JPH11194184A - 発振基準素子の出力周波数補正方法、発振基準素子の出力周波数補正回路および電子制御機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発振基準素子の温度とか経年変化などによる出
力周波数の変動分の補正を部品点数が増大させず、かつ
部品コストがかからず、電子制御機器に実装した場合の
スペース上の問題なく、さらには定期的な出力周波数の
調整も不要として、かつ容易に正確な基準時間あるいは
基準のクロックを簡単に得ることができるようにする。 【解決手段】発振基準素子である水晶振動子２５の出力
周波数に応じて決定される所定時間の間において電源商
用周波数をカウントし、このカウント値から電源商用周
波数が５０Ｈｚであるか、６０Ｈｚであるかを判別し、
前記判別により電源商用周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈ
ｚのうちのいずれか一方であるときは、該一方の電源商
用周波数に基づいて決定される所定時間の間、水晶振動
子２５の出力周波数をカウントし、このカウント値から
水晶振動子２５の出力周波数の変動を検出し、この変動
に対応する分周比で水晶振動子２５の出力周波数を分周
して基準周波数を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発振基準素子の出
力周波数補正方法およびその回路、ならびにその回路を
用いた電子制御機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】プログラムタイマとかプログラム温度調
節器などの電子制御機器においては、そのプログラム動
作を計時しながら制御するために、その計時の基準とな
る基準周波数が必要とされる。この基準周波数を得る方
法として電源商用周波数を用いる方法と、水晶振動子な
どの発振基準素子を用いる方法がある。

【０００３】電源商用周波数を用いる方法では累積誤差
が非常に小さく安定しているが停電中では計時できな
い。水晶振動子などの発振基準素子を用いる方法では停
電中でも計時が可能である。

【０００４】このような発振基準素子を用いる方法で
は、発振基準素子が周囲温度の変化、経年変化などで周
波数が変動して計時誤差が累積する。

【０００５】そこで、従来ではそのような要因による周
波数変動を補正するために例えば温度補正を行うとか、
発振基準素子を恒温槽に入れるとか、定期的に周波数を
手動調整するとかしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、温度補
正では部品点数がそれだけ増大し部品コストが高くとい
う問題があり、また恒温槽による方法ではその恒温槽そ
のもののコストが高くつくうえ、それを実装するスペー
ス上の問題がある。定期的に周波数を調整する方法では
調整作業が面倒であるうえ、その調整のタイミングの管
理も決して容易ではなく、正確な基準時間を簡単に得る
ことができないという問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明においては、電源
商用周波数に基づいて決定される所定時間の間、前記発
振基準素子の出力周波数をカウントし、このカウント値
から前記発振基準素子の出力周波数の変動を検出し、こ
の変動に対応する分周比で前記発振基準素子の出力周波
数を分周して基準周波数を得ることを特徴とする発振基
準素子の出力周波数補正方法としたことによって上述の
課題を解決している。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【０００９】本実施の形態は要するに、発振基準素子が
周囲温度の変化とか、その経年変化などでその出力周波
数が変動しても電源商用周波数を用いることによってそ
の出力周波数から基準周波数を容易に正確に得られるよ
うにしたものである。

【００１０】なお、本実施の形態においては、電子制御
機器としてはプログラムタイマに適用して説明するが、
これに限定されるものではなく、プログラム温度調節器
などのプログラム式の電子制御機器のみならず、発振基
準素子の出力を基準として動作制御する電子制御機器の
すべてに適用できるものである。

【００１１】以下、図１を参照して本実施の形態のプロ
グラムタイマについて説明する。

【００１２】同図において、１は５０Ｈｚあるいは６０
Ｈｚの電源商用周波数を有する商用電源であり、プログ
ラムタイマ内の回路の電源として使用されると共に発振
基準素子として後述される水晶振動子による基準発振周
波数の変動を検出して補正するためとしても使用され
る。

【００１３】２，２は商用電源１の出力が入力される一
対の入力端子である。３と４はそれぞれ抵抗と赤外線発
光ダイオードであり、これらは互いに直列に接続されて
入力端子２，２間に並列に接続されている。赤外線発光
ダイオード４は、商用電源１の電源商用周波数に応じた
点滅速度で赤外線を発光する。

