JPH01260518A - マイクロコンピュータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シングル・チップ・マイクロコンピュータな
どストアード・プログラム制御のデータ処理装置に関し
、特にその装置の動作クロック周波数を制御する方式に
関する。

〔従来の技術〕

シングル・チップ・マイクロコンピュータは動作クロッ
クを発生するクロック発生器を内蔵しており、水晶振動
子や抵抗・コンデンサを用いた発振回路で基準信号を発
生している。一般に水晶振動子を用いた発振回路には、
発振周波数が安定な長所があり、安定な動作速度を目標
にする場合に使用されているが、安定な発振状態になる
までに数十ミリ秒から数秒の時間が必要になる欠点があ
る。これに対し、抵抗・コンデンサを用いた発振回路に
は、抵抗・コンデンサが安価なため発振回路を安価に構
成でき、さらに機械的な振動をともなわないため発振の
起動時間が短いといった長所があり、安価なシステムを
目標にする場合に利用されているが、時定数により発振
周波数が定まるため抵抗値や容量値の誤差に依存して正
確な周波数を設定しにくい欠点がある。

近年、プログラムの処理で各種の機能を実現できること
から、シングル・チップ・マイクロコンピユー・夕は各
種の装置に制御部品として利用されており、電池により
動作させる機器などへの応用では、消費電力が少ないこ
とが望まれている。がかる要求を実現するため、マイク
ロコンピュータの内部クロックを制御し、装置が動作し
ていない時にクロックを停止させて、内部回路の状態遷
移を抑止して消費電力を低減させる方法が取られており
、昭和５４年特許願１１９４８６号などにその制御なら
ひに電力低減の効果について述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

マイクロコンピュータのクロック信号を停止すせる制御
を行うことによ弘基本的にはその消費電力を減らすこと
が可能になるが、クロック発振の停止と起動をさせるこ
とに関係して、発振回路の構成が問題になる。つまり、
水晶発振ならば周波数は正確であるが、発振が安定する
までマイクロコンビ、−夕は処理を行えず、処理をして
いない時に余分な電力が消費されることになる。

このため、発振開始における無効な電力を減少させるた
め、起動特性が良い発振回路が望まれており、一部のマ
イクロコンピュータでは抵抗とコンデンサを用いる発振
回路が使用されている。ところが、抵抗とコンデンサに
よる発振には周波数の正確度の面で難点あり、通信やメ
カ制御など処理時間が問題となる処理をさせる場合に障
害となる。

本発明の目的は、動作クロックの停止・起動を行つマイ
クロコンピュータに最適な、周波数の正確度が高く、且
つ、発振の起動時間が短いクロック発生器を提供するこ
とにある。

〔発明の従来技術に対する相違点〕

従来のマイクロコンピュータのクロック発生器では発振
回路の回路定数に依存して周波数が固定であったのに対
し、本発明はマイクロコンピュータのプログラム処理に
よりクロック信号の周波数を検知して発振周波数を変え
る制御手段を備えるといった相違点を有する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、低い周波数（例えば３２ＫＨｚ）の水晶発振
器ならば回路電流で数μＡと消費電力が低いことに着目
し、低電力の水晶発振器により起動特性の良い自走発振
器の周波数を制御するものである。具体的には、プログ
ラムにより発振周波数を制御可能な自走発振手段と、水
晶振動子を用いた水晶発振手段とを有し、カウント手段
にて水晶発振の周期における自走発振のパルス数または
自走発振の周期における水晶発振のパルス数を計数し、
その計数値から目標値に対する誤差を検知し、自走発振
の周波数を制御すること手段を備えるもので、自走発振
手段の発生した信号からシングル・チップ・マイクロコ
ンピュータの動作クロックを発生してプログラム処理を
行う。

〔実施例〕

以下、図面を用いて詳細な説明を行う。第１図−５＝ は本発明の一実施例のマイクロコンピュータのブロック
構成図で、装置全体の動作タイミング信号を発生するク
ロック発生部３と、処理の手順すなわちプロクラムを記
憶するプログラム・メモリ６と、プロクラム・メモリ６
のアドレスを指定スるプログラム・カウンタ７とプログ
ラム・メモリ６から読み出された命令を解読して装置の
各部への制御信号Ｃ１からＣｎを発生する命令デコーダ
１５と、処理されるデータを記憶するデータ・メモリ８
と、データ・メモリ８のアドレスを指定するデータ・ポ
インター９と、演算や判断をおこなう演算回路１１と、
データ処理の中心レジスタとなるアキュムレータ１０と
装置外部と信号の入出力を行う入出力ボート１２と、計
数を行うタイマ／カウンタ１３と、各部の間でのデータ
を転送するデータ・バス１４から構成されている。

