JP3559726B2 - パルス幅変調信号生成装置 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、パルス幅変調(PWM)信号生成装置に関し、特に、クロック入力によりカウント動作を行うタイマと周期設定用レジスタとデューティ設定用レジスタとを組み合わせ、意図した周期/デューティの組合わせを持つPWM信号だけを出力するパルス幅変調(PWM)信号生成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、クロック入力によりカウント動作を行うタイマと、周期設定/デューティ設定用レジスタを組み合わせるパルス幅変調(PWM)信号発生回路は、たとえば、特開平10−209829号公報(「パルス信号発生器」)に開示されている。
【0003】
図6に示すように、この公報に開示されたパルス信号発生器が出力するパルス発生器のデューティサイクルは、PWMコントローラ14によって制御される。ここに、PWMコントローラ14は、クロック方形波信号をノード7上に受信するとともに、ノード17上にデータ信号を受信する。このデータ信号はPWMコントローラ14に対してデューティサイクル情報を提供する。クロック方形波信号は、位相検出器2、VCO12、及び周波数分周器16によって形成されるPLLループによって好適に発生され、その周波数は、ローパスフィルタ4で調整される。そして、PWM信号の出力開始時における周波数ジッタをなくすため、一定時間の間、トランジスタ24,26をスイッチオフしてモード15をフローティングしている。このようにして、比較的簡単な構成で一様なPWM信号を発生することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、タイマと比較するための周期値/デューティ値更新の可否判断に、書込履歴の有無が考慮されてはいない。このためPWM信号生成回路に値を設定する要素(例えばCPU)は、意図しない周期/デューティの組合わせを持つPWM出力を行わない様、各レジスタに新規値を書き込むタイミングを管理する必要があるが、この場合の問題点としては、CPUの処理要素が増加し、書込タイミングを制御するために新たに別のタイマを用意しなければならない。
【0005】
そこで、本発明は、CPUの負担を増大させず、又、別のタイマを用意することなく、意図した周期/デューティの組合わせを持つPWM信号だけを出力するPWM新合成製装置を提供することを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明は、パルス幅変調(PWM)信号の次の周期及びデューティを指定する演算部(CPU)と、前記次の周期及びデューティをそれぞれ格納する次周期設定レジスタ及び次デューティ設定レジスタと、前記次周期設定レジスタ及び前記次デューティ設定レジスタから前記次の周期及びデューティをそれぞれ転送される周期設定レジスタ及びデューティ設定レジスタと、所定のクロック信号を元にカウントアップを行うタイマと、前記タイマのカウント値が前記周期設定レジスタ及びデューティ設定レジスタに転送された周期及びデューティに一致した時にそれぞれ周期一致信号及びデューティ一致信号を発生する周期比較器及びデューティ比較器と、前記周期一致信号に基づき前記次の周期及びデューティの転送を制御する転送制御回路と、前記周期一致信号の発生によりPWM信号出力をセットし且つ前記デューティ一致信号の発生によりPWM信号出力をリセットするPWM出力回路とを備えたPWM信号生成装置であって、 前記CPUは、動作を許可する動作許可信号を前記タイマおよび前記転送制御回路に送出し、前記転送制御回路は、前記動作許可信号を受け且つ前記周期一致信号が発生したとき、前記次周期設定レジスタ及び前記次デューティ設定レジスタに対し前記次の周期及びデューティの転送を許可する転送許可信号を送出し、前記PWM出力回路は、前記周期一致信号が発生したとき前記タイマをゼロクリアする。
【0007】
すなわち、本発明においては、CPUのソフトウェアによってPWM信号出力の周期とデューティを任意タイミングで設定し、周期/デューティを個別のタイミングで設定し、ソフトウェアが意図しない周期とデューティの関係を持つPWM信号出力を行わないようにしている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明のパルス幅変調(PWM)信号生成装置のブロック図である。図1に示すように、本発明のPWM信号生成装置は、中央演算処理装置CPU、タイマTMR、次PWM用周期設定レジスタBFREGC、周期設定レジスタREGC、次PWM用デューティ設定レジスタBFREGD、デューティ設定レジスタREGD、比較器1、比較器2、PWM信号出力回路、転送制御回路を含む。
【0009】
CPUは、動作許可信号、クロック信号、書込信号1/2、次PWM用周期設定値、次PWM用デューティ設定値を供給する。但し、クロック信号は、図示しないクロック発生器が供給してもよい。
【0010】
タイマTMRは、供給されるクロック信号を元にカウントアップを行う。このタイマTMRは、比較器1が発生する一致信号1によりゼロクリアされ、再度ゼロからのカウントアップ動作を継続する。カウント動作の可否は動作許可信号に依存する。