【００１４】５は電源部であり、入力端子２，２に接続
された商用電源１に基づいてプログラムタイマ内回路の
電源を生成してこれら内部回路に供給する。６はバック
アップ電池であり、停電時に電源部５に電池出力を供給
する。電源部５は通常は商用電源１から内部回路用電源
を生成し、停電時はバックアップ電池６から内部回路用
電源を生成する。

【００１５】７は検出手段、補正手段、演算手段、判別
手段および制御手段としてのマイクロコンピュータ（Ｃ
ＰＵ）であり、プログラムタイマ全体の動作制御を行う
と共に後述するアナログスイッチ１５〜１９の動作およ
び、後述するプログラマブル分周器２９の動作を制御す
るようになっている。マイクロコンピュータ７はまた、
後述する水晶振動子２５の出力周波数を基準にして内部
動作を制御するようにもなっている。

【００１６】８は設定部であり、プログラムタイマの動
作の入力設定のためのもので、その設定のための入力を
マイクロコンピュータ７に与えるようになっている。９
は表示部であり、マイクロコンピュータ７に制御されて
所要の表示動作を行い、１０はアンプであり、マイクロ
コンピュータ７からの制御出力つまりプログラムタイマ
としての制御出力を増幅して出力する。

【００１７】１１は赤外線センサであり、赤外線発光ダ
イオード４からの赤外線を受光して電源周波数を検出す
る。１２はバッファ、１３は１／５０分周器、１４は１
／６０分周器１４である。

【００１８】１５〜１９はアナログスイッチであり、マ
イクロコンピュータ７からのハイレベルの制御信号入力
によりオンし、ローレベルの制御信号入力により高イン
ピーダンスとなってオフするようにそのオンオフが制御
されるようになっている。

【００１９】２０は、ゲート信号生成回路であり、Ｄフ
リップフロップ２１，２２、抵抗２３およびコンデンサ
２４で構成され、入力信号を１／２分周し、これをゲー
ト信号として出力するようになっている。ここで、Ｄフ
リップフロップ２２はマイクロコンピュータ７の制御信
号でリセットされる。

【００２０】２５は水晶振動子であり、理想的には４１
９４３０４Ｈｚの原発発振周波数（出力周波数）を有し
ている。２６，２７はコンデンサ、２８はバッファであ
る。２９はプログラマブル分周器であり、バッファ２８
を介して水晶振動子２５の出力周波数が入力され、その
出力周波数を２の２２乗分の１（１／２²²）に分周す
る。３０はゲート回路、３１はマイクロコンピュータ７
からの制御信号によりリセットされるカウンタである。
このカウンタ３１は請求項に言う第１カウンタおよび第
２カウンタを構成する。

【００２１】以下、動作を電源商用周波数の判別、この
判別に基づく水晶振動子２５の出力周波数の変動の検
出、および１秒の基準時間の生成について説明する。

【００２２】〔電源商用周波数の判別〕この判別におい
ては、マイクロコンピュータ７はアナログスイッチ１６
と１７とをオンにし、他のアナログスイッチ１５，１
８，１９をオフにしている。

【００２３】水晶振動子２５の出力周波数は、周囲温度
の変化の影響も無く、経年変化の影響も何もない場合
は、理想的には４１９４３０４Ｈｚであるが、上記影響
によってその原発発振周波数が４００００００Ｈｚ〜４
４０００００Ｈｚでばらつくと仮定する。したがって、
水晶振動子２５の出力周波数が常に４１９４３０４Ｈｚ
であるとしたのでは当然、基準時間の累積誤差が発生す
ることになる。そこで、このばらつきの影響をなくして
正確な基準時間この実施の形態では一例として１秒を得
るために本実施の形態では電源商用周波数で修正する。
しかし、この場合、電源商用周波数には５０Ｈｚと６０
Ｈｚとがあるために、この電源商用周波数がそのいずれ
であるかを判別する必要がある。もちろん、この判別は
プログラムタイマを使用する人が行うことができるが、
この判別を自動的に行うために次のように行う。

【００２４】まず、水晶振動子２５の出力は、バッファ
２８を介してプログラマブル分周器２９に入力される。
プログラマブル分周器２９は前記水晶振動子２５の出力
を２２乗分の１に分周した分周パルスを出力する。これ
によって、プログラマブル分周器２９からの分周パルス
のパルス間隔は、水晶振動子２５の出力周波数が４００
００００Ｈｚであるときは１．０４９秒、４１９４３０
４Ｈｚのときは１秒、４４０００００Ｈｚのときは０．
９５３２秒となる。

