JPH0668525B2 - 周波数測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ．産業上の利用分野 この発明は、パルス信号の周波数を測定する装置に関す
る。

Ｂ．従来の技術 従来の周波数測定装置としては特許パルス回路技術事典
（昭和55年５月20日第１版第１刷オーム社発行著者鈴木
康夫、樋口武尚P520）に記載されているようなものがあ
る。この従来例を第６図および第７図に基づいて説明す
る。

カウンタ２は、タイミングコントローラ１により規定さ
れた所定のカウント時間Ｔ内に入力されるパルス数をカ
ウントする。ここで所定のカウント時間Ｔは、周波数測
定精度に必要な時間に設定される。そのカウント結果は
タイミングコントローラ１からのラッチ信号のタイミン
グで出力レジスタ３にラッチされて出力されるととも
に、タイミングコントローラ１からのリセット信号によ
りカウンタ２がリセットされる。すなわち、第７図に示
すとおり、所定のカウント時間、例えばＴｎでカウント
されたパルスのカウント結果Ｃｎは、カウンタ２が次の
カウントを行っている間、すなわち、時間Tn+1に出力レ
ジスタ３から出力される。このように従来の周波数測定
装置においては、出力レジスタ３の出力が、カウント時
間Ｔ（＝Tn＝Tn+1＝Tn+2…）ごとに更新され、出力レジ
スタ３の内容を更新する間隔、すなわち出力リフレッシ
ュ間隔は測定精度に必要なカウント時間Ｔと等しくなっ
ている。

Ｃ．発明が解決しようとする問題点 そのため、例えばこの従来の周波数測定装置をアナログ
式車速表示装置に用いる場合、車速センサからのパルス
をカウンタ２でカウントし、スピードメータの針を出力
レジスタ３の出力に応じて振らせるが、出力リフレッシ
ュ間隔が長いと、針の指示位置を変える周期が長くなる
為、急激に車速が変化すると出力レジスタ３の出力が車
速変化に追従できず、針の指示値が飛び飛びとなって動
きがなめらかでなくなる。

この点について以下詳述する。

ここで、スピードメータの表示最高速度を180km/h、そ
の時の針の振れ角を270度、要求される分解能を0.3度と
する。この場合、フルスケールを270/0.3＝900分割して
表す必要がある。また、デジタル式車速センサから出力
されるパルス数が最高速度180km/hで約500Hzとする。

以上のような仕様の車速表示装置においては、180km/h
時に900個のパルスを計数するのに 900×1/500＝1.8秒 かかり、この時間をカウント時間Ｔとすると、従来方式
ではこの1.8秒が出力レジスタ３の出力リフレッシュ間
隔とならざるを得ない。従って、スピードメータの針の
指示値は1.8秒周期で変化するため針の動きが非常にぎ
くしゃくしたものとなる。

尚、車速センサからのパルスのデューティ比がほぼ50％
であることからエッヂ検出によりその周波数を1000Hzに
できるが、この場合でもカウント時間Ｔ、すなちリフレ
ッシュ間隔が0.9秒であり、未だ不十分である。

一般に針の動きがなめらかであると体感するのは0.1秒
程度の周期で針の指示値を変えればよいが、出力リフレ
ッシュ間隔を単に短くすると、同様にカウント時間Ｔも
短くなり、カウント時間Ｔ内でカウントするパルスの個
数が少なくなり分解能が低下する。例えば上記の例で
は、カウント時間Ｔそのものを0.1秒に設定するとその
時間内にカウントできるパルス数が、180km/h時では上
記900個から50個に減ってしまい分解能が270/50＝5.4度
(180/50＝3.6km/h)と極端に悪化するので好ましくな
い。

また、いわゆるスタガリング方式と呼ばれ測定方式もあ
るが次のような問題がある。第８図を参照して説明す
る。

この方式においては、分解能から要求される周波数測定
時間をＴ、出力リフレッシュ間隔をＴ／Ｎとすれば、並
列のＮ個のカウンタが必要となる。すなわち、出力リフ
レッシュ間隔と同じ時間隔Ｔ／Ｎでカウントされるカウ
ント値をＤｊ（ｊ＝１〜Ｍ）、ある時点の出力レジスタ
からの出力データをＣｉ（ｉ＝１〜Ｍ）で表わすと、 となり、この出力データＣｉが出力リフレッシュ間隔Ｔ
／Ｎ毎に出力される。換言すると、第８図に示すとおり
（Ｎ＋１）回前のカウント値を順次に切り捨て最新カウ
ント値を加算する。

