JP4299850B2 - Counter circuit device - Google Patents

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Description

この発明は、例えば計測の分野に適用され、時間的に周波数が変化するパルス信号を一定間隔ごとに計数する技術に関する。   The present invention relates to a technique which is applied to, for example, the field of measurement and counts pulse signals whose frequency changes with time at regular intervals.

従来からカウンタ回路の最大カウント値を増やす方法としては、例えば非特許文献1のような教科書に示されているように、縦続に接続するトグルタイプフリップフロップ(Toggle type Flip Flop以下TFFと略す)の数を増やす方法が知られている。また、同様に図8に示すものが特許文献1に開示されている。この回路は、4桁のカウント値を得るもので、1桁がシフトレジスタ1と、シフトレジスタ1のシフト状態を例えばバイナリ値にエンコードするエンコーダ5とによって構成される。この構成が4段縦続に接続されて、4桁のカウンタ回路を構成している。カウント値を増やす場合は、シフトレジスタを構成するフリップフロップ(以下FFと略す)の数を増やすか、又はシフトレジスタ1とエンコーダ5との組を組単位で増やす変更を行う。   Conventionally, as a method for increasing the maximum count value of the counter circuit, for example, as shown in a textbook such as Non-Patent Document 1, a toggle type flip-flop (hereinafter referred to as TFF) connected in cascade is used. A method for increasing the number is known. Similarly, the one shown in FIG. 8 is disclosed in Patent Document 1. This circuit obtains a 4-digit count value, and one digit is composed of a shift register 1 and an encoder 5 that encodes the shift state of the shift register 1 into, for example, a binary value. This configuration is connected in four stages in cascade to form a four-digit counter circuit. In the case of increasing the count value, the number of flip-flops (hereinafter abbreviated as FF) constituting the shift register is increased, or a change is made to increase the pair of the shift register 1 and the encoder 5 in units of groups.

ところで、各種機器を構成する場合、カウンタ回路単独では成り立たず、通常はカウンタ回路の他に、その値を表示する表示回路や、その値を変換する変換回路が一緒になって、ある機器を構成する。その構成は、全てハードウェアで構成する場合と、ROM、RAM、CPUから成るマイクロコントローラが、ソフトウェアによってハードウェアの動作を制御する、いわゆるファームウェア(firmware)で構成する場合の何れかで行われる。この従来のファームウェアは、例えば、温度センサや圧力センサからの物理量をカウントしたカウント値を温度や圧力などの、人間が見て分かる数値に変換する処理を行うものであり、温度や圧力の測定範囲を増やす際には、ハードウェアを変更してカウント値を増やすことで対応していた。
「集積回路時代のディジタル電子回路」、130〜138頁、藤井信生著、(株)昭晃堂。 特開2002−204157号公報(図1)
By the way, when configuring various devices, a counter circuit alone does not hold. Usually, in addition to the counter circuit, a display circuit that displays the value and a conversion circuit that converts the value together form a device. To do. The configuration is performed either in a case where all are configured by hardware, or in a case where a microcontroller including a ROM, a RAM, and a CPU is configured by so-called firmware in which the operation of the hardware is controlled by software. This conventional firmware, for example, performs processing to convert a count value obtained by counting physical quantities from a temperature sensor or pressure sensor into numerical values that can be seen by humans, such as temperature and pressure. When increasing the number, the hardware was changed to increase the count value.
“Digital Electronic Circuits in the Age of Integrated Circuits”, pages 130-138, written by Nobuo Fujii, Shosodo Co., Ltd. JP 2002-204157 A (FIG. 1)

上記したように、カウント値を増やす仕様変更に対応するにあたって、ハードウェアを増やす対応を取ると、仕様変更に時間が掛かる、コストが上がるなどの課題が発生する。
この発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ハードウェアを増やすことなく、簡単にカウント値を増やすことが出来るカウンタ回路を提供することを目的とする。
As described above, when dealing with a specification change that increases the count value, taking measures to increase the hardware causes problems such as a long time for the specification change and an increase in cost.
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a counter circuit that can easily increase the count value without increasing hardware.

この発明のカウンタ回路は、連続的に値が変化する物理量がパルス周波数信号に変換されたパルス信号を発生するパルス列発生手段の出力信号を、所定の時間間隔でカウントするnbitのハードウェアカウンタと、そのカウント結果を上記所定の時間間隔以上の一定間隔で読み込むファームウェアとから成る。そのファームウェアは、前回カウント値を前回カウント値記憶部に記憶し、今回のカウント値を今回カウント値記憶部に記憶する。オーバーフロー判定手段が、今回カウント値から前回カウント値を引いた値からnbitハードウェアカウンタの桁上げ又は桁下げの有無を判定する。その判定結果に基づいて桁上げ回数を決定し、カウント値生成手段が今回カウント値と上記オーバーフロー判定手段の値とからカウント値を計算するものである。   The counter circuit according to the present invention includes an nbit hardware counter that counts an output signal of a pulse train generating means for generating a pulse signal in which a physical quantity whose value continuously changes is converted into a pulse frequency signal at a predetermined time interval, And firmware that reads the count result at a constant interval that is equal to or greater than the predetermined time interval. The firmware stores the previous count value in the previous count value storage unit, and stores the current count value in the current count value storage unit. An overflow determination means determines whether the nbit hardware counter has a carry or a carry from the value obtained by subtracting the previous count value from the current count value. The number of carry is determined based on the determination result, and the count value generation means calculates the count value from the current count value and the value of the overflow determination means.

