JPS6356565B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、中央演算処理装置（例えばマイクロ
プロセツサシステム）用のクロツク信号発生装置
に関するものである。

従来、マイクロプロセツサにおける同期用のク
ロツク周波数は、あらかじめ定められた値を固定
する場合が多く、系のブロツクを可変にすること
は殆んどなかつた。従来技術の範囲でクロツクを
可変にする技術としては、(1)源発振回路を周波数
可変形の発振回路とする、(2)周波数の異なる複数
系統の発振回路を設け切りかえて使用する、(3)源
発振回路に分周回路を設け分周比を外部から切り
換えて使用する、等の各方法があつた。これらは
いずれも外部から人為的に切り換える方法であ
り、マイクロプロセツサの演算処理中におけるク
ロツク周波数の切換は不可能であり、これが欠点
であつた。

例えば動作速度の異なる素子もしくは周辺装置
を効率よく駆動する場合、マイクロプロセツサの
動作クロツクをその動作速度に一致させる必要が
あるが、そのためには一旦、プログラムを中断
し、クロツクの切換を行なつた後、あらためてプ
ログラムをはじめからやり直す必要があつた。こ
れは、クロツクの切換に際し、切換前のクロツク
パルスと切換前のクロツクパルスとの間で位相が
連続しないで不連続が発生すると、マイクロプロ
セツサが暴走するおそれがあるため、動作途中で
のクロツク切換は行なうことができなかつたから
である。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、マイクロプロセツサが演算途中であつて
も、マイクロプロセツサ自身でそのクロツク信号
の周波数を任意に設定し、新たに設定されたクロ
ツク周波数への移行を、移相の不連続を発生する
ことなしに円滑に進めることのできるマイクロプ
ロセツサシステム用のクロツク信号発生装置を提
供することにある。

上記した目的を達成するため、本発明では、メ
イン発振回路から出力される固定したクロツク周
波数をソフト的に分周し、この分周したクロツク
周波数をマイクロプロセツサのクロツク周波数に
すると共に、クロツク周波数の切換に際しては、
上記分周比を変えて得られる別なクロツク周波数
を新たなクロツク周波数として用いるものであ
り、この分周比の切換は、切換前のクロツク信号
が丁度その１サイクルを終了したタイミングを選
んで行なうようにし、その結果、切換前と後でク
ロツク信号の位相が不連続にならず、連続するよ
うにしたものである。

次に図を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すブロツク図
である。同図において、発振手段として、水晶振
動子１を用いたメイン発振回路、分周手段として
プログラマブル分周回路３およびフリツプフロツ
プ回路５、中央演算処理手段としてマイクロプロ
セツサ６、クロツク周波数の設定手段すなわち、
分周回路３における分周比を設定供給する手段と
してラツチ回路４、をそれぞれ用いている。

マイクロプロセツサ６には、マイクロプロセツ
サの動作プログラムを格納するためのメモリ
（ROM）７、データを格納するためのメモリ
（RAM）８、周辺装置を駆動するためインター
フエイス回路（Ｉ／Ｏ）９、などがアドレスバス
ＡおよびデータバスＤを介して接続されている。

マイクロプロセツサ６は、メモリ（ROM）７
に格納されている動作プログラムに従つて動作す
る。水晶振動子１を用いたメイン発振回路２から
出力されるクロツク周波数f₀は、プログラマブル
分周回路３により１／Ｎ（但しＮは任意の整数）
に分周されf₀／Ｎとなる。この分周値データＮ
は、データバス上に配置したラツチ回路４からの
出力信号そのもので与えられ、分周値データＮの
ラツチ回路４への設定保持はソフト的に行なわれ
る。１／Ｎに分周されたクロツク周波数は、その
ままではパルス幅が狭くてパルスのオン・オフ期
間比が１とならず、クロツクパルスとして用いる
には不適当であるため、フリツプフロツプ回路５
に通してさらに1/2分周することによりデユーテ
イ50％（オン・オフ期間比１）のクロツクパル
ス、但しクロツク周波数（f₀／2N）を得、これ
をマイクロプロセツサ（MPU）６のクロツク入
力端子に供給する。したがつて、プログラマブル
分周回路３の分周値Ｎをソフト的手法を用いて変
えることにより、マイクロプロセツサ６へ供給さ
れるクロツク周波数を任意に決定することができ
る。