ここで、クロック発生部３とタイマ／カウンタ１３を除
き他のブロックは従来装置と同様なものであり図中点線
で囲ってその部分５を示している。

クロ、り信号発生部３は、抵抗とコンデンサによる自走
発振回路を含み基準クロック信号を発生する。タイマ／
カウンタ１３は、水晶発振回路を含み、その発振信号や
基準クロック、外部信号を選択して、そのパルス数を計
数する。以下、第２図にクロック発生部３とタイマ／カ
ウンタ１３の要部の回路図、第３図に自走発振回路の動
作タイミンク・チャートを示して説明を行う。

第２図のクロック発生部３（図中点線で囲って示す）は
、３個の反転回路２１から２３と、アンドゲート２４と
、４個の抵抗２５から２８と、４個のトランジスタ２９
から３３と、分周回路３３と、モードレジスタ３４で構
成され、外部の抵抗３５とコンデンサ３６を介した充放
電により発振し、反転回路２２から基準クロックを出力
する。

この基準クロックは、そのままあるいは分周されて、装
置各部の動作クロックとなる。モードレジスタ３４は、
プログラムの処理により値が設定されるレジスタで、設
定命令の実行によりデータ・バス１４経由で転送された
データが書込まれ、発振の起動／停止や発振周波数を制
御するための出力３７から４１がある。分周回路３３は
、基準クロック信号を分周して、基準クロック信号の周
期に相当するパルス幅の信号を発生して、タイマ／カウ
ンタに供給している。

タイマ／カウンタ１３　（図中点線で囲って示す）は、
４個のアンドゲート５１から５４と、オアゲート５５と
、カウンタ５６と、反転回路５７と、抵抗５８と、分周
回路５９と、モードレジスタ６０およびデコーダ６］で
構成され、モードレジスタ６０に設定された値に応じて
、カウンタ５６の計数信号を選択して、計数する。この
うち、反転回路５８は抵抗５７により入力と出力が接続
されており、増幅回路として動作し、外部の水晶振動子
６２の共振により発振を行っている。分周回路５９は、
水晶発振回路の信号を分周して、水晶発振の周期に相当
するパルス幅の信号を発生している。モードレジスタ６
０は、カウンタ５６の計数信号の選択や動作を指定する
レジスタで、プログラムの処理にて設定命令が実行され
た時にデータ・バス１４経由で転送された値が書込まれ
る。

以下、第３図を参照して、自走発振の動作と発振周波数
の制御について説明する。モードレジスタ３４の出力３
７は、発振の状態を制御し、値がロジック値Ｏの時（図
中Ｔ１で示すタイミング）に発振を停止させ、値がロジ
ック値１の時（図中Ｔ２で示すタイミング）に発振を継
続させる。ＴＩのタイミングでは、アンドゲート２４の
出力がロジック値となり、反転回路２１と２３の出力が
ロジック値１２反転回路２２の出力がロジック値Ｏに固
定されて、発振が停止した状態になる。Ｔ２のタイミン
グでは、反転回路２３およびアンドゲート２４の出力に
、反転回路２１の入力信号と逆相（ロジック値が反転し
た）信号が発生して、抵抗２５から２８と３５を介して
負帰還がかかり、抵抗２５から２８と３５および容量３
６の時定数に応じた周波数で、発振が起こる。

ここで、抵抗２５の抵抗値を基準とすると、抵抗２６は
２倍、抵抗２７は４倍、抵抗２８は８倍の抵抗値に設定
しており、各抵抗を直列に接続している。さらに、各抵
抗にトランジスタ２９から＝９− ３２をそれぞれ並列に接続して、モードレジスタ３４の
出力３８から４１の値に応じて、それぞれのトランジス
タの導通を制御している。これによって、各トランジス
タを導通させることにより、並列に接続される抵抗の両
端をショートして、抵抗２５から２８の直列抵抗値を切
換えている。つまり、モードレジスタ３４の値に応じて
、抵抗が無い状態から、抵抗２５の抵抗値の整数倍で、
１倍か−ら１５倍まで抵抗値を変えることができ、その
抵抗値の対応を表にしめす。従って、モードレジスタ３
４の値に応じて、先に述べた発振の時定数を変化させて
、発振周波数を制御する。