【００２５】プログラマブル分周器２９の分周パルス
は、マイクロコンピュータ７によってオンにされている
アナログスイッチ１７を介してゲート信号生成回路２０
に入力される。ゲート信号生成回路２０は、前記分周パ
ルスを１／２分周し、その分周したパルスをゲート信号
として出力する。このゲート信号の１つのパルス幅は、
前記各出力周波数に対応してそれぞれ１．０４９秒、１
秒、０．９５３２秒となる。このゲート信号はゲート回
路３０の一方の入力部に入力される。

【００２６】ゲート回路２８の他方の入力部には、マイ
クロコンピュータ７によってオンにされているアナログ
スイッチ１６を介して赤外線センサ１２で検出された電
源商用周波数出力が入力される。

【００２７】ゲート回路２８は、それぞれ前記出力周波
数に対応してそれぞれ１．０４９秒、１秒、０．９５３
２秒の間、開いているので、その間に、５０Ｈｚまたは
６０Ｈｚの電源商用周波数出力がカウンタ３１にクロッ
クとして入力されることになる。まず、カウンタ３１は
マイクロコンピュータ７の制御信号でリセットされた
後、ゲート回路３０からのクロックをカウントする。

【００２８】電源商用周波数が５０Ｈｚの場合は、カウ
ンタ３１でのクロックのカウント値は、水晶振動子２５
が４００００００Ｈｚの出力周波数で発振していれば、
ゲート回路３０は１．０４９秒間開いていので、１．０
４９秒×５０Ｈｚ＝５２クロックとなり、４１９４３０
４Ｈｚの出力周波数で発振していれば、１秒×５０Ｈｚ
＝５０クロックとなり、４４０００００Ｈｚの出力周波
数で発振していれば、０．９５３２秒×５０Ｈｚ＝４７
クロックとなる。

【００２９】また、電源商用周波数が６０Ｈｚの場合
は、カウンタ３１でのクロックのカウント値は、水晶振
動子２５が４００００００Ｈｚの出力周波数で発振して
いれば、１．０４９秒×６０Ｈｚ＝６２クロックとな
り、４１９４３０４Ｈｚの出力周波数で発振していれ
ば、１秒×６０Ｈｚ＝６０クロックとなり、４４０００
００Ｈｚの出力周波数で発振していれば、０．９５３２
秒×６０Ｈｚ＝５７クロックとなる。

【００３０】カウンタ３１からのクロックのカウント値
データはマイクロコンピュータ７に取り込まれる。マイ
クロコンピュータ７はそのカウント値が４７〜５２Ｈｚ
であれば、電源商用周波数は５０Ｈｚであり、５７〜６
２Ｈｚであれば、電源商用周波数は６０Ｈｚであると判
別する。

【００３１】この場合、ゲート信号生成回路２０のＤフ
リップフロップと電源商用周波数とは非同期であるため
に、得られたクロックには±１クロック分の誤差がある
が、これは実用上問題とはならない。また、得られたク
ロックが上記以外の値であれば商用電源１がプログラム
タイマに接続されていないと判定して処理を中止する。
また、この判定の精度をあげるうえでは上記処理を複数
回繰り返すとよい。

【００３２】こうして電源商用周波数の判別が完了す
る。

【００３３】〔水晶振動子２５の出力周波数の変動の検
出〕マイクロコンピュータ７は、前記判別の完了後、ア
ナログスイッチ１５をオンにし、かつ、電源商用周波数
が５０Ｈｚであると判別すればアナログスイッチ１８
を、６０Ｈｚであると判別すればアナログスイッチ１９
をオンする。他のアナログスイッチはオフにする。

【００３４】そして、まず、電源商用周波数が５０Ｈｚ
であると判別すると、マイクロコンピュータ７はアナロ
グスイッチ１８をオンにする。これによって、赤外線発
光ダイオード４と赤外線センサ１１とを介して得られる
電源商用周波数出力は１／５０分周回路１３に入力さ
れ、ここで１／５０に分周される。なお、電源商用周波
数が６０Ｈｚの場合は５０Ｈｚと同様であるので６０Ｈ
ｚの判別の場合の動作の説明は省略する。

【００３５】こうして、１／５０分周回路１３で分周さ
れた電源商用周波数のパルス間隔は、１秒に正確に対応
している。この正確な分周出力はアナログスイッチ１８
を介してゲート信号生成回路２０に入力される。