なお、プログラマブル分周回路３において、分
周比Ｎを或る値N₁から他の値N₂に切り換える際
は、N₁で分周された周波数（f₀／N₁）をもつ最
後のクロツクパルスのサイクルが丁度終了した時
点から、N₂で分周された周波数（f₀／₂）をもつ
最初のクロツクパルスのサイクルが開始するよう
にして、切換前の最後のパルスと切換後の最初の
パルスとの間で位相が連続するようにしている
が、このことについては後に第３図を参照して具
体的に詳述する。

第１図の回路における各部信号のタイミングチ
ヤートを第２図に示す。第２図において、ａはメ
イン発振回路２の出力信号波形、ｂ，b′，b″は、
それぞれプログラマブル分周回路３の出力信号波
形、ｃ，c′，c″は、それぞれフリツプフロツプ回
路５からの出力信号波形、をそれぞれ示してい
る。なお、ｂ，ｃは、分周値データＮが４の場
合、b′，c′は、分周値データＮが３の場合を示
す。

プログラマブル分周回路３の出力信号波形ｂ，
b′においては、パルスのオン・オフ期間比が１で
はないが、フリツプフロツプ５からの出力波形
ｃ，c′においてはデユーテイ50％（オン・オフ期
間比１）のパルスが出力されていることが理解さ
れるであろう。

さらに、b″，c″は、分周値データＮを途中で４
から３へ変化した場合、すなわち○イで示す領域で
は分周比データＮを４とし、○ロで示す領域ではＮ
を３に変えた場合のタイミングチヤートを示して
いる。領域○イと○ロの境界でパルス位相の不連続が
発生していないことに注意されたい。

第１図において、分周値データＮを、ソフト的
にラツチ回路４にラツチ保持しておけば、分周値
パルス（第２図のｂ，b′，b″）の１サイクルの終
了に同期してラツチ回路４から分周回路３へ、ラ
ツチされていた分周値データＮがロードされ、プ
ログラマブル分周回路３は分周値Ｎの分周回路と
なる。分周値データＮを、マイクロプロセツサ６
の動作プログラムで予め決定しているので、動作
時点でのマイクロプロセツサ６のクロツク周波数
は動作プログラムによりソフト的に認識すること
ができる。

例えば、メイン発振回路２の発振周波数f₀が
6MHzの場合、分周値データＮを４に設定すると、
マイクロプロセツサ６のクロツク周波数f₀／2N
は750KHzとなり、分周値データＮを３に設定す
るとマイクロプロセツサ６のクロツク周波数f₀／
2Nは1MHzへ変わる。マイクロプロセツサの動作
プログラムにおいて、その処理時間は、マイクロ
プロセツサのクロツク周波数に依存するので、分
周値３の場合は、分周値４の場合に比べて、4/3
倍処理時間を増加させたことになる。また、デイ
レイ時間を設定する場合、分周値Ｎを任意に変更
して設定することにより、同一プログラムで任意
のデイレイ時間を設定することも行なうことがで
きる。

第３図は、第１図におけるプログラマブル分周
回路３、ラツチ回路４、フリツプフロツプ回路５
の具体例を示す回路図である。同図に示す回路
は、プログラマブル分周回路３としては、４ビツ
トバイナリカウンタ用TTL・IC（74163）１０，
１１および４入力NANDゲートTTL・IC（7420）
１２を用い、ラツチ回路４としては、８ビツトデ
ータラツチ用LSTTL・IC（74LS374）１３を用
い、フリツプフロツプ回路５としてはＤタイプフ
リツプフロツプTTL・IC（7474）１４を用いて構
成した回路である。

データバス上の分周値データＮ（D₀乃至D₇の８
ビツトから成る）は、アドレス信号をデコードし
て作り出されるラツチSEL信号の立上りエツジで
ラツチIC１３にラツチされる。プログラマブル
分周回路３では、カウンタIC１０と１１の二つ
のカウンタによつてクロツク周波数f₀のクロツク
パルスをカウントしており、カウント数が規定値
のＮに達すると、次段のカウンタIC１１の桁上
げ出力端子COからキヤリーパルスを発生し、こ
のキヤリーパルスと、初段のカウンタIC１０を
構成する４個のフリツプフロツプのうち、３個の
フリツプフロツプのQ_B，Q_C，Q_D出力とのNAND
出力をNANDゲート１２で作成し、この出力が
カウンタIC１０と１１の各LOAD端子に入力す
るのと同期してラツチ回路１３の出力データをカ
ウンタIC１０と１１にロードする。すなわち、
規定値Ｎのカウントが終了するまでラツチ回路１
３にラツチされているデータをロードすることな
く、カウントサイクルの終了と同期してロードす
るので、どの時点でクロツク周波数設定用のデー
タをラツチIC１３に設定しても、分周回路３か
ら出力されるクロツクパルスは、周波数が切り換
わつた時点においても位相の連続性が保たれるこ
ととなる。

