JP3282426B2 - 圧電ブザーの音量制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電ブザーを利用する
電子制御装置に係り、さらに詳細には圧電ブザーの音量
制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブザーの音量や音色を変化させる従来技
術としては、例えば次のようなものがある。 特開昭５７−２１０３９４号公報に記載のものは、ブ
ザーの制御電圧のパルス波に振幅の変化を与えて音色と
音量を変化させている。 また、上記のようなパルス波の振幅の変化に代えてパ
ルス波のデューティ比を変化させることにより、ブザー
音を変化させるものとしては、実開平２−６２４９９
号、実開昭６３−３３１９６号公報に記載されている。
これらは音を変化させるための専用回路を必要としてい
た。また、これらの事例では、パルス波制御によるブザ
ー音の濁りに対する防止策については配慮されていな
い。 特開昭５８−１１６５９４号公報に記載のものは、パ
ルス波のデューティ比を変化させることにより、ブザー
に接続されたコンデンサの充電電圧を変化させている。

【０００３】特開平２−９３５９５号公報に記載のも
のは、音量変化のために、パルス波発生装置を複数用い
ている。 特開平２−１３５３９９号公報に記載のものは、電圧
のオン，オフ制御により音量を変化させている。 そのほか、音色の乱れをなくす配慮がなされたものと
して、特開昭６３−４５９８号公報に記載されたものが
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、圧電ブ
ザーに関しては種々の制御が提案されているが、本発明
が解決しようとする課題は次のようなものである。 （１）パルス制御（例えばデューティ制御）により圧電
ブザーの音量制御を行う技術で、従来技術よりも圧電ブ
ザーの音量制御のために必要となるハードウエア部品の
点数を極力少なくすること。 （２）パルス波の駆動によるブザー音の濁りをできるだ
け小さくすること。即ち、パルス波により圧電ブザーを
駆動すると、パルス波周期の設定が不適切である場合、
ブザーがピーッ，ピーッといった断続音になったり、音
が複数重なったような濁った音を発生するが、このよう
な不具合を抑制しようとする。 （３）ブザーの音量を、無音から最大音量まで段階的に
容易に変化できるようにすること。 従来の場合、圧電ブザーの音量は可変抵抗器で制御電圧
を手動で変化させる方法が考えられるが、本発明では、
ソフトウエア的に電子的に変化させようとする。

【０００５】（４）ブザー音制御に用いるパルス波を安
定した振動数で出力すること。即ち、パルス波の出力を
プログラムのみの制御で生成すると、割り込み処理やマ
ルチタスク制御を行っている装置では、これらの並列処
理によりパルス波出力処理に時間的遅れや中断を生じ、
正確な振動数が得られなかったり、あるいは振動数が安
定しない。本発明では、このような問題を解決して、ブ
ザー音制御に用いるパルス波を安定した振動数で出力さ
せようとする。 （５）ブザー鳴動中のブザー鳴動そのものにかかる処理
時間を皆無として、マイクロプロセッサのスループット
の向上を図ること。例えば、ブザー鳴動のためのパルス
波発生を、プログラム処理により電圧をオン，オフ制御
するという方法では、ブザー鳴動中は、マイクロプロセ
ッサは、他の処理ができなくなり、システムのスループ
ットを低下させてしまう。本発明では、ブザー鳴動中は
ブザー鳴動のためのプログラム処理を皆無として、ブザ
ー鳴動開始と停止時にのみのプログラム処理ですみ、シ
ステムのスループットを向上させようとする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記（１）の
課題を解決するために、第１には、マイクロプロセッサ
を制御する制御プログラムによりプログラマブルタイマ
ーを設定して、該プログラマブルタイマーにより圧電ブ
ザーの駆動に必要なパルス波を発生させることを特徴と
する（これを課題解決手段Ａとする）。

