JP3383437B2 - 時間計測方法及び時計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電源（ＡＣ電源）
の電源周波数を計数して高い精度で時間を計測する時間
計測方法及び時計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、月差５秒以内の時計が必要になっ
たとき等では、水晶発振器を使ってもこれだけの精度が
出せないので、商用のＡＣ電源波形を計測して時計を構
成することが行われてきた。電力会社は、電源需要の変
動に伴ってＡＣ電源周波数が変動しても、５０Ｈｚ又は
６０Ｈｚの電源周波数が長い期間を平均すると一定にな
るように発電機を制御するよう管理している。したがっ
て、ＡＣ電源の電源波数を数えて時間を計れば長い期間
での時間の誤差は累積しない。

【０００３】一方、商用ＡＣ電源は５０Ｈｚ，６０Ｈｚ
の２種類がある。どちらの周波数であるか解っていない
と、時間を計測できない。このため、利用者が切り替え
スイッチを使って、供給している電源周波数を設定する
装置がある。利用者が電源周波数を設定することは面倒
であり、また設定ミスも発生しやすいので、自動的に電
源周波数を判定することも多く行われている。 従来、
電源周波数の自動判定は、ＡＣ電源投入後の一定時間内
の電源波数を計数して行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電源周波数の自動判定
のため、ＡＣ電源投入後の一定時間内の電源波数を計数
することは簡単ではない。このような電源投入動作は、
コンセントをプラグに指し込むことであり、過度的に、
電源の断続が何度も行われる状態が伴うからである。
ＡＣ５０又は６０Ｈｚの判定を誤ると、時間計測に２割
程度の誤差が生ずるため、誤判定しないようにせねばな
らない。このため、判定回数を複数回にする手段が使わ
れていた。

【０００５】ＡＣ電源周波数の判定を何度も行うことは
煩雑である。また、複数回の判定を行うことは、誤判定
の確率を下げるだけであり、周波数判定を誤る危険性は
残っている。このように従来のＡＣ電源周波数の判定
は、繁雑・不確実であるという問題がある。また、単純
に電源波数を数えると、電源に混入してくるノイズも電
源波数として数えてしまう。その結果、計数した電源波
数の数が増えるため、計時した時間が早くなり、時間に
誤差が生じるという問題があった。また、商用電源は落
雷などにより停電することがある。商用電源の停電によ
り計数した電源波数の数が少なくなり、計時した時間が
遅くなり、時間に誤差が生じるという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、交流電源の電
源周波数を利用して時間を計測する時間計測方法におい
て、内部発振器を信号源としてクロックを発生するステ
ップと、前記クロックに基づいて電源波形のゼロクロス
点を起点として１００ミリ秒の正の整数倍の時刻及び前
記１００ミリ秒の正の整数倍の時刻を中心とする予め定
めた期間を計測するステップと、前記予め定めた期間内
の電源波形の正方向のゼロクロス点を計数するステップ
と、前記正のゼロクロス点の計数結果に基づいて時間を
計測するステップとを有することを特徴とする。また、
交流電源の電源周波数を利用して時間を計測する計時方
法において、内部発振器を信号源としてクロックを発生
するステップと、前記クロックに基づいて電源波形のゼ
ロクロス点を起点として１００ミリ秒の正の整数倍の時
刻及び前記１００ミリ秒の正の整数倍の時刻を中心とす
る予め定めた期間を計測するステップと、前記予め定め
た期間内の電源波形の正方向のゼロクロス点を計数する
ステップと、前記予め定めた期間で計数した前記正方向
のゼロクロス点が０又は２以上の場合に正方向のゼロク
ロス点を１として計数するステップと、前記正のゼロク
ロス点の計数結果に基づいて時間を計測するステップと
を有することを特徴とする。

