JPH0632580B2 - モ−タ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は外部イベントの数をカウントするカウンタ機能
と任意の間隔でタイミング情報を発生するタイマ機能及
びディジタル・アナログ変換機能を有する直流モータ
（以下、ＤＣモータという）駆動装置に関する。

（従来技術） ＤＣモータはモータに印加する電圧を制御することによ
り負荷の回転数を自由に制御することが可能なため、デ
ィスク装置を初め多くの分野で多種の装置の駆動系に用
いられている。

一方、LSI技術の進歩により、マイクロコンピュータは
中央処理装置（以下、CPUという），メモリ，汎用入出
力ポートに加え、タイマ，カウンタ，ディジタル・アナ
ログコンバータ（以下、Ｄ／Ａコンバータという）等を
同一半導体基板上に集積化することが可能となり、ＤＣ
モータ制御を１チップのマイクロコンピュータで制御で
きるようになりつつある。マイクロコンピュータを用い
たディジタル制御によれば、モータの温度変化，経年変
化，負荷変動等に対し極めて安定で調整箇所が少なく、
制御回路に汎用性を持たせることが可能なため注目され
ている。通常マイクロコンピュータでＤＣモータを制御
する場合には、モータの回転速度を検出するためにモー
タ１回転につき数百パルス程度のパルスを出力するエン
コーダが備えつけられている。速度情報はある一定時間
内のエンコーダパルス数の計測によりディジタル値とし
て得ることができる。計測された速度情報と希望する速
度に対応するディジタル値（以下、指令値という）とを
演算して、その速度偏差を導き出し、これに基づきＤ／
Ａコンバータを介してモータに印加する電圧を制御して
いる。ところでＤＣモータはその特性上、そこに流せる
電流には上限があり、印加電圧を急に変化させることは
できない。したがって加速，減速時には時々刻々と指令
値を更新して、負荷の回転数を円滑に変化させる必要が
ある。マイクロコンピュータでは内蔵されたタイマ機能
等を駆使して前記回転数を制御している。