【０００７】さらに、上記（１）の課題と併せて
（２），（３）の課題も解決するために、圧電ブザーへ
の制御電圧（パルス波制御）を、前記プログラマブルタ
イマーにより圧電ブザーの固有振動数に合わせたパルス
周期で発生させ、パルス周期のデューティ比をプログラ
マブルタイマーのカウント値に対応して可変制御する
（これを課題解決手段Ｂとする）。

【０００８】また、上記（１）〜（３）の課題に加えて
（４），（５）の課題も解決するために、プログラマブ
ルタイマーは、パルス波発生によるブザーの鳴動中は、
プログラム処理とは独立して動作可能に設定したものも
提案する（これを課題解決手段Ｃとする）。

【０００９】

【作用】課題解決手段Ａによれば、マイクロプロセッサ
を制御する制御プログラムによりプログラマブルタイマ
ーが設定されると、このプログラマブルタイマーにより
圧電ブザーの駆動に必要なパルス波がタイマーのカウン
ト値の応じて発生して、圧電ブザーが鳴動する。この方
式では、圧電ブザーの制御端子に、プログラマブルタイ
マーの電圧出力端子を直接、またはバッファアンプ（緩
衝増幅器）を介して接続するだけでよく、圧電ブザーの
制御・駆動回路を極めて部品点数の少ない回路構成にす
ることが可能になる。

【００１０】さらに、上記課題解決手段Ｂによれば、圧
電ブザーへの制御電圧（パルス波制御）を、プログラマ
ブルタイマーにより圧電ブザーの固有振動数に合わせた
パルス周期で発生させ、この条件の下でパルス波のデュ
ーティ比をプログラマブルタイマーのカウント値に応じ
て変化させることにより、濁りのない澄んだ音でしかも
圧電ブザーの音量設定が可能になる。

【００１１】さらに、上記課題解決手段Ｃによれば、ブ
ザー鳴動のためのパルス波制御が制御プログラムを基に
プログラマブルタイマーを用いて一度開始されると、プ
ログラマブルタイマーは制御プログラムによるブザー鳴
動停止処理（中止命令）がなされない限りは、ブザー駆
動に必要なパルス波を生成し続ける。即ち、ブザーが駆
動開始すると、プログラム処理の介入なしで、鳴動を続
ける。

【００１２】これにより、制御プログラムで割り込み処
理やマルチタスク制御を行っている装置であっても、圧
電ブザーが上記割り込み処理等の影響を受けることがな
く、圧電ブザーのブザー音制御に用いるパルス波を安定
した振動数で出力させる。また、ブザー鳴動中のブザー
鳴動そのものにかかる処理時間を皆無として、マイクロ
プロセッサのスループットの向上を図る。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例の全体概要を示すブ
ロック図である。図中、１０は汎用ワンチップ型マイク
ロプロセッサで、マイクロプロセッサ１０は、制御プロ
グラムに従って命令を実行するマイクロプロセッサコア
１、制御プログラムを格納するＲＯＭ２、マイクロプロ
セッサコア１で実行された制御データを格納したり、上
記実行のための参照すべき制御データを格納するＲＡＭ
３、マイクロプロセッサコア１により指定されたパルス
波を発生するプログラマブルタイマー４、マイクロプロ
セッサ内の回路に実行クロックを供給するためのクロッ
ク発信器５等により構成してある。

【００１４】上記プログラマブルタイマー４は、その出
力端子がバッファアンプ６を介して圧電ブザー７の制御
端子（入力端子）と接続される。バッファアンプ６はプ
ログラマブルタイマー４の出力するパルス波を圧電ブザ
ー７に供給すると共に、マイクロプロセッサ１０の電気
的破壊防止も兼ねている。８はブザー駆動用電源（通常
５Ｖ）で、マイクロプロセッサ用電源と共用している。

