マイコン

質問

アナログ電圧信号を取り込み、デジタルフィルタ等の処理をした後、規格値との比較・判定を行なうような検査装置を作りたいと考えています。
サンプリングは5～10KHZ位で、必要チャンネル数は４０チャンネル位です。
どのようなものを使用すれば可能でしょうか？
パソコンは使用せず、マイコンのようなものでやりたいのですが、
無謀でしょうか？

測定電圧はＤＣ±１０Ｖです。
測定精度はフルスケールの±２％程度を考えています。
測定は４０ｃｈ同時です。ただ、サンプリングレートが確保できれば
ｃｈ切替式（マルチプレクサタイプ）でもＯＫです。
判定出力（ＯＫ，ＨＩ－ＮＧ，ＬＯＷ－ＮＧ）も必要です。
よろしくお願いします。

回答No.3

noname#230359

皆様のアドバイスで一通りの必要情報は網羅されています。
２０年程前に、このようなことばかりをやっていた者で、老婆心ながら少しだけ補足を。

まず、「同時」と「切替え式でもＯＫ」とありますが、切替え式の特徴をよく把握する必要があります。

切替えを行うと、一定の安定待ちを行う必要があります。近年では高速でマルチプレクサ内臓の良いＡ／Ｄコンバータが安価であるようですが、こんな所でつまずいたりします。１回路あたりのサンプリングレートは１０Khzとありますから、１回路のサンプルのピッチは１００μsecと十分余裕です。ですが、これを４０回路同時に行うとなると、どんなに変換速度の速いＡ／Ｄを使ってもマルチプレクサが安定するまでの時間が足りません。（どれ程必要かは、近年のＩＣのスペックを知らない物でなんとも．．．）計測器であれば、リニアリティや温度補償など、アナログの知識は確固たるものが必要です。数回路ずつ括ると、括りの単位で回路特性が変わったりします。これも頭の隅において損はありません。

判定方法も、もっと詳細が解らないとコメントができません。
１サンプル単位でのジャッジなのか、一定のバッファ後に纏めて判断なのか、トリガが来た瞬間に即座（割込み処理）なのか．．．
以前は、良品のＶＴＲの信号を２０μsec程度のピッチでスキャンしておいたデータを、ラインに流れる基盤の計測信号と比較し、ＧＯ／ＮＧなどジャッジしていました。波形状況を見てトリガをかけ、サンプルするなどかなり高度な計測でしたが、クロック８Mhzの８ｂｉｔＣＰＵ１個でやれました。代わりに、サンプリングスタートから終了までの間は他の処理は一切しないでよいように、前後で全ての準備を行うようなシーケンスが必要となります。

近年、デジタル回路の性能は高速・高度になり、容易に実現できそうではありますが、計測に関しては１スキャンすら取りこぼすことは許されません。要求される全シーケンスをトータルで検討し、その実現を、回路の動きからＣＰＵのプログラムフェッチ速度まで、通信の割込みで発生するイレギュラーなタスク、自分がＣＰＵになり代わり、１マシンサイクル単位で追いかけて行ける知識が必要です。

専門家に任せるしかないのですが、その専門家の技量や商魂も入り乱れ、価格は１桁変わってくるでしょう。それをフォローするのは、予備知識による仕様出しか、信頼関係かのどちらかになります。

散文で失礼しました。

お礼

ありがとうございます。
思っている以上にハードルが高そうなので、ひとまずアナログ回路での
対応で考えます。

回答No.2

noname#230359

毎度ＪＯです。
投稿内容から結論として可能だと思います、スペック（機器として）は
１）ＡＤ入力４０ＣＨ
２）１００μｓ以内に全チャンネルがサンプリング出来る事
３）ＡＤへの入力は、±１０Ｖ→０～５Ｖへのコンバーターで実現
４）ＡＤコンバータの分解能は８ビット（１/２５６）　精度≒０．４％　
マイコンＩＣ単体で４０ＣＨは出来ませんので、複数のＡＤ変換ＩＣとの組み合わせとなります。