【０００７】また、本発明は、交流電源の電源周波数を
利用して時間を計測する時計において、内部発振器を信
号源としてクロックを発生する手段と、前記クロックに
基づいて電源波形のゼロクロス点を起点として１００ミ
リ秒の正の整数倍の時刻及び前記１００ミリ秒の正の整
数倍の時刻を中心とする予め定めた期間を計測する手段
と、前記予め定めた期間内の電源波形の正方向のゼロク
ロス点を計数する手段と、前記正のゼロクロス点の計数
結果に基づいて時間を計測する手段とを有することを特
徴とする。また、交流電源の電源周波数を利用して時間
を計測する時計において、内部発振器を信号源としてク
ロックを発振する手段と、前記クロックに基づいて電源
波形のゼロクロス点を起点として１００ミリ秒の正の整
数倍の時刻及び前記１００ミリ秒の正の整数倍の時刻を
中心とする予め定めた期間を計測する手段と、前記予め
定めた期間内の電源波形の正方向のゼロクロス点を計数
する手段と、前記予め定めた期間で計数した前記正方向
のゼロクロス点が０又は２以上の場合に正方向のゼロク
ロス点を１として計数する手段と、前記正のゼロクロス
点の計数結果に基づいて時間を計測する手段とを有する
ことを特徴とする。

【０００８】

【０００９】

【作用】本発明によれば電源周波数が異なる複数の電源
に接続されたとしても共通する波形変化のタイミング
で、所定の幅を設けゲートを開き計数するように成すの
で計数が一定であるから電源周波数が異なっても時計の
クロツク等を切り換える必要が無く、計数値は所定の期
間だけゲートを開く構成に成すことにより内外のスイツ
チングノイズ等のランダムに発生するノイズによるミス
カウントを防止しするため予測補正手段を有し安定な計
数動作を長期にわたり行い、正確な時計機能を得ること
ができる。

【００１０】従来の波形計数方式では電源波数を常に計
数しカウントしていたが本発明では、常に計数するので
はなく、計数タイミングを特定する。これによって、電
源周波数が５０Ｈｚであっても、又６０Ｈｚであって
も、電源波数の計数値を同じになるように成すことが出
来るものである。即ち、電源波形との位相が両周波数に
対して同じとなるタイミングを狙って一定の短い時間ゲ
ートを開き、所定の期間電源波数計測することができる
期間を設定し、その期間のみ電源波数を計数する。

【００１１】より具体的に説明する。電源波形のゼロク
ロス点を起点として１００ミリ秒（以下、ｍｓとい
う。）ごと、または、１００ｍｓの正の整数倍の時間間
隔ごとのタイミングに、電源波数計数可能期間として１
６．６７ｍｓを設定し、その１６．６７ｍｓの間のみ、
電源波数を計測する。こうすることにより、電源周波数
が５０／６０Ｈｚのどちらであっても同じ計数値とな
る。ただし、１００ｍｓ正の整数倍の時間間隔ごとのタ
イミングで計測する電源波数の計数結果は、電源波数の
全てを計測したときの １／（５×Ｎ）、または１／
（６×Ｎ）となる。ただし、Ｎは正の整数である。）

【００１２】さて、電源波形のゼロクロス点を起点とし
て１００ｍｓごと、または１００ｍｓの正の整数倍の時
間間隔ごとに計数すれば、ＡＣ５０／６０Ｈｚのどちら
の電源であっても、同じ計数結果となることを図２に示
す。ＡＣ５０Ｈｚの５波の経過時間と、ＡＣ６０Ｈｚの
６波の経過時間は同じ１００ｍｓであり、両波形の位相
ずれは１００ｍｓ周期で同じになる。 つまり、１秒×５／５０Ｈｚ＝１秒×６／６０Ｈｚ＝１００ｍｓ だから、１００ｍｓごとに波数を計測すれば、ＡＣ５０
ＨｚまたはＡＣ６０Ｈｚのどちらの電源周波数でも同じ
計数結果となる。

