JPH1049251A - マイクロコントローラ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＲＣ発振器と水晶発振器を内蔵したマイクロコ
ントローラに於いて、ＲＣ発振器が発生するクロックで
動作するタイマーの、測定精度を向上させる。 【解決手段】ＲＣ発振器のクロックに同期した割込を発
生させる回路と、ＲＣ発振器のクロックと水晶発振器の
クロックのどちらか一方を選択し、タイマー及び、マイ
クロコントローラのシステムクロックとしてクロック供
給するマイクロコントローラにおいて、ＲＣ発振器の１
クロック分の周期を、水晶発振器のクロック動作時のタ
イマーで予め計測しておき、ＲＣ発振器のクロック動作
時のタイマーの精度を、ソフトウェアで補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロコントロー
ラに関し、特に２つ以上の基本クロックを生成する発振
器と、タイマーを有するマイクロコントローラに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】マイクロコントローラの基本クロックを
生成する発振器として、水晶発振器とＲＣ発振器（Ｒは
抵抗，Ｃは容量）を比較すると、水晶発振器の方が発振
特性の精度に関しては優れている。しかしコストに関し
ては、水晶発振器は高価な水晶振動子を必要とし、かつ
水晶振動子はマイクロコントローラに内蔵出来ないた
め、抵抗も容量も安価でかつ共にマイクロコントローラ
に内蔵可能なＲＣ発振器の方が安価である。そこで図７
に示すようにマイクロコントローラ１０１に２つの発振
器を内蔵し、高い精度を必要とする時は水晶発振器を用
い、高い精度を必要としない低速動作時のタイマー動作
にはＲＣ発振器を用いるという場合がある。（因みに、
低速動作にする理由は消費電力が少ないというメリット
のためである）。

【０００３】次に図７に記載の従来のマイクロコントロ
ーラ１０１の構成について説明する。ＣＰＵ１１はＲＯ
Ｍ１２に格納された命令コード（プログラム）を実行す
るものであり、タイマー１０は、基本クロック選択器６
によって選択されたシステムクロック７を入力し、その
基本クロック３のクロック数をカウントするものであ
る。

【０００４】以下に従来例のマイクロコントローラ１０
１で外部端子に６０ｍｓｅｃのハイレベルパルス信号を
出力する場合の例を説明する。尚、以下に記す制御方法
はプログラムをＲＯＭ１２に格納しておきＣＰＵに実行
させるものであり、又タイマー１０のシステムクロック
周波数１ＫＨｚ、周期は１ｍｓｅｃであるとする。

【０００５】先ず、タイマー１０の値をクリアさせる。
次に一度外部端子にロウレベルを出力させた後ハイレベ
ルを出力させる。その後タイマー１０の値が６０ｍｓｅ
ｃに相当する値になるまでタイマーの値を確認する動作
を繰り返す。ここではタイマー１０のシステムクロック
の周期が１ｍｓｅｃなので、タイマーの値が６０になる
まで上記動作を繰り返すことになる（図５のタイミング
チャート１７，１８参照）。

【０００６】タイマーの値が所望の値６０になったら、
ＣＰＵは外部端子にロウレベルを出力させ、外部端子に
６０ｍｓｅｃのパルス信号を出力させるという所望の動
作が完了する。この例で分かるようにタイマーとは、入
力されたクロックをカウントすることにより時間を計測
するものである。ところで、タイマーのクロックがＲＣ
発振器によって生成されている場合、ＲとＣの値はその
製造条件、又は動作電圧や動作周囲温度によって変化す
るので、発振周波数も条件により変動しタイマー精度が
劣化する事となる。図５のタイミングチャート１９は、
ＲＣ発振器の周波数が、抵抗か又は容量の値の変化によ
り所望の発振周期１．０ｍｓｅｃから１．２ｍｓｅｃに
延びた例である。

【０００７】この例のタイマーを用いると計測した時間
が所望の６０ｍｓｅｃから７２ｍｓｅｃに変化してしま
う。例えば、所望の６０ｍｓｅｃのパルス信号幅が、７
２ｍｓｅｃになってしまう事になる。（図５のタイミン
グチャート２０参照。タイマーの値６０×１ｍｓｅｃ＝
６０ｍｓｅｃが、６０×１．２ｍｓｅｃ＝７２ｍｓｅｃ
に変化している）。

