JP2003120411A - 信号間隔計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】入力信号に高頻度のノイズが重畳した場合した
場合でも、中央演算装置が割り込み処理の多発によって
正常に動作できなくなる事がなく、確実に入力信号間隔
を計測し続ける計測装置を提供する。 【解決手段】エッジ検出回路１１で、入力信号１０の立
ち上がりエッジを検出したならば、キャプチャレジスタ
１３にトリガをかけてその時点のタイマ１２の値を取り
込ませ、保存する。その値は、中央演算装置１６が読み
とり、タイマ値の変化を調べて信号間隔を算出する。中
央演算装置１６は、エッジ検出回路１１からのトリガ信
号は受け取らず、独自に一定周期で、キャプチャレジス
タの値を読み込む動作を繰り返す。このため、高頻度の
ノイズの重畳によってトリガが多発しても、処理負荷は
一定以上にはならず、動作不能に陥ることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力信号を監視
し、信号の入力頻度を計測する装置に関する。特に、信
号の入力頻度がマイクロコンピュータの作動速度に比し
て十分に遅く、かつ、ノイズによる外乱の影響を受けや
すい条件下で利用される計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】センサーとマイクロコンピュータを組み
込んで、様々の計測や制御を行うシステムが、自動車や
他の産業機械の作動監視や制御のために利用されてい
る。例えば自動車の場合、走行速度や、エンジンの回転
数が計測対象となる。計測のために使用されるセンサー
は、駆動軸やエンジンの回転に応じて矩形波状のパルス
を出力する。このパルスを計測装置で検出し、その頻度
から、速度や回転数を割り出している。

【０００３】従来の技術では、この信号の計測の為に、
マイクロコンピュータはプログラムで割り込み処理を利
用している。マイクロコンピュータは、基本的には自動
車の運転状況に関わる制御等を行っているので、常時、
センサーからの信号を監視し続けることは出来ない。そ
こで、センサーからの信号を検出した時点でタイマのカ
ウントをキャプチャレジスタに取り込み、同時に中央演
算装置に割り込みをかけ、一時的にメインルーチンの実
行を停止して、カウント値をキャプチャレジスタから中
央演算装置に取り込ませる処理を行う。必ずしも一定間
隔では発生しないパルスを検出するためには、この割り
込み処理は理にかなった方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法は、
現実の使用場面では問題を生じる。すなわち、実験室環
境とは異なり、実使用の条件では、突発的にセンサー出
力に高頻度のノイズが重畳する場合があり、そのような
場合はメインルーチンへの割り込み要求が多発して、メ
インルーチンの処理が滞ってしまい、正常な処理を続け
られなくなる。ノイズによって、一時的に計測不能に陥
るのは許容するとしても、停止が許されないメインルー
チンの他の処理にまで、異常を及ぼすことは避けなけれ
ばならない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
達成するためになされたものであり、時刻情報を提示す
るタイマと、入力信号を監視し予め定められた条件を満
足する信号を検出したときにトリガ信号を発生する検出
回路と、検出信号を受け取ることによって時刻情報をラ
ッチするキャプチャレジスタと、キャプチャレジスタの
時刻情報を定期的に取り込み演算を行う中央演算装置を
備え、中央演算装置は取り込んだ時刻情報を、その１回
以上前の定期実行時に取り込んだ時刻情報と比較して、
信号の入力間隔を算出することを特徴とする、信号間隔
計測装置により、課題解決を図る。

【０００６】本発明による計測装置は、次のように動作
する。まず、信号が入ってくると、それは検出回路で検
出され、トリガ信号が発信される。トリガ信号によっ
て、キャプチャレジスタが作動し、その時点でのタイマ
のカウント値がキャプチャレジスタにキャプチャされ
る。トリガ信号は、中央演算装置には割り込みをかけな
いため、カウント値はレジスタにキャプチャされるのみ
で、この時点では中央演算装置には取り込まれない。

【０００７】中央演算装置は、一定周期で制御プログラ
ムを繰り返し実行している。その繰り返しプログラムの
一部に、入力信号を監視し信号頻度を算出するプログラ
ムが含まれている。そのプログラムは、実行される毎
に、キャプチャレジスタの値を取り込む。取り込まれた
値が、前回実行時に取り込んだ値と異なっていれば、そ
の間に信号が検出されたと判断できる。取り込んだ値の
差を取ると、二つの信号検出の間に経過した時間が得ら
れる。

【０００８】信号検出間隔が判明するのは、二つ目の信
号が検出された時点ではなく、中央演算装置が繰り返し
プログラムの中でレジスタの値を確認した時点である。
信号間隔の検出に遅れが許されないのならば、この発明
の方法は適していない。逆に、遅れを許容して信号間隔
の測定精度を高める事もできる。そのためには、二つ目
の信号検出で間隔を算定するのではなく、３つ目、或い
はそれ以上待ってカウント数を積算してやればよく、測
定精度を高める事が出来る。

