KR100336130B1 - 마이컴의 노이즈 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이컴을 사용하는 모든 기기에 적용되면서 특히 대전력을 사용하는 모터나 히터를 구동하는 제품에서의 내노이즈성을 향상시키기 위한 마이컴의 노이즈 제거장치에 관한 것으로서,

각 제품의 적용시 인터럽트 신호의 주기에 따라 기준 클록신호를 변경할 수 있도록 설계된 디지털 필터를 마이컴의 각 인터럽트 입력부에 추가 사용하여 노이즈 발생을 억제시킴과 동시에 마이컴의 오동작을 방지할 수 있고, 그에 따라 시스템의 동작이 원활히 진행될 수 있을 뿐만 아니라 마이컴의 오동작으로 인한 히터의 과열 상태, 부하의 과운전 상태를 사전에 방지 할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

마이컴의 노이즈 제거장치{An apparatus of noise removal for microcomputer}

본 발명은 마이컴을 사용하는 모든 기기에 적용되는 마이컴의 노이즈 제거장치에 관한 것으로서, 특히 대전력을 사용하는 모터나 히터를 구동하는 제품에서 강한 외부 노이즈에 의해 마이컴의 폭주를 사전에 방지하기 위해 기준 클록 신호의 주파수 변경이 가능하도록 설계되어 노이즈 제거뿐만 아니라 마이컴의 오동작을 방지할 수 있는 마이컴의 노이즈 제거장치에 관한 것이다.

우선, 마이컴은 마이크로컴퓨터(microcomputer)를 일컫는 것으로서 1개 또는 여러 개의 LSI로서 구성되어진 CPU 마이크로 프로세서를 중심으로 구성된 초소형 컴퓨터 시스템을 의미한다. 다음, 마이컴은 그 구조가 보통 CPU, 메모리(ROM, RAM), 입출력 인터페이스 회로(I/O부), 입출력장치, 보조기억장치와 제어회로 등으로 이루어져 있고, 그것들을 버스(BUS)라 불리는 자료라인과 제어 신호 라인으로 결선시켜 조립하게 된다.

이러한 마이컴의 내노이즈성을 향상시키기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 마이컴(M)의 외부에 제1 저항(R1)과 제1 콘덴서(C1)를 사용한 RC 로우 패스 필터(RC Low Pass Filter, RC LPF)를 부착하여 외부 고주파 노이즈의 입력을 차단시키게 된다. 도 1에서 미설명된 참조 부호 R2는 제2 저항을 의미한다.

즉, 기계적인 스위치(SW)에서는 도 2의 (a)와 같은 채터링이 심한 신호를 발생시킬 수밖에 없는데, 상기 채터링은 전기회로에서 접점이 닫힐 때 정상적 폐로 상태로 되기 전에 여러 번 미세한 피폐운동을 반복하는 경우에 요동 형태로 발생되게 된다. 상기 스위치(SW)에 의해 발생된 도 2의 (a)와 같은 신호가 제1 저항(R1)과 제1 콘덴서(C1)로 이루어지는 RC 로우 패스 필터를 지나게 되면 도 2의 (b)와 같이 노이즈가 제거된 신호로 변형된 후에 마이컴(M)의 입력단으로 전달되게 된다.

이때, 상기 RC 로우 패스 필터를 지나 마이컴(M)으로 입력되는 인터럽트 신호(INTØ)는 마이컴(M)의 인터럽트 포트로 입력되는 신호로서, 상기 INTØ가 도 3에서의 주파수 특성을 갖는 아날로그의 RC 필터를 통과하게 되면 특정 주파수(f_cut) 이상의 주기는 모두 컷오프(cut off)됨으로써 노이즈가 제거되게 된다. 특히, 상기 RC 필터는 신호의 크기나 노이즈의 주기에 따라 적절한 R, C 값을 가져야 한다.

그런데, 상기 마이컴(M)의 일반 포트로 입력되는 신호에서의 노이즈를 제거하기 위해서는 소프트웨어 타이머를 통해 채터링을 검지하게 되는데, 도 4에 도시된 바와 같이 소프트웨어 타이머에 의한 채터링 방지로 인해 외부 입력 핀 데이터에서 노이즈가 제거되게 된다.