以上のようにこの発明のカウンタ回路によれば、ハードウェアの規模を増やさないでカウント値の増加に対応することが可能になる。nbitのハードウェアカウンタは固定のまま、2以上の計数を可能にする。 As described above, according to the counter circuit of the present invention, it is possible to cope with an increase in count value without increasing the scale of hardware. The n-bit hardware counter remains fixed, allowing counting of 2 n or more.

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図面中において対応するものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Corresponding parts are designated by the same reference numerals in the drawings, and description thereof will not be repeated.

図1にこの発明の実施例1を示す機能構成ブロック図を示す。カウンタ回路20は、nbitのハードウェアカウンタ12と、そのハードウェアカウンタ12を制御する図示しないROMとRAMとCPUとから成るファームウェア140とで構成される。ROMとRAMに記憶されたソフトウェアによって、ハードウェアカウンタ12が制御されてカウンタ回路20として動作する。パルス列発生手段16は、図示しない角速度を検出する光ファイバジャイロの出力信号を、例えばVCO(Voltage Control Oscillator)などでパルス周波数信号fに変換してnbitのハードウェアカウンタ12に出力するものである。ハードウェアカウンタ12は、所定の間隔でパルス列発生手段16の出力するパルス周波数信号f(Hz)をカウントする。この実施例1では、nbitのハードウェアカウンタ12のbit数を例えば10bitとする。   FIG. 1 is a functional configuration block diagram showing Embodiment 1 of the present invention. The counter circuit 20 includes an n-bit hardware counter 12 and firmware 140 including a ROM, a RAM, and a CPU (not shown) that controls the hardware counter 12. The hardware counter 12 is controlled by software stored in the ROM and RAM, and operates as the counter circuit 20. The pulse train generation means 16 converts an output signal of an optical fiber gyro (not shown) that detects an angular velocity into a pulse frequency signal f using, for example, a VCO (Voltage Control Oscillator) or the like and outputs the pulse frequency signal f to the n-bit hardware counter 12. The hardware counter 12 counts the pulse frequency signal f (Hz) output from the pulse train generator 16 at a predetermined interval. In the first embodiment, the number of bits of the n-bit hardware counter 12 is, for example, 10 bits.

所定の間隔でカウントされたハードウェアカウンタ12のカウント値は、ファームウェア140の一部を構成する今回カウント値記憶部141と前回カウント値記憶部142に順次読み込まれる。この読み込みが行われるごとに、オーバーフロー判定手段143の引き算手段144が、今回カウント値記憶部141に記憶されたカウント値から、前回カウント値記憶部142に記憶されたカウント値を引き算する。その引き算結果からハードウェアカウンタ12の桁上げ又は桁下げの有無を判定して、その判定結果に基づいてオーバーフローの回数を決定する。オーバーフローの回数が決定されると、カウント値生成手段146が、今回カウント値記憶部141のカウント値とオーバーフロー判定手段143のオーバーフロー回数とから、カウンタ回路20としてのカウント値を計算する。   The count value of the hardware counter 12 counted at a predetermined interval is sequentially read into the current count value storage unit 141 and the previous count value storage unit 142 that constitute a part of the firmware 140. Each time this reading is performed, the subtraction unit 144 of the overflow determination unit 143 subtracts the count value stored in the previous count value storage unit 142 from the count value stored in the current count value storage unit 141. From the subtraction result, it is determined whether the hardware counter 12 has a carry or a carry, and the number of overflows is determined based on the determination result. When the number of overflows is determined, the count value generation unit 146 calculates a count value as the counter circuit 20 from the count value of the current count value storage unit 141 and the overflow number of the overflow determination unit 143.

また、ハードウェアカウンタ12がパルス列発生手段16の出力するパルス周波数信号fをカウントする時間幅は、この実施例1の場合、ハードウェアカウンタ制御手段147が生成するハードウェアカウンタ12をリセットするリセット信号14rの周期によって決まっている。つまり、例えばリセット信号14rの周期を1msとすれば、パルス周波数信号fは1msの間、ハードウェアカウンタ12でカウントされる。そのカウント値は、カウント値=パルス周波数信号f(Hz)×1msである。角速度の大きさに基づいて決まるパルス周波数信号fの、ある時点の周波数が例えば1MHzだとすれば、ハードウェアカウンタ12のその時点のカウント値は1000となる。   In the case of the first embodiment, the time width in which the hardware counter 12 counts the pulse frequency signal f output from the pulse train generating means 16 is the period of the reset signal 14r that resets the hardware counter 12 generated by the hardware counter control means 147. It is decided by. That is, for example, if the period of the reset signal 14r is 1 ms, the pulse frequency signal f is counted by the hardware counter 12 for 1 ms. The count value is: count value = pulse frequency signal f (Hz) × 1 ms. If the frequency of the pulse frequency signal f determined based on the magnitude of the angular velocity is 1 MHz, for example, the count value of the hardware counter 12 at that time is 1000.