【０００９】測定精度の低下を許容し、逆にプログラム
を簡潔にするアプローチもある。請求項の２がその方法
で、検出回路がトリガを発信した際は、フラグをセット
するのみで、タイマ値のキャプチャ等は行わない。中央
演算装置は、繰り返し処理毎に、フラグの有無のみを見
る。フラグがセットされていた場合は、直前の繰り返し
処理の終了以降に信号が検出されたと判断できる。前回
フラグがセットされていたときから、何回繰り返し処理
を行ったかで、信号の検出間隔が測定できる。この場合
は、繰り返し処理の周期をｔとした場合、ｔが測定精度
の上限になる。

【００１０】本発明では、中央演算装置は制御プログラ
ムの繰り返し実行のタイミングでしかキャプチャレジス
タの値を取り込まないため、検出できる最短の時間間隔
は、制御プログラムの繰り返し周期ｔであり、これより
も短い時間は検出できない。それよりも短い時間間隔で
の信号の入力は、キャプチャレジスタの値を上書きする
のみで、信号頻度の測定値はｔよりも小さくなることは
ない。これが本発明の制約である。

【００１１】しかし、この制約があるために、ノイズ等
に起因する非常に高頻度の信号が入ってきた場合でも、
中央演算装置は保護され、信号検出に忙殺されることな
く、制御プログラムの繰り返し処理を正常に実行し続け
ることが出来る。これが本発明の最大のメリットであ
り、安定で堅牢な動作を保証する。

【００１２】本発明の構成では、タイマにオーバーフロ
ーカウンタを組み合わせることで、扱える時間間隔を延
長することも可能である。この場合、オーバーフローカ
ウンタの更新には、二通りの方法がある。一つは、タイ
マのオーバーフローが発生した時点で、中央演算装置に
割り込みをかけ、オーバーフローカウンタを更新する処
理を実行する方法である。もう一つは、中央演算装置の
繰り返し処理の際にタイマのオーバーフローの有無をチ
ェックして、その結果に従ってオーバーフローカウンタ
を更新する方法である。

【００１３】本発明による計測装置は、以上のように動
作し、ノイズ等の外乱があっても、機能停止や、同時実
行されている他の制御に対して悪影響を及ぼすことが無
く、高い信頼性と堅牢性を提供するわけであるが、適用
対象は、自動車に限らない。

【００１４】ノイズの発生は、激しい爆発的な燃焼と機
械部品の激しい運動を伴う内燃機関においては、普遍的
な現象であるからである。故に、通常のガソリンエンジ
ン、ディーゼルエンジンだけでなく、ジェットエンジン
やロケットエンジン等のエンジン付近に取り付けられた
センサーからの信号の処理に対しても、有効であると考
えられる。また、大電力でモーターを駆動して走行し、
回生ブレーキなどを多用する電気自動車、ハイブリッド
カー、燃料電池車に適用した場合にも、同様に大きな効
果が期待できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、車速センサおよびエンジン
センサからの信号を監視し自動車の走行状況を計測する
システム、を例に、本発明の実施形態について図面を利
用しつつ説明する。

【００１６】図１は、本発明の基本例を示すブロック図
である。図において、入力信号１０は検出回路１１で監
視され、入力パルスの立ち上がりエッジを検出した時点
でトリガ１４を出力する。このトリガはキャプチャレジ
スタ１３を駆動させ、タイマ１２が提示する時刻情報を
保存する。中央演算装置１６は、一定時間毎の繰り返し
処理に際して、キャプチャレジスタ１３の値を読み出
す。

【００１７】これに比して従来例の図２では、検出回路
２１が発するトリガ２４は、キャプチャレジスタ２３を
駆動すると同時に、割り込み信号２５として中央演算装
置で割り込み処理を駆動する構成となっている。

【００１８】図３，４は、入力信号、キャプチャレジス
タ、中央演算装置、出力について、時間を追ってどのよ
うに変化するかを、本発明例と従来例について示したも
のである。

【００１９】エッジ検出回路は、入力信号の矩形波のエ
ッジが立ち上がるタイミングで、トリガーを発し、キャ
プチャレジスタトリガーを受けて、タイマのカウントを
取り込む。エッジ検出回路が検出するのは、他には例え
ばエッジが立ち下がるタイミングとしても良い。Cn、Cn
-1及びCn-2は、各々n番目、n-1番目、n-2番目の信号が
検出された時点での、タイマのカウント数である。キャ
プチャレジスタに取り込まれたタイマの値Cは、次に信
号が検出されて改めてタイマのキャプチャがやり直され
るまで、キャプチャレジスタ中に保持される。