【００１５】図２に、本実施例に用いるプログラマブル
タイマー４の構成をブロック図により示す。プログラマ
ブルタイマー４は、クロック発信器５からのクロック信
号の分周比を指定できるプログラマブル分周器４１と、
プログラマブル分周器４１の出力クロックをカウントす
るカウンタ４２と、カウンタ４２の内容（カウント値）
と比較すべき第１のカウント値Ａを設定するカウント設
定器（Ａ）４３と、カウンタ４２の内容と比較すべき第
２のカウント値Ｂを設定するカウント設定器（Ｂ）４４
と、カウンタ４２の内容と第１のカウント値Ａとを比較
して両者の一致時に一致信号Ａを出力する比較器（Ａ）
４５と、カウンタ４２の内容と第２のカウント値Ｂとを
比較して両者の一致時に一致信号Ｂを出力する比較器
（Ｂ）４６と、上記一致信号Ａ，Ｂを入力して制御レジ
スタ４８内に設定されたデータに従って出力信号Ｏを出
力する出力回路４７とを備える。また、制御レジスタ４
８は、一致信号Ａ，Ｂの入力の組み合わせに対して、出
力信号Ｏをハイ（Ｈｉｇｈ）レベルにするか、ロー（Ｌ
ｏｗ）レベルにするかを指定するためのデータを格納
し、マイクロプロセッサコア１の指令により、プログラ
マブルタイマー駆動に際して上記出力信号Ｏのレベル指
定を実行する。さらに、前記第１のカウント値Ａ，第２
のカウント値Ｂも、マイクロプロセッサによりプログラ
マブルタイマー駆動に際して前記マイクロプロセッサコ
ア１により制御プログラムを基に可変設定可能にしてあ
る。

【００１６】図３は、プログラマブルタイマー４の動作
を説明するためのもので、（ａ）はカウンタ４２の時間
的変化、（ｂ）は圧電ブザー７に対して無音設定時の出
力信号Ｏの時間的変化、（ｃ）はブザー７の音量を最小
音から最大音未満の範囲内で可変制御する場合の出力信
号Ｏの一例を示す時間的変化、（ｄ）はブザー７の音量
を最大音とする出力信号Ｏの時間的変化を示す。なお、
図３については、次の本実施例の動作の説明に併せて説
明する。

【００１７】マイクロプロセッサコア１は、ＲＯＭ２内
の制御プログラムを読み出し、ＲＡＭ３へ制御データを
設定またはＲＡＭ３内の制御データを参照しながら処理
を進行させる。この処理の中で、圧電ブザー７を鳴らす
必要が生じた場合、マイクロプロセッサコア１は、プロ
グラマブルタイマー４で出力すべきパルス波の周期とデ
ューティ比、及び出力信号の出力方法を指定する。ここ
で、パルス波の周期とデューティ比は、プログラマブル
タイマー４におけるカウント値Ａ及びカウント値Ｂを可
変設定することで指定され、出力信号の出力方法は制御
レジスタ４８を介して指定される。これらの指定が終了
すると、プログラマブルタイマー４は、指定されたパル
ス波をクロック発信器５からのクロックに同期して出力
する。このパルス波は、次のようにして生成される。

【００１８】これを図２，図３を参照して説明する。ま
ず、図３（ｃ）で示す音量可変制御に必要なパルス波生
成について説明する。カウント設定器（Ａ）４３，カウ
ント設定器（Ｂ）４４には、予め一定のカウント値Ａ，
Ｂを設定する。この場合、マイクロプロセッサコア１
は、ＲＯＭ２中の制御プログラムにより、カウント値
Ａ，Ｂを初期設定する。また、プログラム分周器４１に
も一定の値を設定する。プログラマブル分周器４１の出
力する分周されたクロックは、カウンタ４２でカウント
アップされる。このカウントアップが進んで、カウンタ
４２の内容がカウント値Ａと一致すると、比較器（Ａ）
４５は一致信号Ａを出力する。ここで、出力回路４７
は、予め制御レジスタ４８により一致信号Ａ入力時にハ
イレベル信号を出力し、一致信号Ｂ入力時にローレベル
信号を出力するように、その出力方法が指定してある。
従って、図３（ｃ）の時刻Ｔ１において、一致信号Ａが
発生し、出力信号Ｏはハイレベルとなる。さらにカウン
トアップが進んで、カウンタ４２の内容がカウンタＢの
値と一致すると、出力信号Ｏはローレベルとなる。この
時、同時にカウンタの内容はゼロクリアされる。この周
期が繰り返されることで、連続したパルス波を発生す
る。このパルス波に基づく電圧制御により鳴動するブザ
ー音の音量は、パルス波のデューティ比で定まり、ブザ
ーをオン状態とする時間的割合が高いほど音量が増大す
る。