分周回路３について説明を補足する。前述した
とおり、分周回路３は、各々が４ビツトのバイナ
リカウンタであるIC１０と１１の２段接続によ
り構成されている。４ビツトカウンタであるから
各カウンタは、０〜15をカウントすると、もとの
０に戻る16進カウンタである。そして０に戻る
際、桁上げ出力端子COに桁上げ出力としてキヤ
リーパルスを出力する。従つて、ラツタIC１３
からロードされているデータを無視すると、初段
のカウンタIC１０がクロツク周波数f₀のクロツク
パルスを16個カウントする毎に、その出力端子
COから出力されるキヤリーパルスを、次段のカ
ウンタIC１１がカウントする。そして次段のカ
ウンタIC１１も、キヤリーパルスを16個カウン
トすると、やはりそのCO端子からキヤリーパル
スを、分周されたクロツク信号として出力する。
従つてこの場合、分周値データＮ＝16×16とな
る。

次に、初段のカウンタIC10が、ラツチIC１３
の出力端子O₀〜O₃からＡ〜Ｄの入力端子に４ビ
ツトのデータ（仮に10進数に換算して10であると
する）をロードされ、次段のカウンタIC１１が
同様に、ラツチIC１３の出力端子O₄〜O₇から入
力端子Ａ〜Ｄに４ビツトのデータ（仮に10進換算
で15であるとする）をロードされているものとす
る。この状態でカウントを開始したとする。

初段のカウンタIC１０は、すでに１０をロー
ドされているので、11〜15まで５個のクロツクパ
ルスをカウントし、６個目のパルスをカウントし
たとき、CO端子からキヤリーパルスを出力して
次段のカウンタIC１１にＰ端子から入力する。
カウンタIC１１では、すでに15をロードされて
いるので、IC１０からのキヤリーパルスを１個
カウントすると、そのCO端子からキヤリーパル
スを分周されたクロツク信号として出力してしま
う。従つてこの場合、分周値データＮ＝６×１＝
６ということになる。また、この時点で、カウン
タIC１０を構成する４個のフリツプフロツプ
（図示せず）のうち３個のフリツプフロツプの出
力端子Q_B，Q_C，Q_Dには論理１が出力している筈
であるから、NANDゲート１２から分周された
クロツク信号（f₀／Ｎ）が出力されると共に、こ
のタイミングで、カウンタIC１０と１１の各
LOAD端子に信号を送り、ラツチIC１３にラツ
チされ保持されている分周比設定用のデータをカ
ウンタIC１０と１１に取り込んでロードする。
以下、同じ動作を繰り返えす。ラツチIC１３か
らカウンタIC１０，１１へロードされるデータ
の値次第で、プログラマブル分周回路３における
分周比を如何ようにも設定し得ることが理解でき
たであろう。またロードするタイミングが、
NANDゲート１２の出力と同期しているので、
ラツチIC１３における設定データが変わつても
変わらなくても、分周回路３から時系列的に出力
されるクロツクパルスの位相の連続性をもつたも
のとなる。

以上説明した通りであるから、第１図におい
て、動作プログラム上でマイクロプロセツサ６の
クロツク信号の周波数を切り換えたい場合、マイ
クロプロセツサ６の動作プログラムでは、所定の
クロツク周波数を得るに足りる分周値データＮ
を、データバスＤを介してラツチ回路４に出力
し、該ラツチ回路４にラツチするようにするだけ
でよい。

第４図は、本発明の他の実施例を示す回路図で
ある。同図においては、発振手段としてメイン発
振回路２を、分周手段としてバイナリカウンタ回
路１５を、中央演算処理手段としてマイクロプロ
セツサ６を、クロツク周波数の設定手段として選
択回路２０と周波数の異なるクロツク信号の切り
換わり時においてもクロツク信号間に位相の連続
性を持たせるためのNAND回路２１および同期
回路２２を、それぞれ用いた実施例が示されてい
る。