この方式によれば所望の出力リフレッシュ間隔Ｔ／Ｎ毎
に出力データＣｉをリフレッシュできるが、一般にＮ＝
９程度となりカウンタが多くなり、かつ、カウンタ出力
を選択するマルチプレクサも必要となり、回路構成が大
型化してしまうという問題があった。

本発明は、簡易な回路構成で従来のスタガリング方式と
同等の性能を有する周波数測定装置を提供することを目
的とする。

Ｄ．問題点を解決するための手段 本発明は、第１図に示すように、それぞれ被測定パルス
を計数するｍ個の計数手段１００であって、互いにＴ／
Ｎ（Ｎは１よりも大きな自然数でＮ＞ｍ）時間だけずれ
て時間ｍ×Ｔ／Ｎの間の計数値Ｄｉ（ｉ＝１，２，・
・）を順次出力するｍ個の計数手段１００と、これらｍ
個の計数手段１００から出力される計数値Ｄｉに基づい
て周波数測定時間Ｔの間の被測定パルスの計数値Ｃを演
算する演算制御手段２００であって、いずれかの計数手
段（１００−１，・・，１００−ｍ）から計数値Ｄｉが
出力される度にそれまでの計数値Ｃを（Ｃ−Ｃ×ｍ／α
＋Ｄｉ）（αはＮに略等しい１よりも大きな自然数）に
更新する演算制御手段２００とを具備して構成される。

Ｅ．作用 ｍ個の計数手段（１００−１，・・，１００−ｍ）はそ
れぞれ、互いにＴ／Ｎ時間だけずれてｍ×Ｔ／Ｎ時間の
間の被測定パルスを計数し、計数値Ｄｉを順次出力す
る。演算制御手段２００は、いずれかの計数手段（１０
０−１，・・，１００−ｍ）から計数値Ｄｉが出力され
る度に、周波数測定時間Ｔの間の被測定パルスの計数値
Ｃを（Ｃ−Ｃ×ｍ／α＋Ｄｉ）に更新する。つまり、周
波数測定時間Ｔの間の被測定パルスの計数値Ｃから、ｍ
×Ｔ／Ｎ時間分の計数値を切り捨てられ（Ｃ−Ｃ×ｍ／
α）、切り捨てられた分を補うためにいずれかの計数手
段１００で計数された最新のｍ×Ｔ／Ｎの間の計数値Ｄ
ｉが加えられる（Ｃ−Ｃ×ｍ／α＋Ｄｉ）。これによ
り、周波数測定時間Ｔの間の計数値Ｃ、すなわち周波数
測定結果の出力データは、周波数測定時間Ｔの間にＮ回
リフレッシュされる。

第２図により、αをＮ、ｍを２とした場合の周波数測定
動作を説明する。図において、出力データC₁,C₂,・・，
C_n,C_n+1は、演算制御手段２００でＴ／Ｎ時間毎に更新
される周波数測定時間Ｔの間の計数値Ｃである。計数手
段１００−１と１００−２は、それぞれＴ／Ｎ時間だけ
ずれて時間２×Ｔ／Ｎの間の被測定パルスを計数して計
数値Ｄｉを出力する。例えば、時点t₁で計数手段１００
−１がt_-1（不図示）からt₁までの時間２×Ｔ／Ｎの間
の計数値(D₀+D₁)を出力し、Ｔ／Ｎ時間後の時点t₂で計
数手段１００−２がt₀からt₂までの時間２×Ｔ／Ｎの間
の計数値(D₁+D₂)を出力し、さらに、Ｔ／Ｎ時間後の時
点t₃でふたたび計数手段１００−１がt₁からt₃までの時
間２×Ｔ／Ｎの間の計数値(D₂+D₃)を出力する。以後、
計数手段１００−１と１００−２は、Ｔ／Ｎ時間毎に交
互に２×Ｔ／Ｎ時間の間の計数値Ｄｉを出力する。