【０００８】しかし、ＲＣ発振器を用いたタイマーで
も、出来る限り精度を高める方法として、例えば、特開
平７−１５２３７号公報に記載のＲＣ発振器の抵抗値や
容量値を変更する可変素子回路を内蔵したマイクロコン
トローラが開示されている。

【０００９】又、特開平４−２５０７１５号公報記載の
マイクロコントローラは、外部のＲＣ発振器の１周期の
時間を測定しておき、マイクロコントローラがスリープ
状態時にのみ、外部のＲＣ発振器からの信号でタイマー
の時間を加算する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
マイクロコントローラは、ＲＣ発振器の抵抗と容量の値
が、その製造条件又は動作電圧や周囲温度によって変化
し、それにより基本クロックの周波数も変動するため、
タイマーのクロックをＲＣ発振器によって生成すると、
条件により、タイマー精度が劣化する問題点がある。

【００１１】さらに、第２の問題点は、ＲＣ発振器の周
波数の変動を抑えるためには、大規模な追加回路を必要
とする点である。

【００１２】その理由は、ＲＣ発振器の周波数の変動を
抑えるためには、特開平７−１５２３７号公報記載の例
の様に可変抵抗素子か又は可変容量素子を必要とする
が、一般的にＭＯＳタイプの半導体でこれらの素子を構
成すると、ＭＯＳトランジスタに比較し、素子サイズが
数倍大きくなるためである。

【００１３】第３の問題点は、特開平４−２５０７１５
号記載の様にマイクロコントローラの外部のＲＣ発振器
からの信号でタイマーの時間を加算すると、外部のＲＣ
発振器でタイマーの時間を加算中は、タイマー以外の機
能が使用できない点である。

【００１４】その理由は、外部ＲＣ発振器でタイマーの
時間を加算中は、マイクロコントローラはスリープ状態
であり、マイクロコントローラ内部の基本クロックは停
止しているためである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロコント
ローラは、複数の基本クロックを生成する発振器とタイ
マを具備するマイクロコントローラに於いて、第１の基
本クロックを生成する第１の発振器と、前記第１の基本
クロックよりも低い周波数の第２の基本クロックを生成
する第２の発振器と、前記第１の基本クロックと前記第
２の基本クロックを入力とし、前記第１の基本クロック
および前記第２の基本クロックのどちらか一方を選択し
て前記マイクロコントローラのシステムクロックとして
出力する基本クロック選択器と、前記第２の基本クロッ
クを入力とし前記第２の基本クロックに同期し割込要求
信号を出力する割込要求レジスタと、前記基本クロック
選択器により出力された前記システムクロックを入力と
するタイマーとを有する構成である。

【００１６】また、本発明のマイクロコントローラの前
記第２の基本クロックを入力とし前記第２の基本クロッ
クを分周し第３の基本クロックとして出力する分周器
と、前記第３の基本クロックを前記割込要求レジスタの
入力とする構成とすることもできる。

【００１７】さらに、本発明の他のマイクロコントロー
ラの制御方法は、基本クロック選択器を第１の基本クロ
ック選択に設定する第１の手順と、前記第１の手順の後
に割込要求レジスタをクリアする第２の手順の後に前記
割込要求レジスタが割込要求信号を出力するまで前記割
込要求レジスタを確認し続ける第１の判断手順と、前記
第１の判断手順で前記割込要求信号が出力していること
を判断した後に前記割込レジスタをクリアする第３の手
順と、前記第３の手順の後にタイマーの値をクリアする
第４の手順と、前記第４の手順の後に前記割込要求レジ
スタが前記割込要求信号を出力するまで前記割込要求レ
ジスタを確認し続ける第２の判断手順と、前記第２の判
断手順で前記割込要求信号が出力していることを判断し
た後に前記タイマーの値を読み取る第５の手順と、前記
第５の手順の後に所望する第２の基本クロックの周期を
前記第１の基本クロックの周期と前記第５の手順のタイ
マーの値の積で割った商をタイマー補正係数として算出
する第６の手順とを有する構成である。