従来のマイクロコンピュータを用いたＤＣモータ制御の
例を第１図のブロック図、第２図のフローチャートを参
照して説明する。

マイクロコンピュータ100は実行部101，プログラムメモ
リ102，データメモリ103，タイマ104，カウンタ105，D/
Aコンバータ106及び割込み制御部108より構成されてい
る。実行部101はプログラムカウンタ101-1，プログラム
ステータスワード101-2および汎用レジスタセット101-3
を有し、内部データパス107を通して転送されるプログ
ラムメモリ102の命令コードを実行する。処理データは
データメモリ103に格納されている。タイマ104はタイマ
レジスタ104-1及びタイミング出力線104-2を有し、タイ
マレジスタ104-1に設定した値に応じた間隔でタイミン
グ出力線104-2をアクティブとして、割込み制御部108及
び割込み要求線108-1を介して、実行部101に対してタイ
マ割込み要求を行う。カウンタ105はカウントレジスタ1
05-1，カウントキャプチャレジスタ105-2及びカウント
入力線105-3を有し、カウントレジスタ105-1はカウント
入力線105-3を介して入力されるエンコーダパルスをカ
ウントし、カウントキャプチャレジスタ105-2はタイミ
ング出力線104-2がアクティブになると次にタイミング
出力線104-2がアクティブとなるまでその時のカウント
レジスタ105-1の値を保持する。さらにカウントレジス
タ105-1はカウントキャプチャレジスタ105-2がカウント
レジスタ値をとらえた直後に“０”にクリヤされる。Ｄ
／Ａコンバータ106はＤ／Ａレジスタ106-1を有し、Ｄ／
Ａレジスタ106-01に設定された値に対応した電圧を作成
して、これをＤ／Ａコンバータ出力線106-2から出力す
る。次に第２図を参照してモータを停止状態から一定速
度まで加速する場合のタイマ割込みによるソフトウエア
処理手順を述べる。本ソフトウエア処理では、データメ
モリ103内に指令値パラメータ退避領域103-1と指令値テ
ーブル領域103-2とを設定し、指令値テーブル領域内の
アドレスを設定する指令値テーブルポインタ及び指令値
を更新した回数を保持する指令値更新回数情報を指令値
パラメータ退避領域103-1に格納する。又、モータの回
転速度を除々に大きくするような値がテーブル（以下、
速度プロファイルという）形式で指令値テーブル領域10
1-2に格納されており、指令値テーブルポインタにより
指令されるアドレスのデータをテーブル領域101-2から
読み出して、これを指令値として用いる。モータに印加
されている電圧が０ボルトの時、モータは停止状態にあ
る。この時、タイマ104をスタートさせると所定の時間
が経過するとタイマ割込みが発生する。第２図に示され
ているように、実行部101はタイマ割込みが発生する
と、この割込みを処理しなければならない。従って、実
行部101は現在実行中の処理を中断して、その状態を保
持しておく為にプログラムカウンタ101-1，プログラム
ステータスワード101-2，汎用レジスタセット101-3の内
容を一時的にデータメモリ103の一部に設けられている
スタッフ領域103-3に退避する。次に指令値パラメータ
退避領域103-1から指令値テーブルポインタと指令値更
新回数情報を読み出す。その後指令値テーブルポインタ
によって指定された指令値テーブル領域103-2から指令
値を読み出す。読み出された値は、タイマ割込みが発生
するまでにカウントしたエンコーダパルス数が記憶され
ているカウントキャプチャレジスタ105-2の値によって
減算され、速度偏差が求められる。結果はＤ／Ａレジス
タ106-1へ格納され、この結果に基いて速度偏差に応じ
た電圧がＤ／Ａコンバータで作成されＤＣモータに印加
される。指令値テーブルポインタと指令値更新回数情報
とは夫々新しい値に更新され、指令値パラメータ退避領
域103-1に再設定される。指令値更新回数が所定回数に
達した時、モータが所望の一定速度状態まで加速された
ことになる。この状態になると、CPUは一連の加速制御
が完了したものとしてモータ加速手順完了処理へ分岐す
る。一方、前記更新回数が所定の回数に達していない時
には、スタッフ領域に退避していた汎用レジスタセット
101-3，プログラムステータスワード101-2，プログラム
カウンタ101-1の内容を元に戻してタイマ割込みサービ
スを完了する。

以上述べた通り、従来のマイクロコンピュータによるＤ
Ｃモータ制御はタイマ割込みをソフトウエアで処理しな
ければならなかった。そのため、テーブル参照による指
令値の読み出し、および指令値とカウントキャプチャレ
ジスタ105-2の値との演算処理のほかに、CPUの割込み処
理、レジスタ内容の退避および復帰、メインルーチンへ
の復帰、さらに個々の命令の読み出し、デコード等多く
の処理が必要で、非常に長いオーバヘッドを要するとい
う欠点があった。このオーバヘッドは割込みの回数の増
加に比例してＣＰＵの処理能力を低下させ、１つのマイ
クロコンピュータで多数のモータを制御する場合には特
に大きな問題となる。

（本発明の目的） したがって本発明の目的はCPUの処理能力の低下を最小
限に抑えた新規なＤＣモータ駆動装置を提供することで
ある。

（発明の構成） 本発明のモータ駆動装置は、プログラムおよびデータを
記憶する記憶手段と、プログラム処理を実行する中央処
理装置と、前記プログラム処理中の途中状態を格納する
第１のレジスタと、割り込み処理要求に応答して前記第
１のレジスタの内容を一時退避する第２のレジスタと、
モータの回転速度を変更する処理を割り込み処理要求と
して指示する手段とを有し、前記中央処理装置は割り込
み処理要求に応答し、これが通常の割り込み処理要求の
場合は、現在実行中のプログラム処理の途中状態を前記
第１のレジスタから前記第２のレジスタに退避して変更
された割り込み処理を実行する第１のモードと、前記指
示手段より割り込み処理要求があった場合は現在実行中
のプログラム処理の途中状態を前記第１のレジスタに保
持したままモータ回転速度の変更処理を割り込み処理と
して実行し、この処理の終了後前記第１のレジスタを用
いて中断されていたプログラム処理を再開する第２のモ
ードとを選択的に実行することを特徴とする。