즉, 도 4의 (b)에서처럼 상기 소프트웨어 타이머는 내부의 소프트웨어 시간으로 일정한 값을 정하여 샘플링 시간을 결정한 후에 도 4의 (a)에서의 입력 신호에 대해 소프트웨어 시간의 인터럽트 샘플링이 연속 3회 이상 동일 레벨이 유지될 때(도 4의 (b)에서 '가'부분)만 하이로 인식하거나 로우로 인식하는 것을 통해 외부 노이즈를 제거할 수 있다.

그런데, 종래 경우에는 아날로그의 RC 필터를 사용하기 때문에 정밀도가 떨어져 신호나 노이즈를 정확히 검지할 수 없는 문제점이 있다. 특히, 제1 콘덴서(C1) 용량의 정확성이 떨어지므로 RC 필터의 구성 자체가 어렵다는 문제점도 있다.

또한, 상기 마이컴(M)에서는 소프트웨어적으로 외부 입력 핀 데이터에서의 노이즈를 제거할 수 있으나 외부 입력 핀 중에서 인터럽트 처리용 핀은 소프트웨어적으로 처리 할 수 없는 하드웨어적 장치로 되어 있다. 그러므로, 외부의 고주파 노이즈에 의해 인터럽트 처리용 핀 데이터에 노이즈가 발생하게 되면 고주파 인터럽트가 자동적으로 하드웨어로 발생하게 되어 소프트웨어의 오동작을 일으키는 원인이 된다는 문제점이 있다. 따라서, 상기 마이컴(M)의 인터럽트 처리용 핀 데이터에 대해서 노이즈 방지 대책이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 각 제품의 적용시 인터럽트 신호의 주기에 따라 기준 클록신호를 변경할 수 있도록 설계된 디지털 필터를 마이컴의 각 인터럽트 입력부에 추가 사용하여 노이즈 발생을 억제시킴과 동시에 마이컴의 오동작을 방지할 수 있는 마이컴의 노이즈 제거장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 마이컴의 노이즈 제거장치의 구성이 도시된 도면,

도 2는 도 1의 V1, V2에서의 신호 파형이 도시된 도면,

도 3은 도 1의 일부 구성요소인 RC 로우 패스 필터의 주파수 특성이 도시된 도면,

도 4는 종래 기술에 따른 마이컴의 인터럽트 처리용 핀에 대해 소프트웨어 타이머를 통한 노이즈 제거방법이 도시된 도면,

도 5는 본 발명에 따른 마이컴의 노이즈 제거장치가 도시된 구성도,

도 6은 도 5의 일부 구성요소인 디지털 필터가 상세히 도시된 구성도,

도 7은 상기 디지털 필터로 입출력되는 신호의 파형이 도시된 도면.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

11 : 비교기 12 : 센서

21, 22, 23 : 제1 내지 제3 디지털 필터 30 : 주파수 발생부

40 : 마이크로프로세서 M : 마이컴

SW : 스위치 R1∼R5 : 저항

C1, C2 : 콘덴서 D1∼D4 : D-플립플롭

NA1∼NA4 : NAND GATE TC1 : 시간측정 신호

INTØ, INT1 : 제1 및 제2 인터럽트신호

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 마이컴의 노이즈 제거장치의 제1 특징에 따르면, 시스템의 모드 변경을 위해 스위칭 동작을 수행하여 제1 인터럽트(interrupt) 신호를 생성 출력하는 스위칭부와; 외부에서 공급되는 상용전원의 영점을 검지하여 노이즈 발생이 방지되도록 제2 인터럽트 신호를 생성 출력하는 영점검지부와; 센서를 통해 전달되는 감지신호의 주파수를 카운트하여 시스템의 현재 상태를 파악할 수 있도록 시간측정 신호를 생성 출력하는 주파수측정부와; 상기 제1 및 제2 인터럽트 신호와 시간측정 신호에서 발생되는 노이즈를 차단하여 마이컴의 오동작이 방지될 수 있게 각 신호의 주기에 따라 기준클록 신호가 변경 가능하도록 설계된 적어도 1개 이상의 디지털 필터부와; 상기 디지털 필터부를 통해 전달되는 신호를 처리하기 위해 연산과 제어를 실행하는 마이크로프로세서와; 을 포함한다.