【００１３】電源波形のゼロクロス点を起点として１０
０ｍｓの正の整数倍の時間間隔のタイミングでのみ電源
波数を計数すれば、ＡＣ電源周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈ
ｚを検出することなく、時間計測が可能となる。また、
電源波数を計測許可期間のみ、波数を１個として計数す
る。ノイズによって２個の波数が入っても１個としか計
数しないカウント構成にする。これにより、電源に乗っ
たノイズにより時間計測に影響を受けることがない。ま
た、停電が発生して計測許可期間に電源波数を数えるこ
とができないとき、計数許可期間が終わったとき補正カ
ウント・パルスを発生して、電源波数計数回路を補正動
作させることができる。

【００１４】電源波数を全て計測するのではなく、電源
波形のゼロクロス点を起点として１００ｍｓの正の整数
倍の時間間隔でのみ電源波数を計数することにより、Ａ
Ｃ電源周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚを検出することな
く、どちらの電源周波数であっても同じ時間計測が可能
となる。また、計数許可期間以外にノイズが発生して
も、その間は波数を計数しないので影響を受けない。計
数許可期間にノイズが乗っても１回しか数えないのでノ
イズの影響を少なくできる。停電などにより、計数許可
期間に計数すべき電源波形が無い場合は推定される電源
波形を計数する手段に加算するようにして補正すること
ができる。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例を図面により説明する。図
１は本発明の一実施例のブロック図で、図２は波形を抜
き取る位置を示しその計数タイミングを示す図である。
ＡＣ電源Ａから５０ＨZ又は６０ＨZの電源周波数波形を
整形回路１を介し整形し、アンドゲート２の入力ａに接
続される。アンドゲート２の他の入力ｂに所定の短時間
ゲートを開く制御信号が入力される。アンドゲート２の
出力は計数回路３で計数され時間を表示する表示器８に
出力し時間の表示がされる。

【００１６】アンドゲート２の出力は又、装置全体を制
御する制御回路４に入力され、制御回路では周波数を計
数するタイミングを作るディレー値を蓄えておくメモリ
５に所定期間ディレー値をプリセットできるカウンタ値
を記憶し、例えば計測禁止デイレイ値９１．６７ｍｓ、
ゲート開放時間の値１６．６７ｍｓ、計測禁止デイレイ
値８３．３３ｍｓを記憶し、デイレイ値をプリセツトす
るカウンタ６へプリセツト値をセツトする。

【００１７】カウンタ６は基準クロックを発振する発振
回路７から水晶発振器による精度のクロックを得て制御
回路４にキャリア信号を出力し、制御回路４からアンド
ゲート２の入力ｂへロードされる。従って発振回路７か
ら得るクロックは時間計測を行うときの基となると同時
に回路全体を動かす基準タイミングともなる。

【００１８】１００ｍｓごとに電源波数を計数するとき
の動作を図１及び図３のタイミングを示す図を使って説
明する。制御回路４は以下の順序で動作する。 １） ａ：（ＡＣ電源の正方向の任意のゼロ・クロス
点）タイミングで９１．６７ｍｓの電源波数計測禁止デ
ィレーを動作させる。このディレーが働いている間は電
源波数の計数を行なわない。

【００１９】２） ｂ：９１．６７ｍｓのディレーがタ
イム・アップしたら、１６．６７ｍｓの計数可能ディレ
ーを働かせる。このディレーが働いている間１回のみ電
源波数を計測できるように計数計測を許可する。 ３） ｃ：計数可能な計数許可期間にＡＣ電源の正方向
のゼロ・クロス点を検出すると、９１．６７ｍｓの電源
波数計測禁止ディレーを再度動作させる。そして再度
２）の動作から繰り返す。

【００２０】４） ｄ：電源の瞬停などにより、計数許
可期間にＡＣ電源の正方向のゼロ・クロス点を検出でき
ないときは、計数可能ディレーのタイム・アップを待っ
て、８３．３３ｍｓの電源波数計測禁止ディレーを動作
させる。このとき、電源のゼロクロスが検出できない
が、補正をさせるため、図３のｇに示す補正カウント・
パルスを計数回路３へ出力し、電源波数計数を１だけ増
加させる。そして再度２）の動作から繰り返す。