【００２０】入力信号とキャプチャレジスタ中の値の関
係は、本発明例、従来例、との間で差異は無く、図３、
図４とも同一である。

【００２１】本発明例の図３では、中央演算装置は、定
期的に実行する繰り返し処理の段階で、初めてキャプチ
ャレジスタの値Cを読み出す。そしてその前に取り込ん
だ値と比較して、信号間隔を算出する。図３では、繰り
返し処理と繰り返し処理の間に、信号入力があったとい
う図になっているが、実際の条件下では、むしろ、信号
入力の無い場合の方が多い。この場合は、キャプチャレ
ジスタから読み込む値は、その前の繰り返し実行時に読
み込んだ値と同じになる。同じであった場合は、信号間
隔を算出しないようにプログラムを組んでいる。

【００２２】これに対して、従来例の図４では、キャプ
チャレジスタがタイマのカウント数を取り込むと同時
に、割り込み信号が中央演算装置に送られるので、即座
にカウント数はキャプチャレジスタから中央演算装置に
取り込まれ、引き続いて信号間隔が算出される。すなわ
ち、中央演算装置の繰り返し処理のタイミングとは無関
係に信号間隔が検出できる。しかし、この性質のため、
入力信号の頻度が高くなると中央演算装置が信号間隔検
出のために占有された形となり、繰り返し処理で実行し
なければならない他の操作を、処理しきれない状況に陥
る。本発明の方法では、信号検出が一定の頻度以上にな
る場合は無視して、中央演算装置を保護することは、既
に説明した通りである。

【００２３】図５，６は、本発明法の内請求項３，４の
方法の例について、ブロック図を示したものである。こ
の例では中央演算装置の内部に、メモリ領域を確保して
オーバーフローカウンタとしている。図５は、タイマ５
２のオーバーフロー信号５５で中央制御装置５６に割り
込みをかけて、オーバーフローカウンタ５７を更新する
処理を行わせる事を前提とした場合のブロック図を示し
ている。図６は、更にタイマからの割り込みも排除し、
オーバーフローカウンタも繰り返し処理の際に更新する
方法を採る場合のブロック図である。

【００２４】図８は、図６の場合について、タイマとオ
ーバーフローカウンタの値の変化を加えて、図３を書き
直したものである。図中、Dn，Dn-1は、オーバーフロー
カウンタの値を示し、図中でタイマが１回オーバーフロ
ーしているため、オーバーフロー後の繰り返し処理の段
階で、オーバーフローカウンタが更新され、値が１増え
ている。

【００２５】繰り返し処理の段階では、キャプチャレジ
スタの値とは無関係に、まず、その回の繰り返し処理開
始時点のタイマ値を、中央演算装置に取り込む。そし
て、この値を利用してオーバーフローカウンタを更新す
る。現在のタイマ値が、繰り返し処理の周期ｔに相当す
る値よりも小さければ、オーバーフローが起こったと判
断できる。しかし、他の処理に時間をとられて、繰り返
し処理の周期ｔを完全に一定に保てない場合はこの方法
は使えない。その場合は、その前の繰り返し処理時に取
り込んだタイマの値と、現在のタイマ値を比較すればよ
い。もし、現在のタイマ値の方が小さければ、前回から
今回の繰り返し処理の間に、タイマのオーバーフローが
発生したと判断できる。このようにして、オーバーフロ
ーが起こったと判定された場合、オーバーフローカウン
タDを更新して値を１増やす。

【００２６】一方、繰り返し処理では、入力信号間隔の
算出も行うのであるが、この際にはキャプチャレジスタ
の値を参照する。

【００２７】キャプチャレジスタの更新タイミングが信
号検出の瞬間であるのに対して、オーバーフローカウン
タの更新は繰り返し処理時に行われるため、信号検出の
タイミングによっては、オーバーフローカウンタが信号
検出時の値よりも１大きくなっていることがあり得る。
そのような状況は、前回の繰り返し処理の後で信号検出
があり、なおかつその後でタイマのオーバーフローが起
こった場合に生ずる。

【００２８】繰り返し処理の間隔をｔとすると、オーバ
ーフロー直後の繰り返し処理においては、キャプチャレ
ジスタの値は、ｔよりも小さい。故に、レジスタの値が
ｔよりも小さい場合は、オーバーフローカウンタの値よ
り、１小さい値を正として、信号検出間隔を算出する様
に、プログラムを書く必要がある。繰り返し処理の周期
がばらつく場合もあり得るので、余裕を見て、キャプチ
ャレジスタの値＞タイマのフルスケール／２を判断基準
とすることが望ましい。