【００３６】ゲート信号生成回路２０は１／５０分周回
路１３の分周出力を１／２に分周することでパルス幅が
１秒の正確なゲート信号を生成して出力する。パルス幅
が正確に１秒となっているゲート信号はゲート回路３０
の一方の入力部に入力される。

【００３７】一方、マイクロコンピュータ７はアナログ
スイッチ１５をオンしてゲート回路２８の他方の入力部
に水晶振動子２５の出力周波数を入力させる。これによ
って、ゲート回路２８は、１秒に正確に対応した時間内
だけゲートを開くので、カウンタ３１は１秒間の間だけ
水晶振動子２５の出力周波数をクロックとしてカウント
できることになる。このカウンタ３１のクロックのカウ
ント値のデータはマイクロコンピュータ７に入力され
る。

【００３８】こうして、マイクロコンピュータ７におい
ては、前記データに基づいて１秒の間における水晶振動
子２５の出力周波数を正確に検出できる。

【００３９】〔基準周波数として１秒の基準時間の生
成〕マイクロコンピュータ７においては、前記のように
検出した水晶振動子２５の出力周波数が、例えばそれぞ
れ４００００００、４１９４３０４、４４０００００で
あれば、プログラマブル分周器２９の分周比をそれぞれ
４００００００、４１９４３０４、４４０００００に制
御する。これによって、プログラマブル分周器２９から
は正確な１秒の信号が得られる。この１秒の信号はマイ
クロコンピュータ７に入力され、マイクロコンピュータ
７はプログラムタイマの基準周波数例えば基準時間ある
いは基準クロックとしてこれを用いることができる。

【００４０】なお、上述したプログラマブル分周器２９
における分周比の修正動作はプログラムタイマの立ち上
げ直後は数分毎に行い、プログラムタイマの内部温度が
一定になれば半日に１回程度行うとよい。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明の発振基準素子の出
力周波数補正方法によれば、電源商用周波数に基づいて
決定される所定時間の間、前記発振基準素子の出力周波
数をカウントし、このカウント値から前記発振基準素子
の出力周波数の変動を検出し、この変動に対応する分周
比で前記発振基準素子の出力周波数を分周して基準周波
数を得るようにしたので、周囲温度の変化とか経年変化
などによってその出力周波数が変動しても、電源商用周
波数を基準にしてその変動を正確に検出でき、かつ、こ
の変動に対応する分周比で前記出力周波数を分周して基
準周波数を得るので、周囲温度の変化とか経年変化など
があっても、従来のような温度補正回路が不要となり、
したがって、補正回路としての部品点数が少なくて済み
部品コストの低減が可能となるうえ、従来のような恒温
槽で発振基準素子の出力周波数の変動を抑制したものと
比較しても恒温槽が不要であるからコストが低減できる
うえ、それを実装するスペース上の問題もない。さらに
は従来のように定期的に周波数を調整する必要もなく面
倒な調整作業がなくなるなどの利点がある。

【００４２】なお、本発明の発振基準素子の出力周波数
補正回路によれば、発振基準素子の出力周波数に対応す
る所定時間の間、電源商用周波数をカウントする第１カ
ウンタと、前記第１カウンタ出力から電源商用周波数が
５０Ｈｚであるか６０Ｈｚであるかを演算して判別する
判別手段と、前記判別により電源商用周波数が５０Ｈｚ
または６０Ｈｚのうちの一方であるときは、該一方の電
源商用周波数に基づく所定時間の間、前記発振基準素子
の出力周波数をカウントする第２カウンタと、前記第２
カウンタ出力から前記発振基準素子の出力周波数の変動
を検出し、かつこの変動に対応して前記発振基準素子の
出力周波数を補正する補正手段とを具備した構成におい
て、前記判別手段と補正手段とを共にマイクロコンピュ
ータで構成した場合ではソフトウエアでの処理が可能と
なって回路構成のより簡素化を図れる。特に、前記両カ
ウンタを同一のカウンタとし、マイクロコンピュータ
は、電源商用周波数の判別時には第１カウンタとして、
前記出力周波数補正時には第２カウンタとして動作制御
する場合では、カウンタの構成が簡素化して部品点数の
削減に役立ち、さらに前記作用効果を発揮できる。