【００１９】なお、本実施例では、プログラマブルタイ
マー４から出力される出力信号Ｏのうち、パルス波のハ
イレベル領域では、圧電ブザー７の制御端子がブザー電
源端子と等電位となり、ローレベル領域で圧電ブザー７
の制御端子とブザー電源端子との間に電位差が生じ、こ
の電位差が生じた割合がデューティ制御により大きくな
るほど圧電ブザー７の音量が増大する。このパルスのデ
ューティ制御は、パルス波周期をクロック信号に同期さ
せてブザーの固有振動数に合わせることを条件として行
うために、異なる振動数が複数重なりあって濁った音と
なるというような現象は発生しない。

【００２０】これら出力動作（鳴動動作）は、マイクロ
プロセッサコア１によるプログラム処理の介入が不要で
あり、いったんプログラムすると、マイクロプロセッサ
１による停止の指令が出されるまで連続して出力動作が
実行される。

【００２１】次に、音量を無音にする場合には、図３
（ｂ）に示すように一致信号Ａ，Ｂのいかんにかかわら
ず、出力回路４７の出力信号Ｏがハイレベルを保持する
ように制御レジスタ４８を介して指定される。これによ
り、圧電ブザー７の制御端子がブザー電源端子と等電位
となり、電源端子間の電位差は零Ｖに保持されるため、
圧電ブザー７は停止（無音）状態を続ける。

【００２２】一方、音量を最大にする場合には、図３
（ｄ）に示すように一致信号Ａ，Ｂのいかんにかかわら
ず、出力回路４７の出力信号Ｏがローレベル（零Ｖ）を
保持するように制御レジスタ４８を介して指定される。
これにより、圧電ブザー７の電源端子と制御端子間の電
位差は最大になり、圧電ブザー７は最大音量の鳴動状態
を続ける。

【００２３】本実施例により得られる効果には、次のよ
うなものがある。 （１）ブザー音量設定に用いるパルス制御は、専用のハ
ード回路を必要とせず、汎用マイクロプロセッサ内部の
プログラマブルタイマーをプログラムにより制御するの
で、ハードウエア部品点数の少ない安価なブザー音量設
定の機能が実現できる。具体的には、プラグラマブルタ
イマー４の電圧出力端子を直接、またはバッファアンプ
６を介して接続するだけでよく、圧電ブザー７の制御・
駆動回路を極めて部品点数の少ない回路構成にすること
ができる。 （２）パルス周期を圧電ブザー７の固有振動数に合わせ
るという条件下で、パルス波のデューティ比を変化させ
ることにより、濁りのない澄んだ音でブザーの音量設定
が可能になる。

【００２４】（３）音量の設定は、ソフトウエアによる
設定となるため、機械的手段によらず無音から最大音量
まで段階的に且つ容易に変化させることができる。 （４）ブザー鳴動中（パルス波生成中）は、鳴動のため
のプログラム処理が不要なので、ブザー鳴動のパルス波
生成時に割り込み等の中断が生じることなく、また、プ
ログラム処理による時間的遅れの影響を受けることな
く、正確で安定した振動数のブザー音が得られる。 （５）さらに鳴動中は、鳴動のためのプログラム処理が
不要なので、プロセッサの処理スループットを向上させ
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】課題解決手段Ａの効果…ブザー音量設定
に用いるパルス制御は、専用のハード回路を必要とせ
ず、汎用マイクロプロセッサ内部のプログラマブルタイ
マーをプログラムにより制御するので、ハードウエア部
品点数の少ない安価なブザー音量設定の機能が実現でき
る。