【００２９】図７は、図５の場合について、タイマとオ
ーバーフローカウンタの値の変化を加えて、図４を書き
直したものである。オーバーフローカウンタはタイマの
オーバーフロー発生とほぼ同時に更新されるが、キャプ
チャレジスタの更新タイミングが信号検出の瞬間である
のに対して、オーバーフローカウンタの更新はタイマの
オーバーフロー時に行われるため、図８の場合と同様
に、信号検出に際しては、オーバーフローカウンタ値が
１大きくなっている場合があり得る。この場合のオーバ
ーフローカウンタの値の補正方法は、図８の場合と同様
である。

【００３０】上記の図７，８についての説明は、タイマ
がアップカウンタであることを前提とした。仮にダウン
カウンタを採用した場合でも、動作の基本は同様であ
る。ただし、オーバーフローカウンタの補正が必要か否
かの判断条件は“キャプチャレジスタの値＜タイマのフ
ルスケール／２”になる、等の読み替えが必要である。

【００３１】以上の実施形態の説明においては、フラグ
を備えていない事例のみを扱った。キャプチャレジスタ
について同時にフラグをも用意しておくと、信号検出が
あったときのみキャプチャレジスタの値を処理すればよ
いので、処理効率が高まる。ただし、オーバーフローカ
ウンタの動作や補正の方法等は、既に述べたフラグ無し
の場合とほぼ同一である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によると、割り込み処理を最低限
しか使わずに、各信号の入力間隔を検出、記録する事が
可能で、しかもそれを、簡潔な機構で実現できる。ま
た、ノイズを含む高頻度の入力信号に晒されても、割り
込み処理の累積による処理の遅滞が排除されるため、高
い信頼性を確保できる。

【００３３】この特性を有するため、本発明は、内燃機
関や各種電池で駆動する自動車等、しばしば高頻度のノ
イズに晒される機構に搭載される場合に特に有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本例を示すブロック図である。

【図２】従来例を示すブロック図である。

【図３】図１における各構成要素の作動状況を時間を追
って表した図である。

【図４】図２における各構成要素の作動状況を時間を追
って表した図である。

【図５】本発明の請求項５の方法を示すブロック図であ
る。

【図６】本発明の請求項４の方法を示すブロック図であ
る。

【図７】図５における各構成要素の作動状況を時間を追
って表した図である。

【図８】図６における各構成要素の作動状況を時間を追
って表した図である。

【符号の説明】

１０ 入力信号 １１ エッジ検出回路 １２ タイマ １３ キャプチャレジスタ １４ トリガ信号 １６ 中央演算装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時刻情報を提示するタイマと、入力信号
   を監視し予め定められた条件を満足する信号を検出した
   ときにトリガ信号を発生する検出回路と、検出信号を受
   け取ることによって時刻情報をラッチするキャプチャレ
   ジスタと、キャプチャレジスタの時刻情報を定期的に取
   り込み演算を行う中央演算装置を備え、中央演算装置は
   取り込んだ時刻情報を、その１回以上前の定期実行時に
   取り込んだ時刻情報と比較して、信号の入力間隔を算出
   することを特徴とする、信号間隔計測装置。
2. 【請求項２】 時刻情報を提示するタイマと、入力信号
   を監視し予め定められた条件を満足する信号を検出した
   ときにトリガ信号を発生する検出回路と、検出信号受け
   取ることによってセットされるフラグと、フラグの状況
   を定期的に監視しフラグがセットされていた場合にはそ
   の時点の時刻情報を記録する動作を行う中央演算装置を
   備え、中央演算装置はそれ以前にフラグがセットされて
   いることを確認した時刻と比較して、信号の入力間隔を
   算出することを特徴とする、信号間隔計測装置。
3. 【請求項３】 タイマのオーバーフロー回数を記録する
   オーバーフローカウンタを有し、タイマの時刻情報とオ
   ーバーフローカウンタの値を併せて、長時間間隔の計測
   が可能な事を特徴とする、請求項１に記載の信号間隔計
   測装置。
4. 【請求項４】 中央演算装置は、定期処理を実行する毎
   に前回の処理以降のタイマのオーバーフロー発生の有無
   を検出し、オーバーフローが検出された場合は、オーバ
   ーフローカウンタを更新する操作を行うことで、拡張タ
   イマを駆動させる点に特徴を有する、請求項３に記載
   の、信号間隔計測装置。
5. 【請求項５】 タイマのオーバーフローが発生した場合
   は、メインルーチンの実行に割り込みをかけ、オーバー
   フローカウンタの値を更新する操作を行うことで、拡張
   タイマを駆動させる点に特徴を有する、請求項３に記載
   の、信号間隔計測装置。
6. 【請求項６】 内燃機関、内燃機関を利用して駆動され
   る機構、もしくは、バッテリーとモーターによって駆動
   される機械の、作動状態の監視に利用される点に特徴を
   有する、請求項１、２、３、４および５に記載の信号間
   隔計測装置。