（発明の効果） 本発明によれば従来必要としたタイマ割込み処理による
指令値の読み出し、速度偏差演算，Ｄ／Ａレジスタへの
速度偏差データの転送といった一連のＤＣモータ駆動処
理をプログラム処理を介入せずに行なうことができる。
しかもこのＤＣモータ駆動装置を安価に提供することが
できる。とくに、従来のソフトウエア処理によるオーバ
ーヘッドをなくすことができるので、割込みによるCPU
の処理能力（割込み以外のプログラム処理効率）の低下
を最小限にすることができる。

なお、本発明では従来のCPUのハードウエア構成を壊し
ていないので、タイマからの処理要求（以下、Ｉ／Ｏ要
求という）を２種類の処理形態で処理することができ
る。すなわち、第１の処理形態はソフトウエア（プログ
ラム）によるＩ／Ｏ要求の処理で、第２の処理形態（以
下、マクロサービスという）はＩ／Ｏ要求の発生に同期
して自動的に速度偏差データを作成しＤ／Ａコンバータ
に転送する処理である。これら２つの処理形態を併用す
ることによって、高いパフォーマンスを得ることができ
る。

とくに後者の第２の処理形態、すなわちマクロ・サービ
スでは、タイマからのＩ／Ｏ要求が発生するとCPUは実
行中のプログラム処理を停止し、その時のプログラムカ
ウンタ，プログラムステータスワード，汎用レジスタセ
ット等の種々の（内容）状態（以下、ステータスとい
う）及びデータをスタック領域に退避することなく、そ
のままその位置に保持したまま、Ｄ／Ａ変換すべきデー
タを作成することができる。すなわち、通常のプログラ
ム実行時に用いる命令実行制御のハードウエアを有効に
活用でき、マクロ・サービス用の特殊なハードウエアを
別に付加する必要はない。CPUはマクロ・サービスを終
了すると、従来のようなオーバーヘッドなしに中断して
いたプログラムの実行を即座に再開することができる。
したがってソフトウエアからはプログラムの中断が見え
ず、プログラム処理中に自動的にマクロ・サービス処理
が挿入されたような形となる。マクロ・サービスはソス
トウエア処理を伴うタイマ割込みの発生頻度を極力少な
くすることが可能でCPUのプログラム実行効率を向上す
ることができる。尚、一連の加速処理や減速処理が終了
すると、従来と同じ割込みを発生させてCPUに処理終了
を伝える。