次に、タイマ／カウンタ１３の動作について説明する。

４個のアトゲート５１から５４とオアーゲート５５およ
びデコーダ６１から成る部分はカウンタのカウント信号
を選択する回路であり、デコーダ６１によってモードレ
ジスタ６０の値をデコードし、アンドゲート５］から５
４のうちいずれか１個のアンドゲートが開くように信号
を発生ずる。アントゲート５１が開いた時には基準クロ
ックを分周した信号がカウント信号になり、アンドゲー
ト５２が開いた時には装置の端子入力など外部から入力
される信号がカウント信号になり、アンドゲート５３が
開いた時には水晶発振信号を分周した信号がカウント信
号になり、アンドゲート５４が開いた時には基準クロッ
クを分周した信号と水晶発振信号を分周した信号の論理
和信号がカウント信号になる。

カウンタ５６は、データ・バス１４に接続され、プロク
ラムの処理により初期値の設定や計数値の読取りが可能
なように構成されている。

前述の選択手段により切換えられた信号をカウンタ５Ｇ
にて計数することにより、各種の意味付けされた情報を
得ることが出来る。ここで、アンドゲート５４を開いて
計数した場合には、水晶発振の周期における自走発振の
パルス数または自走発振の周期における水晶発振のパル
ス数を計数することになる。水晶発振は周波数が安定で
パルス幅や周期がわかっていることに着目すれば、計数
値は自走発振の発振周波数または周期に対応した情報と
なる。これを、プログラムの処理にて計算ならびに比較
することによって、自走発振回路の周波数が、目標値よ
り高いまたは低いのかを判断している。目標より低い周
波数であると判断した場合には、モードレジスタ３４に
設定しである値を減少させて、抵抗２５から２８の直列
抵抗値を減らせば、時定数が小さくなり、発振周波数が
高くなる。逆に、目標より高い周波数であると判断した
場合には、モードレジスタ３４に設定しである値を増加
させて、抵抗２５から２８の直列抵抗値を増やせば、時
定数が大きくなり、発振周波数が低くなる。

一１３＝ このように、適当な時間毎に、水晶発振をもとに自走発
振の信号を計数して、その発振状態を制御すれば、周波
数の安定な基準クロック信号を発生することができる。

なお、実施例な自走発振では、発振の起動時（第３図中
でＴ１からＴ２に変る時）に、モードレジスタ３７の出
力がロジック値１になると、すぐにアンドゲート２４の
出力がロジック値１に成って、抵抗２５から２８と３５
を介して容量３８の充電が始まり、発振状態になる。従
って、発振の起動に要する時間は皆無なものである。

以上、説明したように本発明の実施例では、ストアード
・プログラム制御で、プログラムされた命令に基づき動
作クロック信号の停止を制御している装置において、水
晶発振器を含むタイマ／カウンタにより、自身の動作ク
ロックを計測してその周波数を制御している。

これによって、起動の時間が短い発振回路であっても、
周波数の正確度を確保でき、低電力の水晶発振器を用い
ることができるため、総合的な消費電力を減らせられる
効果がある。

〔実施例２〕 前述の実施例では、発振のための帰還抵抗値を変えるこ
とにより、発振周波数を制御しているが、本発明は、他
のパラメータを変えることによっても実現できる。以下
、第２の実施例のクロック発生部の回路を第４図に示し
て、説明する。

第４図のクロック発生部３（図中点線で囲って示す）は
、第２図に示したと同様な、３個の反転回路２１から２
３と、アンドゲート２４と、分周回路３３と、モードレ
ジスタ３４に加えて、４個のＰチャネル・トランジスタ
７１から７４と８個のＮチャネル・トランジスタ７５か
ら８２で構成され、外部の抵抗３５とコンデンサ３６を
介した充放電により発振し、反転回路２２から基準クロ
ックを出力する。

第４図中、トランジスタ７１と７５．トランジスタ７２
と７６、トランジスタγ３と７７、トランジスタ７４と
７８は、それぞれ共通の信号をゲート電極の入力とし、
ソース電極とドレイン電極が直列に接続されて、反転回
路として動作する。