【００１８】また、本発明のマイクロコントローラの制
御方法の前記基本クロック選択器を前記第２の基本クロ
ック選択に設定する第７の手順と、前記第７の手順の後
に所望の時間を所望の前記第２の基本クロックの周期で
割った商を所望のタイマーの期待値とする第８の手順
と、前記第８の手順の後に前記第８の手順の所望のタイ
マーの期待値に前記第６の手順のタイマー補正係数を乗
じた積を補正後のタイマーの期待値とする第９の手順
と、前記第９の手順の後に前記タイマーの値をクリアす
る第１０の手順と、前記第１０の手順の後に前記タイマ
ーの値を読み取る第１１の手順と、前記第１１の手順の
後に前記第１１の手順のタイマーの値が前記第９の補正
後のタイマーの期待値より大きくない時のみ前記第１１
の手順に戻る第３の判断手順を有する構成とすることも
できる。

【００１９】またさらに、本発明のマイクロコントロー
ラの制御方法は任意のタイミングで割込要求し、前記タ
イマーを補正する構成とすることもできる。

【００２０】すなわち、図２に示すフローの様にプログ
ラム中の任意のタイミングでＲＣ発振器の周期と水晶発
振器の周期の比からタイマー補正係数を予め求め、その
後図３に示すフローにより、ＲＣ発振器が生成する基本
クロックでタイマーを動作させ得られたタイマーの値に
対し、タイマー補正係数を作用させる事により、タイマ
ーの精度が高められる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を以下に説明する。

【００２２】図１は、本発明の第１の実施の形態のマイ
クロコントローラの構成を示している。本発明と従来例
との構成の相違を明確にするため、先ず従来例の構成に
ついて図７を参照して説明する。マイクロコントローラ
１０１の構成要素は、マイクロコントローラ１０１を制
御する命令コード（プログラム）が格納されたＲＯＭ１
２と、ＲＯＭ１２に格納されたプログラムを読み出し実
行するＣＰＵ１１と、マイクロコントローラ内部のデー
タが通るバス１４と、システムクロック７と、外部との
インターフェースを行う外部端子制御回路１３と、基本
クロック３を生成する水晶発振器２と、基本クロック５
を生成するＲＣ発振器４と、基本クロック５のどちらを
システムクロックにするか選択する基本クロック選択器
６と、システムクロックをカウントすることにより時間
を計測するタイマー１０から構成されている。

【００２３】これに対し本発明の実施の形態は、従来例
のマイクロコントローラ１０１に、基本クロック５に同
期し割込要求信号を出力する割込要求レジスタ８を有す
る構成以外は、従来のマイクロコントローラ１０１と同
一の構成要素を有し、同一構成要素には同一の参照符号
を付してある。

【００２４】本発明は非常に少ない追加回路で効果が得
られる事を特徴としている。因みに割込要求レジスタ８
の具体的回路例としては、基本クロック５の立ち上がり
で割込要求信号をセットするフリップフロップ１個から
なるラッチ回路構成することもできる。

【００２５】次に、タイマー１０をＲＣ発振器が生成す
るクロックで動作させる時に、タイマーの精度向上に用
いるタイマー補正係数の求め方を図２のフローを用いて
説明する。図２のステップＳ１の手順でタイマーのクロ
ックに水晶発振器を選択し、ステップＳ２の手順で割込
要求信号が出力していればこれをクリアし、ＲＣ発振器
のクロックの１周期分の先頭（クロックの立ち上がり）
を探す準備をする。次にステップＳ３の判断手順で割り
込み要求信号が出力されているか確認し続けることによ
りＲＣ発振クロックの１周期分の先頭を探す。先頭が見
つかったら、ステップＳ４とステップＳ５の手順ではタ
イマー動作の初期化を行い、ステップＳ６の手順でＲＣ
発振器の１周期の終わり（次の１周期分の頭）を検索す
る。ステップＳ６の手順の間にタイマー１０によりＲＣ
発振器の１周期の時間が計測されるので、ステップＳ７
の手順でそれを読み取る。

【００２６】図４は上記フローのタイミングチャートで
ある。ステップＳ８の手順ではステップＳ７の手順で読
みとったタイマーの値からタイマー補正係数を求める。
ここでタイマー補正係数を求める例として水晶発振器の
周期を１μｓｅｃ、所望のＲＣ発振器の周期を図５のタ
イミングチャート１７に示すように１．０ｍｓｅｃ、変
化したＲＣ発振器の周期をタイミングチャート１９に示
すように１．２ｍｓｅｃとすると、求めるタイマー補正
係数は１．０ｍｓｅｃ／（１μｓｅｃ×１２００）＝
０．８３３・・となる。但しタイマーの値は１．２ｍｓ
ｅｃ／１μｓｅｃ＝１２００として求めた。