第４図において、メイン発振回路２からのクロ
ツク周波数f₀は、バイナリカウンタ回路１５によ
り、1/2と1/4にそれぞれ分周される。この分周さ
れたf₀／２、f₀／４なるクロツク周波数はNAND
回路１６，１７，１８，１９より構成される選択
回路２０により選択され、マイクロプロセツサ６
のクロツク周波数となる。プログラムによりソフ
ト的に出力される。選択回路２０へのクロツク選
択信号は、NAND回路２１の出力パルスの立上
りエツジで同期をとるフリツプフロツプを使つた
同期回路２２から出力される。この様子を第５図
のタイミングチヤートに示す。

第５図において、ａは、メイン発振回路２の出
力信号、ｂは、バイナリカウンタ回路１５により
１／２分周された出力波形、ｃは、バイナリカウン
タ回路１５により1/4分周された出力波形、ｄは、
NAND回路２１の出力波形、ｅは、同期回路２
２に入力されるクロツク選択信号波形、ｆは、同
期回路２２の出力信号波形、ｇは、選択回路２０
の出力信号波形、ｈは、クロツク選択信号ｅを同
期回路２２を介することなく直接選択回路２０に
入力した場合の選択回路２０の出力信号波形、を
それぞれ示している。

クロツク選択信号ｅを、同期回路２２を介さず
に、直接選択回路２０に入力すると、クロツク選
択信号の入力タイミングにより第５図ｈに示すよ
うに選択回路２０の出力信号波形に不連続が生じ
る。そこで本実施例では、1/2分周された信号ｂ
と1/4分周された信号ｃをNAND回路２１に入力
し、その出力信号ｄの立上りエツジで選択信号の
同期をとるようにしたものである。その結果第５
図ｇのように、選択回路２０の出力信号波形を、
周波数切換がなされたにもかかわらず、円滑に連
続させることが可能となつている。

第１図の実施例では、外部に取り出せる周波数
はマイクロプロセツサにより設定されたクロツク
周波数であつたが、本実施例では、独立に1/2分
周および1/4分周されたクロツク周波数を切り換
えて利用することができる。

以上説明したごとく、本発明によれば、マイク
ロプロセツサのクロツク周波数をプログラムによ
りソフト的に可変することができ、かつ可変して
も円滑にクロツク信号を連続させることができ
る。このため、従来技術の欠点であつたプログラ
ムの中断がなくなり、プログラム中に周波数切換
命令を設定できるため、マイクロプロセツサのク
ロツク周波数の切換をプログラム実行中に自動的
に行なうことができる。この結果、同一プログラ
ムであつても、処理時間を変更したり、処理時間
のソフト的計数を自由に設定することが可能とな
る。これらは本発明による新機能といえる。

また、マイクロプロセツサのクロツク信号の周
波数を、そのマイクロプロセツサのクロツク周波
数の上限に通常設定しておき、動作速度の異なる
素子および周辺装置をアクセスするときだけクロ
ツク周波数を低下させてその動作速度に合わせる
ので、効率よく動作速度の異なる素子および周辺
装置を駆動できるだけではなく、通常のマイクロ
プロセツサの処理速度を高速に保つことができ
る。これは、性能面で大きく向上した点である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図は第１図の回路における各部信号のタイミ
ング関係を示すタイミングチヤート、第３図は第
１図における主要ブロツクの具体例を示す回路
図、第４図は本発明の他の実施例を示す回路図、
第５図は第４図の回路における各部信号のタイミ
ング関係を示すタイミングチヤート、である。 符号説明、１……水晶振動子、２……メイン発
振回路、３……プログラマブル分周回路、４……
ラツチ回路、５……フリツプフロツプ、６……マ
イクロプロセツサ、１５……バイナリカウンタ回
路、２０……選択回路、２２……同期回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中央演算処理装置用のクロツク信号発生装置
   において、 所定の周波数でパルスを発生する発振回路と、
   該発振回路からの出力パルスを分周してクロツク
   信号として中央演算処理装置側へ向けて出力する
   分周回路と、該分周回路における分周比情報を前
   記中央演算処理装置側よりその動作プログラムに
   従つて可変自在に供給されて保持する分周比情報
   保持手段と、該保持手段に保持されている分周比
   情報を前記分周回路に取り込んで新たな分周動作
   を開始する際、前記クロツク信号の１サイクルが
   終了した時点で該分周回路に取り込むロードタイ
   ミング設定手段と、を具備し、 分周比変更前と変更後において、出力パルスの
   位相が連続したクロツク信号を中央演算処理装置
   側へ供給することを特徴とするクロツク信号発生
   装置。