このように、ハードウェアカウンタ制御手段147が、ハードウェアカウンタ12をリセットする直前のハードウェアカウンタ12のカウント値を、今回カウント値記憶部141に順次読み込み、それまでの今回カウント値記憶部141内のカウント値を予め前回カウント値記憶部142に読み込んで置くことで、パルス列発生手段16の出力するパルス周波数信号fを数値化することができる。   As described above, the hardware counter control unit 147 sequentially reads the count value of the hardware counter 12 immediately before resetting the hardware counter 12 into the current count value storage unit 141, and the count value in the current count value storage unit 141 until then is read. Is read in the previous count value storage unit 142 in advance, and the pulse frequency signal f output from the pulse train generating means 16 can be digitized.

次に、ファームウェア140の動作フローを図2に示し、この発明の実施例1の動作を更に詳しく説明する。動作フローは、ファームウェア140を構成する図示しないCPUが動作する割り込み動作のフローを示したものである。CPUに割り込みが掛かると、ハードウェアカウンタ12のカウント値Cnは、今回カウント値記憶部141に読み込まれる(ステップS200)。カウント値Cnを、今回カウント値記憶部141に読み込むと、ハードウェアカウンタ制御手段147はハードウェアカウンタ12をリセットする(ステップS201)。今回カウント値Cnが、最初のデータであるか否かがステップS202で判断され、Cnが最初のデータの場合は、ステップ203で前回カウント値記憶部の値Cn-1=Cnとされ、オーバーフローの回数を数えるオーバーフローカウンタ(以下OFCと略す)をリセット(ステップS204)し、ステップS205でカウント値を計算する。ステップS205がカウント値生成手段146である。今は、最初のデータであるので、今回カウント値記憶部141に記憶されているカウント値Cnがカウント値になる。そして、処理を終了し、次の割り込みが発生するまでの間、CPUは停止(ホルト)する。   Next, the operation flow of the firmware 140 is shown in FIG. 2, and the operation of the first embodiment of the present invention will be described in more detail. The operation flow shows an interrupt operation flow in which a CPU (not shown) constituting the firmware 140 operates. When the CPU is interrupted, the count value Cn of the hardware counter 12 is read into the current count value storage unit 141 (step S200). When the count value Cn is read into the current count value storage unit 141, the hardware counter control unit 147 resets the hardware counter 12 (step S201). In step S202, it is determined whether or not the current count value Cn is the first data. If Cn is the first data, the value Cn-1 of the previous count value storage unit is set to Cn in step 203, and the overflow data An overflow counter (hereinafter abbreviated as OFC) for counting the number of times is reset (step S204), and a count value is calculated in step S205. Step S205 is the count value generation means 146. Since it is the first data now, the count value Cn stored in the current count value storage unit 141 becomes the count value. Then, the CPU is stopped (halted) until the processing is terminated and the next interrupt is generated.

この動作フローでは省略しているが、ステップS205で計算されたカウンタ回路20のカウント値は、光ファイバジャイロが検出した角速度データであるので、例えば、式(1)に示す演算をCPUがホルトする前に行ってカウント値を角速度Y(°/秒)に変換する。
Y=(カウント値×F×Ω)/3600 式(1)
Fは、パルス列発生手段16の出力するパルス周波数信号fをハードウェアカウンタ12が取り込む周波数であり、この例では1000Hzである。Ωは、光ファイバジャイロのパルスウェイト(秒角、arcsec)で、例えば5arcsecと言った値であり、光ファイバジャイロが検出できる最小角速度を意味し、ジャイロの性能で決まる固有の値である。3600は秒角を°に変換するための定数である。
Although omitted in this operation flow, the count value of the counter circuit 20 calculated in step S205 is the angular velocity data detected by the optical fiber gyro, and therefore, for example, the CPU halts the calculation shown in Expression (1). Go ahead and convert the count value to angular velocity Y (° / sec).
Y = (count value × F × Ω) / 3600 formula (1)
F is a frequency at which the hardware counter 12 takes in the pulse frequency signal f output from the pulse train generating means 16, and is 1000 Hz in this example. Ω is the pulse weight (second angle, arcsec) of the optical fiber gyroscope, and is a value such as 5 arcsec, which means the minimum angular velocity that can be detected by the optical fiber gyroscope, and is a specific value determined by the performance of the gyroscope. 3600 is a constant for converting the second angle to °.

次の割り込みが在ると、再びハードウェアカウンタ12のカウント値Cnが、今回カウント値記憶部141に読み込まれる。今回は2個目のカウント値Cnであるので、オーバーフロー判定手段143の引き算手段144によって、今回カウント値Cnから前回カウント値Cn-1が引き算される(ステップS206)。次の割り込みに備えて今回カウント値Cnを前回カウント値Cn-1に保存(ストア)する(ステップS207)。そして、オーバーフロー判定手段143を構成するオーバーフロー計算手段145の比較手段145aは、引き算結果Dnが、正か負かをステップS208で判定する。引き算結果Dnが負の場合、比較手段145aは、そのDnと、閾値Xth145bと絶対値が等しく、極性が負の閾値−Xth145dとを比較する(ステップS209)(以降、閾値Xthの参照符号145bと145dは、特に表記しなくとも判別できるので省略する)。 When there is a next interrupt, the count value Cn of the hardware counter 12 is read into the current count value storage unit 141 again. Since this time is the second count value Cn, the previous count value Cn-1 is subtracted from the current count value Cn by the subtracting means 144 of the overflow determining means 143 (step S206). In preparation for the next interrupt, the current count value Cn is stored (stored) in the previous count value Cn-1 (step S207). Then, the comparison means 145a of the overflow calculation means 145 constituting the overflow determination means 143 determines whether the subtraction result Dn is positive or negative in step S208. If subtraction result Dn is negative, comparator 145a compares its Dn, threshold X th 145b and the absolute value is equal polarity and a negative threshold value -X th 145d (step S209) (hereinafter, threshold value X th The reference numerals 145b and 145d are omitted because they can be discriminated without any particular description).