【００２７】次に求めたタイマー補正係数を用いて、Ｒ
Ｃ発振器によるタイマー動作の精度を高める方法を説明
する。従来例のマイクロコントローラでは、もしＲＣ発
振器の所望の周期１．０ｍｓｅｃが１．２ｍｓｅｃに延
びると図５のタイミングチャート１８，１９に示すよう
にタイマー１０で測定する時間は所望の６０ｍｓｅｃか
ら７２ｍｓｅｃに延びてしまう。しかしタイマー補正係
数を用いてこれを補正する例を図３のフローを参照して
説明する。

【００２８】先ず、ステップＳ９の手順でタイマーのク
ロックをＲＣ発振器に設定し、ステップＳ１０の手順で
所望の時間を所望のＲＣ発振器の周期で割った値を、所
望のタイマーの期待値とする。ここで所望の時間は図５
の例の６０ｍｓｅｃ、所望のＲＣ発振器の周期を１ｍｓ
ｅｃとすれば、求める所望のタイマーの期待値は６０ｍ
ｓｅｃ／１ｍｓｅｃ＝６０となる。

【００２９】次に、ステップＳ１１の手順でステップＳ
１０で求めた所望のタイマーの期待値にステップＳ８で
求めたタイマー補正係数を乗じ補正後のタイマーの期待
値を求める。図５の例では補正後のタイマーの期待値は
６０×０．８３３・・＝５０となる。この後タイマーで
の計測を始めるが、先ずステップＳ１２の手順でタイマ
ー１０を０クリアし、ステップＳ１３の手順でタイマー
１０の値を読み、判断手順Ｓ１４ではタイマーの値が補
正後のタイマーの期待値より小さい間はステップＳ１３
とステップ１４を繰り返す。

【００３０】図５の例では補正後のタイマーの期待値は
５０なので５０×１．２ｍｓｅｃ＝６０ｍｓｅｃの間、
Ｓ１２とＳ１３を繰り返す事により、結果としてタイマ
ーで測定した時間は６０ｍｓｅｃとなって、計測時間が
補正された事になる。この制御方法を用いれば、例えば
マイクロコントローラの外部端子から６０ｍｓｅｃのパ
ルス信号を発生する場合、従来例では７２ｍｓｅｃにな
るが、本発明を用いれば、所望の６０ｍｓｅｃのパルス
信号幅を正しく発生する事が可能となる。

【００３１】次に、本発明の第２の実施の形態のマイク
ロコントローラについて説明する。

【００３２】図６は、本発明の第２の実施の形態のマイ
クロコントローラの構成を示している。この実施の形態
と第１の実施の形態との相違点は、割込要求レジスタ８
に入力される信号が、第１の実施の形態では基本クロッ
ク５であるのに対し、第２の実施の形態では基本クロッ
ク５を分周器１５により分周した信号を、基本クロック
１６として割込要求レジスタに入力している点が異なっ
ている。

【００３３】基本クロック５を分周する理由は、ＲＣ発
振器と水晶発振器の発振周波数の差が少ない場合、ＲＣ
発振器の１周期を水晶発振器が生成するクロックで計測
しても誤差が生じ、タイマーの精度向上が期待出来な
い、そこでＲＣ発振器の周波数を分周し、１周期分の時
間を拡大して計測することにより、時間測定精度を高め
ることができる。

【００３４】

【発明の効果】第１の効果は、ＲＣ発振器など発振精度
の低い発振器をクロックとするタイマーの、精度の向上
が可能である。

【００３５】その理由は、発振精度の低い発振器の１ク
ロックの周期を、精度の高いタイマーで予め計測してお
き、ソフトウェアにより、発振精度の低い発振器をクロ
ックとするタイマーの測定結果を補正するためである。

【００３６】第２の効果は、少ない追加回路で第１の効
果を実現可能である。

【００３７】その理由は、必要なハードウェアは発振器
の立ち上がり（又は立ち下がり）を検出する回路（１ビ
ットのラッチ回路）のみで、それ以外はソフトウェアで
処理するためである。

【００３８】精度補正はマイクロコントローラを制御す
るプログラム中に行うため、プログラム実行中ならば随
時これを実行可能であるので、マイクロコントローラを
制御するプログラムの任意のタイミングで、タイマーの
精度補正が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のマイクロコントロ
ーラの構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態のタイマー補正係数
を求めるフローチャートである。