또한, 본 발명의 제2 특징에 따르면, 상기 디지털 필터부는 그 기준 클록 신호가 초기 롬 마스크(ROM MASK)시 하드웨어적으로 고착됨으로써 프로그램 처리 도중에 그 기준 클록 신호가 변경되지 않도록 설계된다.

본 발명의 제3 특징에 따르면, 상기 디지털 필터부는 각 제품의 적용시 상기 제1 및 제2 인터럽트 신호와 시간측정 신호의 주기에 따라 노이즈 제거를 위해 상기 기준클록 신호를 변화시키는 주파수발생부를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 5는 본 발명에 따른 마이컴의 노이즈 제거장치가 도시된 구성도이고, 도 6은 도 5의 일부 구성요소인 디지털 필터가 상세히 도시된 구성도이다. 그리고, 도 7은 상기 디지털 필터로 입출력되는 신호의 파형이 도시된 도면으로서, (a)는 상기 디지털 필터로 입력되는 입력신호의 파형이 도시되어 있고, (b)는 상기 디지털 필터의 출력신호의 파형, (c)은 상기 디지털 필터로 입력되는 기준클록신호의 파형이 각각 도시되어 있다.

다음, 본 발명의 마이컴(M)은 모든 기기에 적용되지만 설명을 쉽게 하기 위해서 세탁기에서의 적용예를 중심으로 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면, 세탁기 동작/슬립 모드(sleep mode)를 변경시키기 위한 스위치(SW)와, 제1 저항(R1) 및 제1 콘덴서(C1)로 이루어져 제1 인터럽트 신호(INTØ)를 생성 출력시키는 스위칭부와;

일측 입력신호는 기준 저항(R3, R4)에 의해 고정되는 동시에 타측 입력신호는 상용전원(AC line)과 제5 저항(R5)으로 연결되어 있는 비교기(11)와, 풀-업(full-up)저항(R2), 제2 콘덴서(C2)로 이루어져 상용전원(예를 들면, 사인(sine)파)에서의 영점을 검지하여 외부 노이즈 발생없이 소프트 스위칭함으로써 노이즈 발생을 억제시키는 제2 인터럽트 신호(INT1)를 생성 출력하는 영점검지부와;

센서(12)를 통해 감지신호(대개, 30 ∼ 40㎑)의 주파수를 카운트하여 현재 시스템의 상태를 파악할 수 있도록 시간측정 신호(TC1)를 생성 출력하는 주파수 측정부와; 상기 제1 및 제2 인터럽트 신호와 시간측정 신호에 각각 연결되어 각 신호의 노이즈를 제거하여 마이컴(M)의 오동작을 방지하는 제1 내지 제3 디지털 필터(21, 22, 23)와;

상기 제1 내지 제3 디지털 필터(21, 22, 23)의 기준클록 신호의 주파수를 다른 제품에 적용시 각 인터럽트 신호의 주기에 따라 노이즈를 제거하기 위해 다양하게 변경시키는 주파수발생부(30)와; 상기 주파수 발생부(30) 또는 제1 내지 제3 디지털 필터(21, 22, 23)에서 전달되는 신호를 처리하기 위해 연산과 제어를 실행하는 마이크로프로세서(40)와; 을 포함하여 구성되어 있다.

특히, 상기 스위치(SW)에서 세탁기 동작은 세탁물을 넣어서 세탁, 헹굼, 탈수를 수행하는 과정을 말하고, 슬립 모드란 사용자가 예약 등만 해놓은 상태를 말하는 것으로서 시계 기능만 유지하고 전력 소비가 적은 상태를 유지하는 모드를 의미한다.