引き算結果Dnが負の場合、Dnが負の閾値−Xthよりも小であれば、オーバーフロー計算手段145内のOFC145cを+1する(ステップS210)ルートαを経る。引き算結果Dnが正の場合、ステップS211でDnとXthを比較して、DnがXthよりも大であればOFC145cを−1する(ステップS212)ルートγを経る。上記以外のDnが−Xthよりも大の場合はルートβ、DnがXthより小の場合はルートδを経る。これらのルートγ,δでは、OFC145cのカウントは変えないでカウント値計算(ステップS205)に移る。次の割り込みが在るまでCPUはホルトする。以降、割り込みがある度に、上記した動作を繰り返して、カウンタ回路20が動作する。 If subtraction result Dn is negative, if Dn is smaller than the negative threshold -X th, the OFC145c in the overflow calculation unit 145 to +1 (step S210) through the root alpha. If subtraction result Dn is positive, by comparing the Dn and X th at step S211, Dn is a to -1 OFC145c if larger than X th (step S212) through the root gamma. When Dn other than the above is larger than −X th , the route β is passed, and when Dn is smaller than X th, the route δ is passed. In these routes γ and δ, the count of the OFC 145c is not changed and the process proceeds to the count value calculation (step S205). The CPU halts until the next interrupt is present. Thereafter, the counter circuit 20 operates by repeating the above operation every time there is an interrupt.

〔閾値Xthの説明〕
閾値Xthの決め方を式(2)に示す。閾値Xthの下限値は、本願発明のカウンタ回路20が適用される測定機の測定範囲に対応する今回カウント値Cnと前回カウント値Cn-1との、差の最大値の絶対値より大きな値に設定する。閾値Xthの上限値は、ハードウェアカウンタのbit数nで決まる2/2以下に設定する。
(今回カウント値Cn−前回カウント値Cn-1)<Xth≦2/2 式(2)
下限値についての測定範囲に対応するとは、例えば本願発明のカウンタ回路20が角速度計に適用され、その角速度計の測定範囲として、例えば500°/秒以上の角速度の変化を測定しない仕様とした場合、その500°/秒に対応したカウント値に閾値Xthを設定するという意味である。上記したカウント値を角速度Yに変換する式(1)のFを1000Hz、パルスウエイトΩを5arcsecとして、500°/秒に相当するカウント値を逆算すると360と計算される。したがって、閾値Xthの下限値はそれよりも大きな361以上の値に設定する必要がある。
[Explanation of threshold value X th ]
How to determine the threshold X th shown in equation (2). The lower limit threshold value X th is the current count value Cn and the previous count value Cn-1 which corresponds to the measuring range of the measuring counter circuit 20 of the present invention is applied, a value larger than the absolute value of the maximum value of the difference Set to. The upper limit threshold value X th is set to 2 n / 2 or less determined by the bit number n of the hardware counter.
(Current count value Cn−previous count value Cn−1) <X th ≦ 2 n / 2 Formula (2)
Corresponding to the measurement range for the lower limit is, for example, when the counter circuit 20 of the present invention is applied to an angular velocity meter, and the measurement range of the angular velocity meter is, for example, a specification that does not measure a change in angular velocity of 500 ° / second or more. This means that the threshold value X th is set to the count value corresponding to 500 ° / second. When the count value corresponding to 500 ° / second is calculated backwards by assuming that F in the formula (1) for converting the above count value into the angular velocity Y is 1000 Hz and the pulse weight Ω is 5 arcsec, 360 is calculated. Therefore, it is necessary to set the lower limit value of the threshold value X th to a value of 361 or more which is larger than that.

〔閾値Xthの下限値の検証〕
式(2)に示した閾値Xthの範囲を検証する。まず、閾値Xth=361として下限値から検証する。図3(a)にハードウェアカウンタ12の動作を示す。図3(a)の横軸は、パルス列発生手段16が発生するパルス数であり、縦軸はそれをカウントするハードウェアカウンタ12のカウント値である。ハードウェアカウンタ12を例えば10bitとするとカウント値は0〜1023の範囲で変化し、1024でオーバーフローするカウンタとして動作する。
このように動作するハードウェアカウンタ12を前提に、前回カウント値Cn-1(○印)=1023として、今回カウント値Cn(●印)を減少方向に変化させた場合のオーバーフロー計算手段145の動作状況を図3(b)に示す。
[Verification of lower limit value of threshold value X th ]
The range of the threshold value X th shown in Expression (2) is verified. First, the threshold value X th = 361 is verified from the lower limit value. FIG. 3A shows the operation of the hardware counter 12. In FIG. 3A, the horizontal axis represents the number of pulses generated by the pulse train generating means 16, and the vertical axis represents the count value of the hardware counter 12 that counts the number. When the hardware counter 12 is 10 bits, for example, the count value changes in the range of 0 to 1023 and operates as a counter that overflows at 1024.
On the premise of the hardware counter 12 operating in this way, the operation status of the overflow calculation means 145 when the previous count value Cn-1 (◯ mark) = 1023 and the current count value Cn (● mark) is changed in the decreasing direction. Is shown in FIG.