（実施例） 第３図にマクロ・サービス機能を実現する本発明の一実
施例を示し、以下にこれを詳細に説明する。タイマ203
はタイマレジスタ203-1を有し、Ｉ／Ｏ要求制御部202-2
にタイマ１／Ｏ要求信号203-2を出力する。変換データ
処理制御部202はＩ／Ｏ要求制御部202-2，Ｉ／Ｏ処理実
行要求線202-3，Ｉ／Ｏ処理実行形態指定線202-4及びCP
U200の動作を制御するＩ／Ｏ要求受付け部202-1を有す
る。CPU200は、次に実行するプログラムのアドレスを指
すプログラムカウンタ200-1、算術論理演算機能を持つ
算術論理演算ユニット（以下、ALUという）200-4、CPU
全体の動作状態を示すプログラム・ステータスワード20
0-2、処理中のデータを保持する汎用レジスタセット200
-3、次に実行すべき命令を保持する命令レジスタ200-
5、命令レジスタ200-5の内容を解読し、各種制御信号を
発生する命令デコーダ200-6、命令デコーダ200-6の出力
によりCPU全体の動作を制御する実行制御部200-7を含
む。データ・モメリ206の一部にマクロ・サービスに必
要なマクロ・サービスレジスタ群207を設定する。マイ
クロサービスレジスタ群207はデータメモリ206内にあら
かじめ設定してある指令値テーブル領域206-1のアドレ
スを指定するメモリポインタ（以下、ＭＰという）207-
1、Ｄ／Ａレジスタ205-1のアドレスを指定するポインタ
（以下、SFRPという）207-2、マクロ・サービスによる
Ｄ／Ａレジスタへのデータ転送回数を保持するターミナ
ル・カウンタ（以下、ＴＣという）207-3により構成さ
れている。カウンタ204はカウントレジスタ204-1とカウ
ントキャプチャレジスタ204-2とを有し、カウントレジ
スタ204-1はカウント入力ライン204-3に入力されるエン
コーダパルスをカウントし、タイマＩ／Ｏ要求信号203-
2に応答してカウントキャプチャレジスタ204-2へカウン
トレジスタ値を転送し、その直後にクリヤされる。Ｄ／
Ａコンバータ205はＤ／Ａレジスタ205-1を有し、Ｄ／Ａ
レジスタ205-1に設定された値に対応する電圧をＤ／Ａ
コンバータ出力ライン205-2から出力する。この出力は
アナログ信号としてＤＣモータに印加される。

第３図を用いて以下に第１の処理形態と第２の処理形態
（マクロ・サービス）の動作について述べる。タイマ20
3からタイマレジスタ203-1に設定された値に対応した時
間が経過するとタイマ１／Ｏ要求信号203-2がアクティ
ブとなる。Ｉ／Ｏ要求制御部202-2はタイマ要求信号203
-2がアクティブとなったことを認識すると、Ｉ／Ｏ要求
受付け部202-1に対してＩ／Ｏ処理実行要求線202-3とＩ
／Ｏ処理実行形態指定線202-4をドライブする。Ｉ／Ｏ
要求受付け部202-1はＩ／Ｏ処理実行要求線202-3がアク
ティブであることを検出すると、同時にＩ／Ｏ処理実行
形態指定線202-4のレベルをサンプリングする。もしこ
れが仮にロウレベルであれば、Ｉ／Ｏ要求受付け部202-
1はこのＩ／Ｏ要求が割込み処理要求であると認識し、
命令レジスタ200-5に割込み処理コードを設定する。実
行制御部200-7はプログラムカウンタ200-1のアドレス更
新を禁止してプログラムカウンタ200-1，プログラムス
テータスワード200-2の値をデータメモリ206に退避す
る。次にＩ／Ｏ要求制御部200-2は内部バス208内にタイ
マ割込みプログラムの分岐アドレスを出力し、実行制御
部200-7がこの割込み分岐アドレスをプログラムカウン
タ200-1に設定することによりタイマ割込みプログラム
を起動する。この割込みサービスプログラムが終了する
とデータメモリ206に退避していたデータをプログラム
ステータスワード200-2，プログラムカウンター200-1に
復帰し、中断していたプログラム処理を再開する。以上
が第１の処理形態である。