【0011】
比較器1は、タイマTMRのカウント値と周期設定レジスタREGCの設定値との一致を常に監視し、一致を検出すると一致信号1を発生する。一方、比較器2は、タイマTMRのカウント値とデューティ設定レジスタREGDの設定値との一致を常に監視し、一致を検出すると一致信号2を発生する。
【0012】
PWM出力回路は、一致信号1発生時にPWM信号出力をセットする一方、一致信号2発生時にPWM信号出力をリセットする。
【0013】
次PWM用周期設定レジスタBFREGCは、次のPWM周期設定値を確保する。この設定値は、CPUからのライト動作で行われる。CPUは、このライト動作を行う際には、書込信号1を発生する。又、この設定値は、転送許可信号1により周期設定レジスタREGCへ転送される。
【0014】
次PWM用デューティ設定レジスタBFREGDは、次のPWMデューティ設定値を確保する。この設定値も、CPUからのライト動作で行われる。CPUは、このライト動作を行う際に、書込信号2を発生する。又、この設定値は、転送許可信号2によりREGDへ転送される。
【0015】
転送制御回路は、動作許可信号、一致信号1/2、書込信号1/2に基づいて、設定値の転送の可否を判断する。タイマTMRが停止状態にある場合、又は転送制御回路内部の書込履歴信号がリセット状態であって一致信号1が発生している場合には、転送許可信号1/2を発生させる。ここに、転送制御回路内部の書込履歴信号は、書込信号1の発生によりセットされ、書込信号2の発生によりリセットされる。
【0016】
図2は、本発明のPWM信号生成装置の動作を説明するためのタイムチャートである。ここではPWM信号の出力例として、CPUが実行するソフトウェアは、PWM信号出力第1周期がCaでデューティがDaであり、PWM信号出力第2周期がCbでデューティがDbであり、PWM信号出力第3周期がCcでデューティがDcであるものとする。
【0017】
まずCPUはタイマのカウント動作を開始する前に、第1周期目用として次PWM用周期設定レジスタBFREGCにCaを、次PWM用デューティ設定レジスタBFREGDにDaを入力する(動作0)。
【0018】
転送制御回路からは、タイマTMRが停止状態であるため、転送許可信号が出力されているので、周期設定レジスタREGCにCaが、デューティ設定レジスタREGDにDaが即時に転送及び、格納される。
【0019】
その後、動作許可信号によりタイマTMRの動作が許可されると、タイマTMRはクロック入力に従いカウントアップを開始する。この時、PWM信号出力はセットされ、且つ、転送許可信号がリセットされる。このPWM信号出力は、比較器2がタイマTMR値=Daを検出し一致信号2を発生することにより、リセットされる。
【0020】
ソフトウェアは第1周期期間中に、第2周期用として次PWM用周期設定レジスタBFREGCにCbを入力し(動作1)、次PWM用デューティ設定レジスタBFREGDにDbを入力する(動作2)。
【0021】
転送制御回路の内部では、動作1が発生したことを示す信号として書込履歴信号をセットする。この信号は、動作2が発生するとリセットされる。
【0022】
タイマTMRがカウントアップを続け、比較器1がTMR=Caを検出すると、タイマTMRはゼロクリアされ、PWM信号出力はセットされ、転送制御回路から転送許可信号が発生する。この時点から第2周期目となる。
【0023】
第2周期目でのソフトウェアは、第1周期目と同じく、第3周期用として次PWM用周期設定レジスタBFREGCにCcを入力し(動作3)、次PWM用デューティ設定レジスタBFREGDにDcを入力する(動作4)。
【0024】
ここで、仮に、動作3と動作4の間に比較器1がタイマTMR値Cbを検出すると、同比較器1からは一致信号1が発生するが、転送制御回路内部では動作3による書込履歴信号がセットされているため、転送許可信号は発生しない。従って、第3周期目においても周期設定レジスタREGCにはCbが、デューティ設定レジスタREGDにはDbが継続して確保される。つまり、第3周期目のPWM信号出力の周期/デューティは第2周期目のPWM信号出力と同一のものとなる。
【0025】
しかし第4周期目では、上記動作4により書込履歴信号がリセットされているため、比較器1からの一致信号1の発生により転送許可信号が発生し、設定値転送が行われ、周期がCcでデューティがDcのPWM信号が出力されることになる。
【0026】
なお、同一周期のままでデューティのみを変更したPWM信号を出力する際は、CPUは次PWM用デューティ設定レジスタBFREGDにのみ設定値を入力するため、転送制御回路中の書込履歴信号がセットされない。これにより新たなデューティ設定値は、比較器1からの一致信号1に伴う転送許可信号の発生により、次PWM周期に反映される。
【0027】
以上、本発明の一つの実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、CPUから転送制御回路に転送要求信号を送出してもよい。
【0028】