【００４３】また、前記電源商用周波数を該電源商用周
波数に応じて点滅発光する発光手段と、前記発光手段か
ら発光出力を受光する受光手段とを有し、前記受光手段
の出力に基づいて電源商用周波数出力を得るようにした
場合では、当該回路を備えた電子制御機器内で発光手段
からの発光を制御機器内部で拡散して反射させ、その反
射光を受光手段で受光させることができ、電源商用周波
数を利用する場合に、その電源を機器内部に設置する場
合における電気的な絶縁距離あるいは耐圧距離などの制
約もなくなり、実装効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る電子制御機器において
それに用いる発振基準素子の出力周波数の補正のための
回路図

【符号の説明】

１ 商用電源 ２ 入力端子 ４ 赤外線発光ダイオード ５ 電源部 ７ マイクロコンピュータ １１ 赤外線センサ １３ １／５０分周回路 １４ １／６０分周回路 １５〜１９ アナログスイッチ ２０ ゲート信号生成回路 ２５ 水晶振動子（発振基準素子） ２９ プログラマブル分周器 ３０ ゲート回路 ３１ カウンタ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源商用周波数に基づいて決定される所定
   時間の間、前記発振基準素子の出力周波数をカウント
   し、 このカウント値から前記発振基準素子の出力周波数の変
   動を検出し、 この変動に対応する分周比で前記発振基準素子の出力周
   波数を分周して基準周波数を得ることを特徴とする発振
   基準素子の出力周波数補正方法。
2. 【請求項２】前記電源商用周波数が５０Ｈｚであるか６
   ０Ｈｚであるかを判別し、この判別に基づく電源商用周
   波数を用いることを特徴とする請求項１に記載の発振基
   準素子の出力周波数補正方法。
3. 【請求項３】発振基準素子の出力周波数に応じて決定さ
   れる所定時間の間において電源商用周波数をカウント
   し、 このカウント値から電源商用周波数が５０Ｈｚである
   か、６０Ｈｚであるかを自動的に判別し、 この判別に基づく電源商用周波数を用いることを特徴と
   する請求項１に記載の発振基準素子の出力周波数補正方
   法。
4. 【請求項４】発振基準素子の出力周波数に対応する所定
   時間の間、電源商用周波数をカウントする第１カウンタ
   と、 前記第１カウンタ出力から電源商用周波数が５０Ｈｚで
   あるか６０Ｈｚであるかを演算して判別する判別手段
   と、 前記判別により電源商用周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈ
   ｚのうちの一方であるときは、該一方の電源商用周波数
   に基づく所定時間の間、前記発振基準素子の出力周波数
   をカウントする第２カウンタと、 前記第２カウンタ出力から前記発振基準素子の出力周波
   数の変動を検出する検出手段と、 前記検出された変動に対応する分周比で前記発振基準素
   子の出力周波数を分周して基準周波数を得る分周手段
   と、 を具備したことを特徴とする発振基準素子の出力周波数
   補正回路。
5. 【請求項５】前記発振基準素子の出力周波数に基づいて
   基準クロックを得るマイクロコンピュータを有し、前記
   マイクロコンピュータは前記判別手段と検出手段との機
   能を含むことを特徴とする請求項４に記載の発振基準素
   子の出力周波数補正回路。
6. 【請求項６】前記両カウンタは同一のカウンタであり、
   前記カウンタは、電源商用周波数の判別時には前記第１
   カウンタとして、前記出力周波数補正時には前記第２カ
   ウンタとして動作制御されることを特徴とする請求項４
   に記載の発振基準素子の出力周波数補正回路。
7. 【請求項７】前記発振基準素子の出力周波数で基準クロ
   ックを得るマイクロコンピュータを有し、前記両カウン
   タがマイクロコンピュータによって動作制御されること
   を特徴とする請求項４に記載の発振基準素子の出力周波
   数補正回路。
8. 【請求項８】請求項４ないし７いずれかに記載の発振基
   準素子の出力周波数補正回路において、 前記電源商用周波数を該電源商用周波数に応じて点滅発
   光する発光手段と、前記発光手段から発光出力を受光す
   る受光手段とを有し、前記受光手段の出力に基づいて電
   源商用周波数出力を得ることを特徴とする発振基準素子
   の出力周波数補正回路。
9. 【請求項９】発振基準素子を有し、前記発振基準素子の
   出力周波数から内部回路の動作の基準周波数を生成する
   ものであって、前記請求項３ないし８いずれかに記載の
   出力周波数補正回路を具備し、この回路によって前記発
   振基準素子の出力周波数の補正を行うことを特徴とする
   電子制御機器。