【００２１】上記実施例は、電源波形のゼロクロス点を
起点として１００ｍｓごとに電源波数を計数することを
許可しているが、電源波形のゼロクロス点を起点として
１００ｍｓの正の整数倍の時間間隔ごとに電源端数を計
数することを許可しても同じ効果を得ることができる。
また、上記実施例は、カウンタ６や計数回路３等を電気
回路で実現しているが、タイマーや割り込み機能を備え
たワンチップ・コンピュータを使った制御でも実現する
ことができる。

【００２２】本実施例では、全ての電源波数を計数する
のではなく、電源波形のゼロクロス点を起点として１０
０ｍｓごとに電源波数を１だけ計数する計数許可期間を
設けることにより、電源周波数が異なる電源のどちらの
電源周波数であっても、同じ装置で時間計測が可能にな
る。したがって、ＡＣ電源投入時の一定時間内にＡＣ５
０／６０Ｈｚの判定を行う必要はなくなる。

【００２３】また、本実施例では、ＡＣ電源波形のノイ
ズによる誤計測を防止する効果もある。図３のｅのごと
き電源波形を波形整形した信号がＡＣ電源波形のノイズ
によるものであっても、この期間は計数許可期間でない
ので時間計測に影響を与えない。また、図３のｆのごと
きノイズの信号があっても、１回のみしか計数しないの
で、この期間が計数許可期間であっても、やはり時間計
測に影響を与えない。

【００２４】又、瞬停などによって、電源波形が無くな
っても、それを補正することができる。図３のｄの計数
許可期間にＡＣ電源波形Ａに示すような瞬停が発生して
も、ｇの補正カウント・パルスを作り、自動的に補正し
て計数回路３で計数するので、この時も時計の計時に影
響を与えることはない。また長時間停電した場合、基準
クロツクによる水晶発振器の精度でバックアツプ電池に
より計時され、補正パルスを継続して発生するがＡＣ電
源が接続したとき計数許可期間の中心へ制御することに
なっているので誤差発生を少なくすることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によると、周波数が異なる電源で
あっても電源周波数の共通するタイミングに限られた時
間のみゲートを開きカウントし時間を計測するようにし
たので長時間にわたりノイズなどによる時間誤差が発生
することを防止した計時を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例のブロツク図。

【図２】電源波形における計数許可期間を説明するため
の図。

【図３】電源波形より計時するタイミングを説明するた
めの図。

【符号の説明】

１ 整形回路 ２ アンドゲート ３ 計数回路 ４ 制御回路 ５ メモリ ６ カウンタ ７ 発振回路 ８ 表示器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源の電源周波数を利用して時間を計
   測する計時方法において、内部発振器を信号源としてク
   ロックを発生するステップと、前記クロックに基づいて
   電源波形のゼロクロス点を起点として１００ミリ秒の正
   の整数倍の時刻及び前記１００ミリ秒の正の整数倍の時
   刻を中心とする予め定めた期間を計測するステップと、
   前記予め定めた期間内の電源波形の正方向のゼロクロス
   点を計数するステップと、前記予め定めた期間で計数し
   た前記正方向のゼロクロス点が０又は２以上の場合に正
   方向のゼロクロス点を１として計数するステップと、前
   記正のゼロクロス点の計数結果に基づいて時間を計測す
   るステップとを有することを特徴とする時間計測方法。
2. 【請求項２】交流電源の電源周波数を利用して時間を計
   測する時計において、内部発振器を信号源としてクロッ
   クを発振する手段と、前記クロックに基づいて電源波形
   のゼロクロス点を起点として１００ミリ秒の正の整数倍
   の時刻及び前記１００ミリ秒の正の整数倍の時刻を中心
   とする予め定めた期間を計測する手段と、前記予め定め
   た期間内の電源波形の正方向のゼロクロス点を計数する
   手段と、前記予め定めた期間で計数した前記正方向のゼ
   ロクロス点が０又は２以上の場合に正方向のゼロクロス
   点を１として計数する手段と、前記正のゼロクロス点の
   計数結果に基づいて時間を計測する手段とを有すること
   を特徴とする時計。