従って、アンドケート２４の出力信号が４段の反転回路
を通して抵抗３５に伝達されることになる。

ここで、トランジスタ７５から７８のソース電極は、並
列に接続されて、並列接続のトランジスタ７９から８２
を介して接地電位に接続されている。このトランジスタ
７９から８２の導通状態に応じて反転回路のスイッチン
グ速度が変るように構成している。つまり、各トランジ
スタの導通した時に流れる電流値を重み付けし、トラン
ジスタ７９の電流値を基準にすると、トランジスタ８０
は２倍、トランジスタ８１は４倍、トランジスタ８２は
８倍になるように、各トランジスタの寸法を設定し、モ
ードレジスタ３４の発振周波数を制御するための出力３
８から４１をトランジスタ７９から８２のゲート電極に
それぞれ接続し、モードレジスタ３４に設定する値によ
って、トランジスタの導通状態を制御する。

モードレジスタ３４の出力３８がロジック値１のときに
トランジスタ７９が導通し、同様に、出力３９がロジッ
ク値１のときトランジスタ８０、出力４０がロジック値
１のときトランジスタ８１、出力４１がロジック値１の
ときトランジスタ８２がそれぞれ導通し、トランジスタ
７９から８２の総合電流が反転回路の電源電流となる。

従って、トランジスタ７９の電流値の１倍から１５倍ま
で導通電流を変えることができ、トランジスタ７１から
７８で構成される４個の反転回路のスイッチング速度を
１５段階で変えることができる。

ここで、モードレジスタ３４に設定する値を増やせば、
回路電流が増し、スイッチング速度が早くなり、発振周
波数が高くな歪。また、値を減少させれば、回路電流が
減少し、スイッチング速度が遅くなり、発振周波数が低
くなる。第２図に示した実施例と同様に、自走発振のパ
ルスをタイマ／カウンタにより計測して、目標の周波数
になるよう前述のようにモードレジスタの値を操作する
ことにより、第４図の発振回路でも周波数の正確度を確
保できる。

Ｃ発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、抵抗とコンデン
サを用いた発振回路の安価な回路構成と発振の起動時間
が短いといった長所を備えながら、発振周波数の正確度
を確保できる。さらに、計測に用いる水晶発振は低い周
波数で良く、低電力の水晶発振器を用いることができる
ため、総合的な消費電力を減らせられる効果がある。

【図面の簡単な説明】

詔１図は本発明の一実施例のマイクロコンビ五−夕のブ
ロック構成図、第２図はクロック発生部とタイマ／カウ
ンタ要部の回路図、第３図は自走発振回路の動作タイミ
ング・チャート、第４図は弟子実施例のクロック発生部
の回路である。 ５　・・・クロック発生部、６・・・・・・プログラム
・メモリ、７　・・・プログラム・カウンタ、８・・・
・・・データ・メモリ、９・・・・・データ・ポインタ
ー、１０・・・・・アキュムレータ、１１・・・・・・
演算回路、１２・・・・・・入出力ポート、１３・・・
・タイマ／カウンタ、１４・・・・・・データ・バス、
１５・・・・・命令デコーダ１５．２］から２３．５７
・・・・・・反転回路、２４．５１から５４・・　アン
ドゲート、２５から２８．３５゜５８　　抵抗、２９か
ら３３．γ１から８２・・・トランジスタ、３３．５９
・・・・・・分周回路、３４゜６０・・・・モードレジ
スタ、３６・・・コンデンサ、５５・・・・・オアゲー
１−１５６・・・・・・カウンタ、６１・・・・・デコ
ーダ。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ストアード・プログラム制御のシングル・チップ・マイ
   クロコンピュータにおいて、プログラムにより発振周波
   数を制御可能な自走発振手段と、水晶振動子を用いた水
   晶発振手段と、計数動作を行うカウント手段を有し、前
   記自走発振手段の発生する信号からシングル・チップ・
   マイクロコンピュータの動作クロックを発生し、前記カ
   ウント手段にて前記両発振手段の発生する信号をもとに
   水晶発振の周期における自走発振のパルス数または自走
   発振の周期における水晶発振のパルス数を計数し、その
   計数値から目標値に対する誤差を検知し、自走発振の周
   波数を制御することを特徴とするマイクロコンピュータ
   。