一方、演算制御手段２００は、２個の計数手段１００−
１と１００−２のいずれかから計数値Ｄｉが出力される
度に、周波数測定時間Ｔの間の被測定パルスの計数値Ｃ
を（Ｃ−Ｃ×２／Ｎ＋Ｄｉ）に更新する。時点t₁の直前
の演算制御手段２００の計数値ＣをC₁とすると、時点t₁
において計数値C₁は、計数手段１００−１の計数値Ｄｉ
（＝D₀+D₁）により、 （C₁−２C₁／Ｎ＋D₀+D₁）＝C₂ に更新され、時点t₂において計数値C₂は、計数手段１０
０−２の計数値Ｄｉ（＝D₁+D₂）により、 （C₂−２C₂／Ｎ＋D₁+D₂）＝C₃ に更新され、さらに時点t₃において計数値C₃は、計数手
段１００−１の計数値Ｄｉ（＝D₂+D₃）により、 （C₃−２C₃／Ｎ＋D₂+D₃）＝C₄ に更新される。そして、時点t_nでは、計数値C_nが計数手
段１００−１または計数手段１００−２の計数値Ｄｉ
（＝D_n-1+D_n）により、 （C_n−２C_n／Ｎ＋D_n-1+D_n）＝C_n+1 に更新される。このように、周波数測定時間Ｔの間の計
数値ＣがＴ／Ｎ時間毎に更新される。すなわち、周波数
測定結果の出力データは測定時間Ｔの間にＮ回リフレッ
シュされる。

Ｆ．実施例 第３図は本発明の一実施例を示す。ここで、要求される
分解能を得るに必要な周波数測定時間をＴ、出力データ
のリフレッシュ間隔をＴ／Ｎとして以下の説明を行な
う。

ここに示す周波数測定装置は、時間２×Ｔ／Ｎ毎にリセ
ット，再起動されるアップダウンカウンタ11,110を有
し、アップダウンカウンタ11,110は切換スイッチ12,120
のアップ端子を介して入力する被測定パルスによりそれ
ぞれアップカウントし、ダウン端子を介して入力するパ
ルスによりダウンカウントする。このアップカウント，
ダウンカウントは後述するタイミング信号Ｓ_１，S₁₀に
応じて行なわれ、タイミング信号Ｓ_１に応答して切換ス
イッチ12がダウン端子入力を通過させアップダウンカウ
ンタ11がダウンカウントし、その後アップダウンカウン
タ11がリセットされて再起動される。また、同様に、タ
イミング信号S₁₀に応答して切換スイッチ120がダウン端
子入力を通過させアップダウンカウンタ110がダウンカ
ウントし、その後アップダウンカウンタ110がリセット
されて再起動される。各アップダウンカウンタは時間Ｎ
／Ｔだけずれてリセット，再起動される。

それらのカウンタ出力は、出力リフレッシュ間隔ΔＴで
リフレッシュされるデータカウンタ13に供給される。デ
ータカウンタ13は、コントロールクロックＣｃの立ち下
がりに応答してアップダウンカウンタ11または110から
のカウント値だけカウントアップまたはカウントダウン
する。すなわち、アップダウンカウンタ11または110の
カウント値が正ならばカウントアップし、負ならばカウ
ントダウンする。データカウンタ13の出力が出力データ
として後続の機器に供給される。

また、データカウンタ13の出力はプリセットカウンタ14
に供給され、時間Ｔ／Ｎ毎にデータカウンタ13の計数値
（出力データ）Ｃｉはプリセットされる。

プリセットカウンタ14はコントロールクロックＣｃが入
力されるとそのプリセット値を分周回路15に出力する。
分周回路15は入力されたプリセット値を２／Ｎ分周して
切換スイッチ12,120のダウン端子に出力する。タイミン
グ信号Ｓ_１，S₁₀に応答しコントロールクロックＣｃが
生起している間だけ切換スイッチ12,120はダウン端子の
入力を通過させるから、アップダウンカウンタ11,110は
その間に分周回路15から送られてくるパルスに従ってダ
ウンカウントする。タイミング信号Ｓ_１，S₁₀およびコ
ントロールクロックＣｃはタイミングコントローラ16に
よって制御される。

以上の構成において、アップダウンカウンタ11,110が計
数手段100を、プリセットカウンタ14，分周回路15、切
換スイッチ12,120、アップダウンカウンタ11,110、デー
タカウンタ13が演算制御手段200を構成する。