図3(b)に示す状態(ア)は、桁上げ桁下げの発生しないOFC145cが変化しない場合である。状態(ア)は、今回カウント値Cn=663の場合であり、Dn=今回カウント値−前回カウント値=−360(663−1023=−360)である。Dnがマイナスの場合は、図2に示すオーバーフロー計算手段145のステップS209で、Dn≦−XthはNo(−360≦−361→ステップS209でNo)と判定されて、ルートβを経てカウント値計算S205に移行する。したがって、OFC145cは変化しない。 The state (a) shown in FIG. 3B is a case where the OFC 145c in which no carry-down is not changed does not change. The state (A) is when the current count value Cn = 663, and Dn = current count value−previous count value = −360 (663-1023 = −360). If Dn is negative, Dn ≦ −X th is determined to be No (−360 ≦ −361 → No in step S209) in step S209 of the overflow calculation means 145 shown in FIG. The process proceeds to calculation S205. Therefore, the OFC 145c does not change.

図3(b)に示す状態(イ)は、カウント値が1023から662に変化する。状態(ア)と同様にハードウェアカウンタ12に桁上げも桁下げも無い状態である。状態(イ)では、誤カウントを説明するための都合で、カウント値の変化Dnを361と、閾値Xth=361以上の本来は有り得ない値にしている。この時、Dn=今回カウント値−前回カウント値=−361(662−1023=−361)である。この場合、上記したように本来は、OFC145cに変化が無い。しかし、図2に示すオーバーフロー計算手段145のステップS209で、Dn≦−XthはYes(−361≦−361→ステップS209でYes)と判定されて、ルートαを経てOFC145cが+1カウントされてしまう。つまり、正しいカウント値は662であるのに対してカウント値計算(ステップS205)で計算されたカウント値は、1686になってしまう。 In the state (A) shown in FIG. 3B, the count value changes from 1023 to 662. As in the state (a), the hardware counter 12 has no carry or carry. In the state (A), the count value change Dn is set to 361 and an originally impossible value equal to or greater than the threshold value X th = 361 for the convenience of explaining the erroneous count. At this time, Dn = current count value−previous count value = −361 (662-1023 = −361). In this case, as described above, there is essentially no change in the OFC 145c. However, in step S209 of the overflow calculation means 145 shown in FIG. 2, it is determined that Dn ≦ −X th is Yes (−361 ≦ −361 → Yes in step S209), and the OFC 145c is incremented by 1 through the route α. . That is, the correct count value is 662, whereas the count value calculated in the count value calculation (step S205) is 1686.

このように、Dnが閾値Xth以上変化すると誤カウントが発生してしまうので、閾値Xthの下限は今回カウント値Cnと前回カウント値Cn-1との差の最大値の絶対値より大きな値に設定する必要がある。 As described above, when Dn changes by more than the threshold value X th, an erroneous count occurs. Therefore, the lower limit of the threshold value X th is larger than the absolute value of the maximum value of the difference between the current count value Cn and the previous count value Cn−1. Must be set to

〔閾値Xthの上限値の検証〕
次に、閾値Xth=512として上限値を検証する。図3(c)に示す状態(ウ)は、OFC145cのカウント値が変化しない場合である。状態(ウ)は、前回カウント値Cn-1=1023で今回カウント値Cn=512の場合であり、Dn=今回カウント値−前回カウント値=−511(512−1023=−511)である。Dnがマイナスの場合は、図2に示すオーバーフロー計算手段145のステップS209で、Dn≦−XthはNo(−511≦−512→ステップS209でNo)と判定されて、ルートβを経てカウント値計算S205に移行する。したがって、OFC145cは変化しない。
[Verification of upper limit value of threshold value X th ]
Next, the upper limit value is verified with the threshold value X th = 512. The state (c) shown in FIG. 3C is a case where the count value of the OFC 145c does not change. The state (c) is the case where the previous count value Cn−1 = 1023 and the current count value Cn = 512, and Dn = current count value−previous count value = −511 (512-1023 = −511). If Dn is negative, Dn ≦ −X th is determined to be No (−511 ≦ −512 → No in step S209) in step S209 of the overflow calculation means 145 shown in FIG. The process proceeds to calculation S205. Therefore, the OFC 145c does not change.

