 폭발을 방지하기 위한 안정성을 위하여 전류제한 저항을 리드선의 중간에 삽입하는 경우와, 2ㆍiㆍr이 무시할 수 없을 경우에는 연산명령이 출력되는 데이터입력수단(8)을 접속한다. 마이크로프로세서(7)는 상기 명령을 수신하여 우선 스위치(S1)을 OFF한다. 이 상태에서 정전류(i)는 리드선을 통하여 흐르지 않으므로, 식(14)은 방정식(16)의 형태로 표현될 수 있다. 결과적으로, 오차를 가지지 않는 VC를 얻을 수 있다. 이 상태에서의 전위차는 VX OFF 로 한다. VC=VX OFF ..........................................................(16) 오차연산수단(38)은 상기 식(15), (16)에서 미지수오차(2ㆍiㆍr)를 구한다. 2ㆍiㆍr=VX ON -VX OFF 이와같이 얻은 오차(2ㆍiㆍr)는 정정되어 EEPROM(77)내에 저장되고 온도신호연산수단(3)에 전송된다. 다음에, 스위치(S1)는 ON되므로, 정상온도측정상태를 제공한다. 이 상태에서 정전류전원(CS)에서의 정전류(i)는 단락 검출전류로서 리드선에 흐른다. 온도신호연산수단(3)은 오차연산수단(38)으로 계산된 정정오차(2ㆍiㆍr)을 수신하고, 온도신호는 식(14)에 따라서 계산된다. 즉, 본 실시예에 따라서, 리드선의 배선상태가 변경되어도 오차를 가지지 않는 온도신호를 적응성 있게 얻은 것이 가능하다. 예를들면 K-형태의 열전기온도계(1)가 사용되고, 정전류원(CS)에서 출력된 전류(i=0.1㎂)가 흐른다. 다음에, 전류제한저항, 예를들면 r=235Ω을 도선의 중간에 삽입한다. 이 경우에 있어서, 1.2℃의 오차가 0℃부근에서 존재하지만 본 실시예에서 상기 오차는 제거될 수 있다. 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해서, 본 발명의 기술적범위 또는 기술사상에 벗어남이 없이, 다양한 변경 또는 수정을 할 수 있다. |