図3は、CPUから転送制御回路に転送要求信号を送出する本発明のPWM信号生成装置のブロック図である。図4に示すように、転送制御回路はCPUからの転送要求を受け付ける。受け付けるタイミングは、任意である。具体的には、たとえば、転送制御回路に転送要求信号が入力されると、転送制御回路は、直ちに転送許可信号を出力するようにする。これにより、次PWM用周期設定レジスタBFREGCの設定値及び次PWM用デューティ設定レジスタBFREGDの設定値は、他の構成要素の状態に関わらず各REGへ転送される。従って、たとえば、次PWM用周期設定レジスタBFREGCへの書込履歴信号がセットされている際でも有効とすることにより、割り込み的なPWM信号を出力する等の要求も実現できる。
【0029】
以上説明したように、本発明においては、図4で示す様に、たとえば、第1周期目のPWM出力を周期=A/デューティ=B、第2周期目のPWM出力を周期=C/デューティ=DのPWM出力を実現しようとする際に、たとえば、図5に示す様な第2周期目のPWM出力が周期=A/デューティ=Dの関係を持つPWM信号出力を行わないようになっている。
【0030】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、意図した周期とデューティの関係を持つPWM信号のみが出力される。
【0031】
又、本発明によれば、CPU(ソフトウェア)は、TMRの動作状態を監視することなく任意タイミングで、PWM周期値とPWMデューティ値を設定できる。その理由は、周期設定用レジスタ、デューティ設定用レジスタがそれぞれ2重構造となっており、回路内部の転送制御回路が、BFREGC/BFREGDへの書込の有無を常に監視しており且つ、タイマと比較する値が確保されるREGC/REGDの値更新の可否を回路的に制御しているためである。
【0032】
本発明は、PWM信号によってモーターの回転速度等を制御する空気調和器(エアコン)や電気自動車等のインバータ制御に応用することができる。特に、たとえば、インバータエアコン等を制御するワン・チップ・マイクロコンピュータに本発明のPWM信号発生回路を組み込み、回転速度をリアルタイムで可変させるのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のPWM信号生成装置のブロック図
【図2】本発明のPWM信号生成装置の動作を説明するためのタイムチャート
【図3】CPUから転送制御回路に転送要求信号を送出する本発明のPWM信号生成装置のブロック図
【図4】期待しているPWM信号の一例の波形図
【図5】意図しないPWM信号の一例の波形図
【図6】従来のパルス信号発生器の回路図
【符号の説明】
TMR タイマ
REGC 周期設定レジスタ
BFREGC 次PWM用周期設定レジスタ
REGD デューティ設定レジスタ
BFREGD 次PWM用デューティ設定レジスタ
REGC 周期設定レジスタ
Claims (3)
- パルス幅変調(PWM)信号の次の周期及びデューティを指定する演算部(CPU)と、前記次の周期及びデューティをそれぞれ格納する次周期設定レジスタ及び次デューティ設定レジスタと、前記次周期設定レジスタ及び前記次デューティ設定レジスタから前記次の周期及びデューティをそれぞれ転送される周期設定レジスタ及びデューティ設定レジスタと、所定のクロック信号を元にカウントアップを行うタイマと、前記タイマのカウント値が前記周期設定レジスタ及びデューティ設定レジスタに転送された周期及びデューティに一致した時にそれぞれ周期一致信号及びデューティ一致信号を発生する周期比較器及びデューティ比較器と、前記周期一致信号に基づき前記次の周期及びデューティの転送を制御する転送制御回路と、前記周期一致信号の発生によりPWM信号出力をセットし且つ前記デューティ一致信号の発生によりPWM信号出力をリセットするPWM出力回路とを備えたPWM信号生成装置であって、
前記CPUは、動作を許可する動作許可信号を前記タイマおよび前記転送制御回路に送出し、
前記転送制御回路は、前記動作許可信号を受け且つ前記周期一致信号が発生したとき、前記次周期設定レジスタ及び前記次デューティ設定レジスタに対し前記次の周期及びデューティの転送を許可する転送許可信号を送出し、
前記PWM出力回路は、前記周期一致信号が発生したとき前記タイマをゼロクリアすることを特徴とするPWM信号生成装置。 - 前記CPUは、前記次の周期及びデューティを前記次周期設定レジスタ及び次デューティ設定レジスタに書き込むことを示す周期書込信号およびデューティ書込信号を前記転送制御回路へ送出し、
前記転送制御回路は、前記周期書込信号の受信によりセットし且つ前記デューティ書込信号の受信によりリセットする書込履歴信号を発生し、該書込履歴信号がリセットの間に前記周期一致信号が発生したとき前記転送許可信号を送出することを特徴とする請求項1記載のPWM信号生成装置。 - 前記CPUは、前記転送制御回路に対し、前記周期及びデューティを前記次周期設定レジスタ及び次デューティ設定レジスタから前記周期設定レジスタ及び前記デューティ設定レジスタに転送させることを要求する転送要求信号を送出し、
前記転送制御回路は、前記転送要求信号を受信した時は、前記次周期設定レジスタ及び次デューティ設定レジスタへ前記転送許可信号を送出することを特徴とする請求項1又は2記載のPWM信号生成装置。
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