一方、Ｉ／Ｏ処理実行要求線202-3がアクティブとなっ
たときにＩ／Ｏ処理実行形態指定線202-4がハイレベル
であれば、Ｉ／Ｏ要求受付け部202-1は、このＩ／Ｏ要
求がマクロ・サービス要求であることを認識し、命令レ
ジスタ200-5にマクロ・サービスのコードを設定する。
実行制御部200-7はプログラムカウンタ200-1，プログラ
ムステータスワード200-2，汎用レジスタセット200-3等
のステータスを保持したまま以下に示す処理を開始す
る。まずＩ／Ｏ要求制御部202-2はマクロサービスレジ
スタ群207のアドレスを出力し、実行制御部200-7がこの
アドレスを読み込み、レジスタ群を選択する。次に実行
制御部200-7はＭＰ207-1により指されるアドレスのデー
タ、すなわちその時の指令値を指令値テーブル領域206-
1から読み出し、ALU200-4を用いてカウントキャプチャ
レジスタ204-2との減算を行なう。この結果はSFRP207-2
で示されるアドレス、すなわちＤ／Ａレジスタ205-1に
転送される。その後、ALU200-4を用いてＭＰ207-1の値
を１加算して、再びＭＰ207-1へ格納する。一方、ＴＣ2
07-3の値を１減算して再びＴＣ207-3へ格納する。

以上、一連の処理でタイマからのＩ／Ｏ要求に基づくＤ
／Ａレジスタ更新によって、モータに印加する電圧はＭ
Ｐ207-1により参照した指令値にモータの回転速度が追
従するような電圧に自動的に変化する。ＴＣ207-3が減
算により０になったときには、一連の加速処理や減速処
置を完了したものとみなし、Ｉ／Ｏ要求制御部202-2は
Ｉ／Ｏ処理実行要求線202-3を再びアクティブとする。
さらにＩ／Ｏ処理実行形態指定線202-4をロウレベルに
して、タイマ割込みを強制的に発生させて、ソフトウエ
アに対して一連のマクロサービス終了を通知する。

（実施例の効果） 以上述べてたように本実施例ではソフトウエア処理を必
要とする割込みの発生を低減し、プログラムカウンタ、
プログラム・ステータスワード、汎用レジスタの退避復
帰処理、割込み処理プログラムへの分岐処理、命令読み
出し、デコード等に費していた時間を大幅に削減するこ
とができる。この結果、CPUの処理能力低下を極力抑え
ることができる。又指令値を更新しないでよい。例えば
定速回転の場合にはＭＰ207-1を加算しないで常に同一
のテーブルから指令値を取る構成とすることによって容
易にこれを制御することが可能である。

上記のように本発明に基づくＤＣモータ駆動装置は画期
的なＤ／Ａ変換データ処理制御手段を有し、その実用性
は極めて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマイクロコンピュータのブロック図、第
２図は従来の割込み処理によるソフトウエア処理手順、
第３図は本発明の一実施例のブロック図を示す。100…
…マイクロコンピュータ、101……実行部、102……プロ
グラムメモリ、103……データメモリ、104……タイマ、
105……カウンタ、106……Ｄ／Ａコンバータ、107……
内部データバス、108……割込み制御部、200……CPU、2
01……プログラムメモリ、202……変換データ処理制御
部、203……タイマ、204……カウンタ、205……Ｄ／Ａ
コンバータ、206……データメモリ、207……マクロサー
ビスレジスタ群、208……内部データバス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プログラムおよびデータを記憶する記憶手
   段と、プログラム処理を実行する中央処理装置と、前記
   プログラム処理中の途中状態を格納する第１のレジスタ
   と、割り込み処理要求に応答して前記第１のレジスタの
   内容を一時退避する第２のレジスタと、モータの回転速
   度を変更する処理を割り込み処理要求として指示する手
   段とを有し、前記中央処理装置は割り込み処理要求に応
   答し、これが通常の割り込み処理要求の場合は、現在実
   行中のプログラム処理の途中状態を前記第１のレジスタ
   から前記第２のレジスタに退避して要求された割り込み
   処理を実行する第１のモードと、前記指示手段より割り
   込み処理要求があった場合は現在実行中のプログラム処
   理の途中状態を前記第１のレジスタに保持したままモー
   タ回転速度の変更処理を割り込み処理として実行し、こ
   の処理の終了後前記第１のレジスタを用いて中断されて
   いたプログラム処理を再開する第２のモードとを選択的
   に実行することを特徴とするモータ駆動装置。