図3(c)に示す状態(エ)は、カウント値が1023から511に変化するハードウェアカウンタ12に桁上げも桁下げも発生しない状態である。状態(エ)では、誤カウントを説明するための都合で、カウント値の変化Dnを512と、閾値Xth=512以上の本来は有り得ない値にしている。この時、Dn=今回カウント値−前回カウント値=−512(512−1023=−512)である。この場合、上記したように本来は、OFC145cに変化は無い。しかし、図2に示すオーバーフロー計算手段145のステップS209で、Dn≦−XthはYes(−512≦−512→ステップS209でYes)と判定されて、ルートαを経てOFC145cが+1カウントされてしまう。この結果、正しいカウント値は511であるのに対してカウント値計算(ステップS205)で計算されたカウント値は、1535になってしまう。 The state (d) shown in FIG. 3C is a state in which neither a carry nor a carry occurs in the hardware counter 12 whose count value changes from 1023 to 511. In the state (d), the count value change Dn is set to 512 and a threshold X th = 512 or more, which is not possible, for the convenience of explaining the erroneous count. At this time, Dn = current count value−previous count value = −512 (512-1023 = −512). In this case, as described above, there is essentially no change in the OFC 145c. However, in step S209 of the overflow calculation means 145 shown in FIG. 2, it is determined that Dn ≦ −X th is Yes (−512 ≦ −512 → Yes in step S209), and the OFC 145c is incremented by 1 through the route α. . As a result, the correct count value is 511, whereas the count value calculated in the count value calculation (step S205) is 1535.

このように、閾値Xthの上限は、ハードウェアカウンタのbit数nで決まる2/2以下に設定する必要がある。したがって、Dnの最大値を360とし、ハードウェアカウンタ12のbit数を10bitとすると、閾値Xthは、361〜512の範囲の値に設定すればよい。なお、誤カウントの発生をカウント値の減少方向で説明したが、増加方向でも同じである。増加方向の説明は、以降のカウント値の事例の中で説明する事とし、ここでの説明は省略する。
ここで閾値Xth=361でハードウェアカウンタ12のbit数を10bitとして、具体的なカウント値の変化の事例を示して、本願発明のカウント動作を説明する。
Thus, the upper limit of the threshold X th needs to be set to 2 n / 2 or less determined by the bit number n of the hardware counter. Therefore, the maximum value of Dn and 360, if the bit number of the hardware counter 12 and 10bit, threshold X th may be set to a value in the range of 361-512. Although the occurrence of erroneous count has been described in the decreasing direction of the count value, the same is true in the increasing direction. The explanation of the increasing direction will be explained in the following examples of count values, and the explanation here is omitted.
Here, the threshold operation X th = 361, the number of bits of the hardware counter 12 is 10 bits, and a specific example of the change of the count value is shown to explain the counting operation of the present invention.

[カウント値の事例]
図4〜図7にカウント値の事例を示す。図の横軸はハードウェアカウンタ12のオーバーフローの回数を、縦軸左はカウント値を、縦軸右はカウント値を式(1)で変換した角速度(°/秒)を示す。縦軸のカウント値は、0〜1023までのカウント値を実線で示し、それ以上のカウント値を破線で表している。以下の説明において、動作フローの図2も参照のこと。
[Count value example]
Examples of count values are shown in FIGS. In the figure, the horizontal axis represents the number of overflows of the hardware counter 12, the left vertical axis represents the count value, and the right vertical axis represents the angular velocity (° / second) obtained by converting the count value by the equation (1). As for the count value on the vertical axis, the count value from 0 to 1023 is indicated by a solid line, and the count value higher than that is indicated by a broken line. See also FIG. 2 of the operation flow in the following description.

〔前回パルス数1023→今回パルス数1383の事例〕
図4は、前回パルス数(◇印、パルス数とカウント値が一致しているので前回カウント値の○印を省略)が1023で、今回パルス数(◆印)が1383の閾値Xthギリギリのパルス数の増加があった場合のカウント値の変化を示す。この場合、カウント値は前回カウント値Cn-1(○印省略)1023から今回カウント値Cn(●印)359(1383−1024=359)に変化する。今回カウント値Cn(●印)から前回カウント値Cn-1(○印)を引いた値Dnは、−664(359−1023=−664)の負であるので、Dn≦−XthはYes(−664≦−361→ステップS209でYes)と判定されOFC145cは+1カウントされる(ステップS210)。図2のルートαを経て、ステップS205におけるカウント値計算は、1024×1+359=1383と、今回パルス数(◆印)と同じ値が計算される。
[Previous number of pulses 1023 → Current number of pulses 1383]
4, the previous number of pulses (◇ mark, since the number of pulses and the count value match omitted ○ mark of the previous count value) in 1023, this number of pulses (◆ symbol) is the threshold value X th marginal 1383 The change in the count value when the number of pulses increases is shown. In this case, the count value changes from the previous count value Cn-1 (o mark omitted) 1023 to the current count value Cn (● mark) 359 (1383-1024 = 359). Since the value Dn obtained by subtracting the previous count value Cn-1 (◯ mark) from the current count value Cn (● mark) is negative of −664 (359-1023 = −664), Dn ≦ −X th is Yes ( −664 ≦ −361 → Yes in step S209, and OFC 145c is incremented by 1 (step S210). Through the route α in FIG. 2, the count value calculation in step S205 is 1024 × 1 + 359 = 1383, which is the same value as the current pulse number (♦ mark).