補足要求として、
測定する対象がわかりませんが、毎秒（１０Ｋ　Ｘ　４０データ）４０００００個の判定結果が生成されますが
これをどのように処理するか？

判定する為のデータは、どのように取り込むか？
１）初めから定数として決まっていて、プログラム上でこれと比較
２）パソコンなどと通信（ＲＳ２３２Ｃなど）して、比較するデータを確定する

判定（ＯＫ，ＨＩ－ＮＧ，ＬＯＷ－ＮＧ）の出力形態は？
１）ＬＥＤなどで、チャンネル毎に表示
２）パソコンなどと通信（ＲＳ２３２Ｃなど）して、判定結果を通信で送る

これらをご自分でなさるには、マイコンに相当の習熟が必要になります、また回路設計には相応の技術が必要になります、
専門の業者に委託されたほうが無難かと思われます。

毎度ＪＯです。
一つ確認したいのですが、サンプリングするアナログ信号は「変化」するのでしょうか？？
５ｋＨｚ以上の速度で変化する信号ですと、エイリアシングが発生して、正確にサンプリングできません
http://www.mech.tohoku-gakuin.ac.jp/rde/contents/course/controlII/digicont.html

>>どのようなＩＣが候補としてありますか？
開発する立場として一言
ＣＰＵについては、極論すればなんでもＯＫです、ＡＤコンバータを内蔵しなくとも、外部に持てばよいわけです。
発注者側よりＣＰＵの指定をしないほうが良いです、これは開発者により得手・不得手のＣＰＵがある為で、
使い慣れたＣＰＵであれば、開発期間の短縮・開発設備は豊富にある・スフトウエアの安定感など、
開発者の実績のあるＣＰＵであれば、結果として成功します。

ＡＤコンバータについては、１００μＳ以内で８ビットＸ４０サンプリングできれば何でもよいので、
１）２０μｓ以内でサンプリングできるコンバータ、４回路入りＸ１０個
２）１０μｓ以内でサンプリングできるコンバータ、４回路入りＸ５個
３）ビデオ信号をサンプリングできる物であれば、デコード回路との併用で、１個で済むかもしれません

ＡＤへの入力は、±１０Ｖ→０～５Ｖへのコンバーターで実現するのですが、この回路にＬＰＦなどの積分回路・ゲイン調整などの機能を持たせる事もできます。

開発経費については、既存の製品が流用できない場合、すべての回路を１から設計しプログラムも有りますから、百万単位になると思われます。
成功の秘訣は、開発する側と十分な検討・コミュニケーションをとって、スペック上では、譲れる所は譲って、譲れないところは譲らない！！！

開発全般についてもそうなのですが、発注側が「わがままを言えば言うほど」高い（価格的に）物になってしまいます、何をおいても十分な検討・話し合いを。

お礼

回答ありがとうございます。
判定する為のデータは外部からRS232Cで初期設定し、このデータとの比較です。
出力形態は判定出力（TTLなど）で、
データ確認のため要求によりRS232C等の通信でデータを外部へ取り出したいと考えています。
どのようなＩＣが候補としてありますか？
製作に当っては最終的には外部業者に頼ることになると思いますが、
どのようなものになるかイメージが知りたいのでよろしくお願いします。
また、外部に開発依頼するとしたら費用はどのくらいが目安でしょうか？

回答No.1

noname#230359

専門分野でないのでアドバイスできませんが、下記が必要かと思います。
・測定電圧（ＤＣ○～○Ｖ）
・測定精度(フルスケール±％）
・４０ＣＨは同時測定か。それともＣＨ入力を順次、切り替えることでも対応出来るか。

数点程度なら、変位センサ等を使いますが、４０ＣＨとなると‥。
当然、ＯＫ，ＨＩ－ＮＧ，ＬＯＷ－ＮＧも必要ですよね？