このように構成された周波数測定装置の動作について第
４図を参照して説明する。

時点ｔ_１でのデータカウンタ13の格納データをC₁、時点
t-₁〜時点t₁にアップダウンカウンタ11で計数されたパ
ルス数をD₀+D₁とする。ここで、Ｄ_０は時点t-₁〜t₀間の
計数値、Ｄ_１は時点t₀〜t₁間の計数値である。

時点t₁でタイミングコントローラ16から出力されるタイ
ミング信号S₁によりデータカウンタ13のデータC₁がプリ
セットカウンタ14にプリセットされる。時点t₁〜t₁₁ま
での間はコントロールクロックＣｃが生起しているの
で、プリセット値を分周回路15で分周したデータ２C₁／
Ｎが切換スイッチ12のダウン端子に入力される。切換ス
イッチ12はコントロールクロックＣｃが生起されている
間だけダウン端子の入力パルスを通過させるから、アッ
プダウンカウンタ11は時点t₁〜t₁₁において、計数値(D₀
+D₁)から分周データ２C₁／Ｎだけダウンカウントし、時
点t₁₁においてその計数値がD₀+D₁−２C₁／Ｎとなる。

時点t₁₁でコントロールクロックＣｃが立ち下がった後
の時点t₁₂までにアップダウンカウンタ11はリセットさ
れ、その後、切換スイッチ12のアップ端子に入力されて
いる被測定パルス信号によりアップダウンカウンタ11が
アップカウントを開始する。また、時点t₁₁から時点t₁₂
の間にデータカウンタ13のデータC₁に、時点t₁₁におけ
るアップダウンカウンタ11の計数値が加算され、時点t
₁₂でのデータカウンタ13の内容は C₁＋（D₀＋D₁−２C₁／Ｎ）＝C₂ となる。

つぎに、時点t₂でのデータカウンタ13の格納データを
C₂、時点t₀〜時点t₂までにアップダウンカウンタ110で
計数されたパルス数をD₁₀＋D₂₀とする（t₀〜t₀₂までの
時間は２Ｔ／Ｎに対して十分短いため、被測定パルス、
例えば車速を示すパルスの計数はほぼ２Ｔ／Ｎで行なわ
れると考えてよい）。ここで、D₁₀は時点t₀〜t₁間の計
数値、D₂₀は時点t₁〜t₂間の計数値である。

時点ｔ_２でタイミングコントローラ16から出力されるタ
イミング信号S₁₀によりデータカウンタ13のデータC₂が
プリセッットカウンタ14にプリセットされる。時点t₂〜
t₂₁までの間はコントロールクロクＣｃが生起している
ので、プリセット値を分周回路15で分周したデータ２C₂
／Ｎが切換スイッチ120のダウン端子に入力される。切
換スイッチ120はコントロールクロックＣｃが生起され
ている間だけダウン端子の入力パルスを通過させるか
ら、アップダウンカウンタ110は時点t₂〜t₂₁において、
計数値（D₁₀＋D₂₀）から分周データ２C₂／Ｎだけダウン
カウントし、時点t₂₁においてはその計数値がD₁₀＋D₂₀
−２C₂／Ｎとなる。

時点t₂₁でコントロールクロックＣｃが立ち下がった後
の時点t₂₂までにアップダウンカウンタ110はリセットさ
れ、その後切換スイッチ120のアップ端子に入力されて
いる被測定パルス信号によりアップダウンカウンタ110
がアップカウントを開始する。また、時点t₂₁から時点t
₂₂の間にデータカウンタ13のデータC₂に、時点t₂₁にお
けるアップダウンカウンタ110の計数値が加算され、時
点t₂₂でのデータカウンタ13の内容はC₂＋（D₁₀＋D₂₀−
２C₂／Ｎ）となる。なお、時点t₂₁のアップダウンカウ
ンタ110の計数値（D₁₀＋D₂₀−２C₂／Ｎ）は第４図に示
すとおり負であり、時点t₂₂のデータカウンタ13の内容
は時点t₂よりも減少している。

このような動作を繰り返し、周波数測定時間Ｔ内でデー
タカウンタ13はＮ回リフレッシュされ、また、アップダ
ウンカウンタ11,110は時間２Ｔ／Ｎ毎にリセットされ、
零から計数を開始する。そして、データカウンタ13の出
力は被測定パルスの周波数測定時間Ｔ内の個数を示して
いるから、入力パルスの周波数と比例した値を示す。