〔前回パルス数1383→今回パルス数1023の事例〕
図5に逆方向の変化、前回パルス数(◇印)が1383で、今回パルス数(◆印、パルス数とカウント値が一致しているので今回カウント値の●印を省略)が1023の閾値Xthギリギリのパルス数の減少があった場合のカウント値の変化を示す。この場合のカウント値は、前回カウント値Cn-1(○印)359(1383−1024=359)から今回カウント値Cn(●印省略)1023に変化する。今回カウント値Cn(●印省略)から前回カウント値Cn-1(○印)を引いた値Dnは、664(1023−359=664)で正、Dn≦XthはNo(664≦361→ステップS211でNo)と判定されOFC145cは−1カウントされる(ステップS212)。図2のルートγを経て、ステップS205におけるカウント値計算は、1024×0+1023=1023と、今回パルス数(◆印)と同じ値が計算される。
[Previous pulse number 1383 → Current pulse number 1023]
FIG. 5 shows a change in the reverse direction, the previous pulse number (◇ mark) is 1383, and the current pulse number (♦ mark, the number of pulses and the count value are the same, so the current count value is omitted) is 1023. It shows the change in the count value when a number of pulses decreases in the X th last minute. In this case, the count value changes from the previous count value Cn-1 (◯ mark) 359 (1383-1024 = 359) to the current count value Cn (o mark omitted) 1023. The value Dn obtained by subtracting the previous count value Cn-1 (circle mark) from the current count value Cn (circle mark omitted) is 664 (1023-359 = 664), and Dn ≦ X th is No (664 ≦ 361 → step) NO is determined in S211 and the OFC 145c is counted by -1 (Step S212). Through the route γ of FIG. 2, the count value calculation in step S205 is 1024 × 0 + 1023 = 1023, which is the same value as the current pulse number (♦ mark).

〔前回パルス数1324→今回パルス数1524の事例〕
図6は、前回パルス数(◇印)が1324で今回パルス数(◆印)が1524の場合である。この場合は、OFC145cが1の状態において、前回カウント値Cn-1(○印)が300(1324−1024=300)、今回カウント値Cn(●印)が500(1524−1024=500)となる。この時はDnが200(500−200=300)で正、Dn≦XthはYes(200≦361→Yes)であるのでルートδを経てカウント値計算(ステップS205)に移行する。この時のカウントの計算値は1024×1+500=1524と、今回パルス数(◆印)と同じ値になる。
[Previous pulse number 1324 → Current pulse number 1524 example]
FIG. 6 shows a case where the previous pulse number ((mark) is 1324 and the current pulse number (♦ mark) is 1524. In this case, when the OFC 145c is 1, the previous count value Cn-1 (◯ mark) is 300 (1324-1024 = 300), and the current count value Cn (● mark) is 500 (1524-1024 = 500). . At this time, since Dn is 200 (500−200 = 300) and positive, and Dn ≦ X th is Yes (200 ≦ 361 → Yes), the process proceeds to the count value calculation (step S205) via the route δ. The calculated value of the count at this time is 1024 × 1 + 500 = 1524, which is the same value as the current pulse number (♦ mark).

〔前回パルス数1900→今回パルス数2148の事例〕
図7は、前回パルス数(◇印)が1900で今回パルス数(◆印)が2148の場合である。この場合は、OFC145cが1で、前回カウント値Cn-1(○印)が876(1900−1024=876)、今回カウント値Cn(●印)が100(2148−2048=100)となる。この時はDnが−776(100−876=−776)の負となり、Dn≦−XthもYes(−776≦−361→Yes)であるので、ルートαを経てOFC145cが+1され(ステップS210)OFC145cの値は2となり、カウント値計算(ステップS205)に移行する。カウント値計算は1024×2+100=2148と、今回パルス数(◆印)と同じ値になる。
[Previous pulse number 1900 → Current pulse number 2148]
FIG. 7 shows a case where the previous pulse number ((mark) is 1900 and the current pulse number (♦ mark) is 2148. In this case, the OFC 145c is 1, the previous count value Cn-1 (◯ mark) is 876 (1900-1024 = 876), and the current count value Cn (● mark) is 100 (2148-2048 = 100). At this time, Dn is negative of −776 (100−876 = −776) and Dn ≦ −X th is also Yes (−776 ≦ −361 → Yes), so that OFC 145c is incremented by 1 through the route α (step S210). ) The value of OFC 145c is 2, and the process proceeds to count value calculation (step S205). The count value calculation is 1024 × 2 + 100 = 2148, which is the same value as the current pulse number (♦ mark).

以上説明したように、オーバーフロー判定手段143が、今回カウント値から前回カウント値を引いた値からnbitハードウェアカウンタ12のオーバーフローの有無を判定し、その判定結果に基づいてオーバーフローの回数を決定する。カウント値生成手段146が今回カウント値と上記オーバーフロー判定手段の値とからカウント値を計算することで、ハードウェアカウンタ12のbit数で決まるカウント数以上の数をカウントすることが可能になる。   As described above, the overflow determination unit 143 determines whether or not the nbit hardware counter 12 has overflowed from the value obtained by subtracting the previous count value from the current count value, and determines the number of overflows based on the determination result. The count value generation unit 146 calculates the count value from the current count value and the value of the overflow determination unit, so that it is possible to count more than the count number determined by the number of bits of the hardware counter 12.

なお、実施例の説明は、角速度を検出する光ジャイロを例に説明を行ったが、他の物理量、例えば加速度を検出する際のカウンタ回路に本願発明を適用することも出来る。また、他の物理量である温度や輝度の検出等にも本願発明によるカウンタ回路を応用することが可能である。   In the description of the embodiment, the optical gyro for detecting the angular velocity has been described as an example. However, the present invention can be applied to a counter circuit for detecting other physical quantities, for example, acceleration. In addition, the counter circuit according to the present invention can be applied to detection of temperature and luminance which are other physical quantities.