【００２６】課題解決手段Ｂの効果…圧電ブザー駆動の
ためのパルス周期を、圧電ブザーの固有振動数に合わせ
るという条件下で、パルス波のデューティ比を変化させ
ることにより、濁りのない澄んだ音で且つブザーの音量
を可変に設定することができる。また、音量の設定は、
ソフトウエアによる設定となるため、機械的手段によら
ず無音から最大音量まで段階的に且つ容易に変化させる
ことができる。

【００２７】課題解決手段Ｃの効果…ブザー音制御に用
いるパルス波を安定した振動数で出力し、また、ブザー
鳴動中のブザー鳴動そのものにかかる処理時間を皆無と
して、マイクロプロセッサのスループットの向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るブザー音量制御機構
の全体構成を示すブロック図。

【図２】 上記実施例に用いるプログラマブルタイマー
の構成を示すブロック図。

【図３】 上記実施例のブザー音制御の動作を示すタイ
ムチャート。

【符号の説明】 １…マイクロプロセッサコア、４…プログラマブルタイ
マー、５…クロック発信器、６…バッファアンプ、７…
圧電ブザー、８…ブザー駆動用電源、４１…プログラマ
ブル分周器、４２…カウンタ、４３，４４…カウント設
定器、４５，４６…比較器、４７…出力回路、４８…制
御レジスタ。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電ブザーの音量制御方式において、マ
   イクロプロセッサを制御する制御プログラムによりプロ
   グラマブルタイマーを設定して、該プログラマブルタイ
   マーにより圧電ブザーの駆動に必要なパルス波を発生さ
   せることを特徴とする圧電ブザーの音量制御方式。
2. 【請求項２】 前記圧電ブザーへの制御電圧が、前記プ
   ログラマブルタイマーにより圧電ブザーの固有振動数に
   合わせたパルス周期で発生し、パルス周期のデューティ
   比をプログラマブルタイマーのカウント値に対応して可
   変制御する構成としたことを特徴とする請求項１記載の
   圧電ブザーの音量制御方式。
3. 【請求項３】 前記プログラマブルタイマーは、ブザー
   の鳴動中は、プログラム処理とは独立して動作可能に設
   定したことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれ
   か１項に記載の圧電ブザーの音量制御方式。
4. 【請求項４】 前記プログラマブルタイマーは、クロッ
   ク発信器からのクロック信号の分周比を指定できるプロ
   グラマブル分周器と、前記プログラマブル分周器の出力
   クロックをカウントするカウンタと、前記カウンタの内
   容と比較すべき第１のカウント値を設定したカウント設
   定器（Ａ）と、前記カウンタの内容と比較すべき第２の
   カウント値を設定したカウント設定器（Ｂ）と、前記カ
   ウンタの内容と第１のカウント値とを比較して両者の一
   致時に一致信号Ａを出力する比較器（Ａ）と、前記カウ
   ンタの内容と第２のカウント値とを比較して両者の一致
   時に一致信号Ｂを出力する比較器（Ｂ）と、上記一致信
   号Ａ，Ｂを入力して制御レジスタ内に設定されたデータ
   に従って音量制御に要する出力信号を出力する出力回路
   とを備え、且つ前記制御レジスタは、一致信号Ａ，Ｂの
   入力の組み合わせに対して、前記出力信号をハイレベル
   にするか、ローレベルにするかを指定する機能を有し、
   このレベル指定をマイクロプロセッサによりプログラマ
   ブルタイマー駆動に際して実行可能にしてあり、さら
   に、前記第１のカウント値，第２のカウント値も、マイ
   クロプロセッサによりプログラマブルタイマー駆動に際
   して前記マイクロプロセッサの制御プログラムを基に可
   変設定可能にしてあることを特徴とする請求項１ないし
   請求項３のいずれか１項に記載の圧電ブザーの音量制御
   方式。