【図３】本発明のタイマー補正係数を用いてタイマーの
補正を行うフローチャートである。

【図４】図２に示すフローの説明を補助するためのタイ
ミングチャートである。

【図５】図１に示す第１の実施の形態の動作を説明する
ためのタイミングチャートである。

【図６】本発明の第２の実施の形態の構成図である。

【図７】従来例の構成図である。

【符号の説明】

１，１０１ マイクロコントローラ ２ 水晶発振器 ３，５，１６ 基本クロック ４ ＲＣ発振器 ６ 基本クロック選択器 ７ システムクロック ８ 割込要求レジスタ ９ 割込要求信号 １０ タイマー １１ ＣＰＵ １２ ＲＯＭ １３ 外部端子制御回路 １４ バス １５ 分周器 １７ ＲＣ発振器による所望のクロック波形 １８ 所望のクロックによりタイマーの値が６０とな
る時間 １９ ＲＣ発振器の発振周期が所望の周期より延びた
場合のクロック波形 ２０ ＲＣ発振器の発振周期が延びた場合のクロック
によりタイマーの値が６０となる時間 ２１ タイマーの値を補正した時の補正時間

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の基本クロックを生成する発振器と
   タイマを具備するマイクロコントローラに於いて、第１
   の基本クロックを生成する第１の発振器と、前記第１の
   基本クロックよりも低い周波数の第２の基本クロックを
   生成する第２の発振器と、前記第１の基本クロックと前
   記第２の基本クロックを入力とし、前記第１の基本クロ
   ックおよび前記第２の基本クロックのどちらか一方を選
   択して前記マイクロコントローラのシステムクロックと
   して出力する基本クロック選択器と、前記第２の基本ク
   ロックを入力とし前記第２の基本クロックに同期し割込
   要求信号を出力する割込要求レジスタと、前記基本クロ
   ック選択器により出力された前記システムクロックを入
   力とするタイマーとを有することを特徴とするマイクロ
   コントローラ。
2. 【請求項２】 前記第２の基本クロックを入力とし前記
   第２の基本クロックを分周し第３の基本クロックとして
   出力する分周器と、前記第３の基本クロックを前記割込
   要求レジスタの入力とすることを特徴とする請求項１記
   載のマイクロコントローラ。
3. 【請求項３】 基本クロック選択器を第１の基本クロッ
   ク選択に設定する第１の手順と、前記第１の手順の後に
   割込要求レジスタをクリアする第２の手順と、前記第２
   の手順の後に前記割込要求レジスタが割込要求信号を出
   力するまで前記割込要求レジスタを確認し続ける第１の
   判断手順と、前記第１の判断手順で前記割込要求信号が
   出力していることを判断した後に前記割込レジスタをク
   リアする第３の手順と、前記第３の手順の後にタイマー
   の値をクリアする第４の手順と、前記第４の手順の後に
   前記割込要求レジスタが前記割込要求信号を出力するま
   で前記割込要求レジスタを確認し続ける第２の判断手順
   と、前記第２の判断手順で前記割込要求信号が出力して
   いることを判断した後に前記タイマーの値を読み取る第
   ５の手順と、前記第５の手順の後に所望する第２の基本
   クロックの周期と前記第５の手順のタイマーの値の積で
   割った商をタイマー補正係数として算出する第６の手順
   とを有することを特徴とするマイクロコントローラの制
   御方法。
4. 【請求項４】 前記基本クロック選択器を前記第２の基
   本クロック選択に設定する第７の手順と、前記第７の手
   順の後に所望の時間を所望の前記第２の基本クロックの
   周期で割った商を所望のタイマーの期待値とする第８の
   手順と、前記第８の手順の後に前記第８の手順の所望の
   タイマーの期待値に前記第６の手順のタイマー補正係数
   を乗じた積を補正後のタイマーの期待値とする第９の手
   順と、前記第９の手順の後に前記タイマーの値をクリア
   する第１０の手順と、前記第１０の手順の後に前記タイ
   マーの値を読み取る第１１の手順と、前記第１１の手順
   の後に前記タイマーの値が前記第９の手順後のタイマー
   の期待値より大きくない時のみ前記第１１の手順に戻る
   第３の判断手順とを有することを特徴とする請求項３記
   載のマイクロコントローラの制御方法。
5. 【請求項５】 任意のタイミングで割込要求し、前記タ
   イマーを補正することを特徴とする請求項３記載のマイ
   クロコントローラの制御方法。