この発明の実施例1の機能構成ブロックを示す図。The figure which shows the function structure block of Example 1 of this invention. ファームウェア140の動作フローの例を示す図。The figure which shows the example of the operation | movement flow of the firmware. 図3(a)はハードウェアカウンタ12の動作を示す図、図3(b)は閾値Xth=361で今回カウント値Cnを減少方向に変化させた場合のオーバーフロー計算手段145の動作状況を示す図、図3(c)閾値Xth=512で今回カウント値Cnを減少方向に変化させた場合のオーバーフロー計算手段145の動作状況を示す図である。3A is a diagram showing the operation of the hardware counter 12, and FIG. 3B is a diagram showing the operation status of the overflow calculation means 145 when the current count value Cn is changed in the decreasing direction with the threshold value X th = 361. is a diagram showing an operation status of the overflow calculation means 145 in the case where the current count value Cn is varied in the decreasing direction in FIG. 3 (c) threshold X th = 512. 今回カウント値Cn(●印)が359で、前回カウント値Cn-1(○印)が1023の場合のカウント値の事例を示す図。The figure which shows the example of a count value in case this count value Cn (-mark) is 359 and last count value Cn-1 (circle mark) is 1023. 今回カウント値Cn(●印)が1023で、前回カウント値Cn-1(○印)が359の場合のカウント値の事例を示す図。The figure which shows the example of a count value in case this count value Cn (-mark) is 1023 and last count value Cn-1 ((circle) mark) is 359. FIG. OFC145cが1の状態において、今回カウント値Cn(●印)が500で、前回カウント値Cn-1(○印)が300の場合のカウント値の事例を示す図。The figure which shows the example of a count value in case OFC145c is 1 and this time count value Cn (-mark) is 500 and last count value Cn-1 (circle mark) is 300. FIG. OFC145cが1の状態において、今回カウント値Cn(●印)が100で、前回カウント値Cn-1(○印)が876の場合のカウント値の事例を示す図。The figure which shows the example of a count value when OFC145c is 1 and this time count value Cn (-mark) is 100 and the last count value Cn-1 (circle mark) is 876. 特許文献1に開示されたカウンタ回路を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a counter circuit disclosed in Patent Document 1.

Claims (1)

物理量をパルス周波数信号に変換するパルス列発生手段と、
上記パルス列発生手段から出力されるパルス周波数信号を所定の時間間隔でカウントするnbitのハードウェアカウンタと、ここでnは2以上の整数であり、
上記ハードウェアカウンタの計数値を上記所定の時間間隔以上の一定間隔で読み込むファームウェアとから成るカウンタ回路とを具備し
上記ファームウェアは、
上記ハードウェアカウンタの前回カウント値を記憶する前回カウント値記憶部と、
上記ハードウェアカウンタの今回のカウント値を記憶する今回カウント値記憶部と、
上記今回カウント値から上記前回カウント値を引いた値に基づき上記ハードウェアカウンタの桁上げ又は桁下げの有無を判定し、その判定結果により今回のパルス周波数信号に対する上記ハードウェアカウンタの桁上げ回数を決定するオーバーフロー判定手段と、
上記今回カウント値と上記オーバーフロー判定手段の値とからカウント値を計算するカウント値生成手段とを具備し
記オーバーフロー判定手段は、今回カウント値から前回カウント値を引き算する手段と、
その引き算結果が負であれば負の閾値−Xthと比較し、引き算結果が正であれば正の閾値Xthと比較する比較手段と、
負の引き算結果が負の閾値−Xthよりも小であればオーバーフローカウンタを+1し、 正の引き算結果が正の閾値Xthより大であればオーバーフローカウンタを−1するオーバーフロー計算手段とを具備し、
記閾値Xthは、上限が2/2以下で、下限が測定範囲に対応する上記(今回カウント値−上記前回カウント値)の最大値の絶対値より大きな値に設定されていることを特徴とするカウンタ回路装置
Pulse train generating means for converting a physical quantity into a pulse frequency signal;
An n-bit hardware counter that counts the pulse frequency signal output from the pulse train generating means at a predetermined time interval, where n is an integer of 2 or more;
The count value of the hardware counter and a counter circuit including a firmware to read at regular intervals over the predetermined time interval,
The above firmware
A previous count value storage unit for storing the previous count value of the hardware counter;
A current count value storage unit for storing the current count value of the hardware counter;
Based on a value obtained by subtracting the previous count value from the current count value, it is determined whether or not the hardware counter carries or carries a carry, and the determination result determines the number of times the hardware counter carries the current pulse frequency signal. Overflow determination means;
Comprising the count value generating means for calculating a count value from the value of the current count value and the overflow determination means,
Upper Symbol overflow determination means includes means for subtracting a previous count value from the count value currently,
A comparison means for comparing with a negative threshold value −X th if the subtraction result is negative, and comparing with a positive threshold value X th if the subtraction result is positive;
Negative subtraction result overflow counter is incremented if smaller than the negative threshold -X th, and a overflow calculation means for -1 overflow counter if positive subtraction result is larger than the positive threshold value X th And
Upper Symbol threshold X th, the upper limit is at 2 n / 2 or less, the lower limit corresponds to the measuring range - it is set to a value larger than the absolute value of the maximum value of (current count value the previous count value) A characteristic counter circuit device .
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