第５図は、本実施例における周波数測定装置の応答性を
示すグラフであり、時速40km/hから0.7Ｇの急減速が起
き停止した場合を示している。

実線Ａが実車速を、破線Ｂが従来のスタガリング方式で
周波数を測定した場合、一点鎖線Ｃが本実施例では周波
数を測定した場合を示し、周波数測定時間Ｔを0.7秒、
Ｎを16としたものである。実車速は1.62秒後に０km/h、
すなわち停止し、従来のスタガリング方式も本実施例
も、実車速に対してＴ／２、つまり0.35秒遅れる。従っ
て、車が停止した状態で本実施例では約９km/hを表示す
ることになるが、スピードメータは通常10km/h程度の針
上げを行っており、車が停止した場合、本実施例でもス
ピードメータは０km/hを示し、応答性に何ら問題はな
い。

以上の実施例では、２つのアップダウンカウンタ11,110
を用いリフレッシュ間隔Ｔ／Ｎ毎にデータカウンタ13の
データＣに対してＣ−２Ｃ／Ｎ＋Ｄｎ-₁＋Ｄｎの演算を
施したが、ｍ個のアップダウンカウンタを用い、 Ｃ−Ｃ×ｍ／α＋Ｄｉ ただし、αは周波数測定時間Ｔ内のリフレッシュ回数に
略等しい演算定数、Ｄｉは時間ｍ×Ｔ／Ｎの間のアップ
ダウンカウンタの計数値 の演算を施してもよい。なおこの場合、分周回路15がプ
リセット値をｍ／α分周するようにすればよい。

以上の実施例以外、本発明は種々の回路で構成できる。

Ｇ．発明の効果 本発明によれば、要求される測定精度を維持するために
必要な周波数測定時間Ｔに対して出力データを更新する
ための時間間隔Ｔ／Ｎ（Ｎは１よりも大きな自然数でＮ
＞ｍ）を設定し、ｍ個の計数手段により互いにＴ／Ｎ時
間だけずれて時間ｍ×Ｔ／Ｎの間の被測定パルスの計数
値Ｄｉ（ｉ＝１，２，・・）を測定し、いずれかの計数
手段から計数値Ｄｉが出力される度に、周波数測定時間
Ｔの間の被測定パルスの計数値Ｃを（Ｃ−Ｃ×ｍ／α＋
Ｄｉ）（αはＮに略等しい１よりも大きな自然数）に更
新するようにしたので、多数のカウンタやマルチプレク
サ等を用いることなく、いわゆるスタガリング方式と同
等の応答性で周波数測定が可能となり、また、周波数測
定時間Ｔにかかわらず測定結果を任意の十分短い時間間
隔で更新でき、これにより、分解能を低下することなく
制御対象を従来よりも細かい間隔で精度よく制御でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図である。 第２図はその作用を説明する図である。 第３図は本発明の実施例を示すブロック図である。 第４図はその動作タイミングを示す図である。 第５図は、実施例の応答性と従来のスタガリング方式の
応答性を比較するグラフである。 第６図は、従来の周波数測定装置を示すブロック図であ
る。 第７図は、従来の周波数測定装置の動作タイミングを示
す図である。 第８図は、従来のスタガリング方式を説明する図であ
る。 100：計数手段、200：演算制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周波数測定時間Ｔ内に発生する被測定パル
   スの周波数を測定する装置において、 それぞれ被測定パルスを計数するｍ個の計数手段であっ
   て、互いにＴ／Ｎ（Ｎは１よりも大きな自然数でＮ＞
   ｍ）時間だけずれて時間ｍ×Ｔ／Ｎの間の計数値Ｄｉ
   （ｉ＝１，２，・・）を順次出力するｍ個の計数手段
   と、 これらｍ個の計数手段から出力される計数値Ｄｉに基づ
   いて周波数測定時間Ｔの間の被測定パルスの計数値Ｃを
   演算する演算制御手段であって、いずれかの前記計数手
   段から計数値Ｄｉが出力される度にそれまでの計数値Ｃ
   を（Ｃ−Ｃ×ｍ／α＋Ｄｉ）（αはＮに略等しい１より
   も大きな自然数）に更新する演算制御手段と、を具備し
   たことを特徴とする周波数測定装置。