여기서, 상기 마이컴(M)만 살리기 위한 최소한의 전력이 대기전력인데 최근 에너지 절약 관점에서 이 대기전력이 주요 논점이 되고 있다. 따라서, 상기 스위치(SW)의 동작에 의해 마이컴(M)이 슬립 모드에서 웨이크-업(wake-up) 모드로 변경되게 되면 소프트웨어가 정상 동작하게 된다. 이러한 스위치(SW)는 하드웨어적인 처리로만 노이즈 신호를 제거할 수 있다.

따라서, 상기 제1 인터럽트 신호가 마이크로프로세서(40)로 전달되는 도중에 제1 디지털 필터(21)가 설치되어 있어 제1 인터럽트 신호에서 발생되는 노이즈가 제거되고, 상기 제1 디지털 필터(21)에 의해 노이즈가 제거된 제1 인터럽트 신호가 마이크로프로세서(40)에 전달되게 된다.

또한, 상기 영점검지부에서 제2 인터럽트 신호가 마이컴(M)에 전달되게 되면 마이컴(M)에서는 하드웨어적으로 진행중인 프로세스를 중지하고 상기 제2 인터럽트 신호에 의한 프로세스를 수행하게 된다. 따라서, 상기 제2 인터럽트 신호는 기존에 소프트웨어로 노이즈를 제거할 수 없는 하드웨어적인 장치에 의해 프로그램 수행을 인터럽트 시키는 역할을 수행하게 된다.

이러한, 상기 제2 인터럽트 신호에 외부 고주파 노이즈가 발생하거나 입력 사인파 신호에 노이즈가 발생할 경우에 여러 문제가 발생하게 되는데, 이러한 문제를 방지하기 위해 상기 제2 인터럽트 신호가 마이크로프로세서(40)로 전달되는 도중에 제2 디지털 필터(22)가 설치되어있어 제2 인터럽트 신호에 발생되는 노이즈를 제거하게 된다.

한편, 상기 주파수 측정부에서 감지신호의 주파수가 변경되는 것은 마이컴(M)에 인가되는 전압의 크기에 관계없이 주파수는 감지 대상의 상태를 잘 반영하기 때문에 현재 많이 사용하고 있는 감지 방법이다. 그런데, 상기 주파수 측정부에서 고주파 노이즈가 발생하여 시간측정 신호에 전달되게 되면 마이컴(M)은 현재 시스템의 상태를 잘못 판단하여 시스템의 오동작을 유발시킬 수 있다.

그런데, 상기 시간측정 신호에서도 제1 및 제2 인터럽트 신호와 마찬가지로제3 디지털 필터(23)가 설치되어 있어 시간측정 신호에서 발생될 수 있는 노이즈가 사전에 제거되기 때문에 노이즈가 제거된 시간측정 신호가 마이크로프로세서(40)에 전달되므로 마이컴(M)이 시스템의 현재 상태를 정확히 파악할 수 있게 된다.

상기에서, 제1 및 제2 인터럽트 신호와 시간측정 신호의 노이즈를 제거하는 상기 디지털 필터(21, 22, 23)가 도 6에 도시되어 있는데, 상기 디지털 필터(21, 22, 23)는 4개의 D-플립플롭(D1, D2, D3, D4)과,4개의 NAND GATE(NA1, NA2, NA3, NA4)로 이루어져 있다.

상기와 같이 구성되는 디지털 필터(21, 22, 23)는 도 7의 (a)와 같은 기준클록 신호에 의해 4개의 기준클록 신호가 클록단(CLK)으로 입력되는 사이에 입력단의 신호 변화가 없으면 도 7의 (c)와 같이 출력단 신호가 '로우(low)' 출력되게 되고, 상기 기준클록 신호가 입력되는 도중에 도 7의 (b)와 같이 채터링이 심한 신호가 입력단으로 입력되면 그 신호는 무시되어 출력은 '0'이 되게 된다.

그런데, 도 7의 (b)와 같은 정상 신호가 일정 시간동안, 즉 4개 이상의 기준클록 신호가 입력되는 동안 동일 레벨이 계속해서 유지되면 출력단 신호는 '하이(high)' 출력되게 된다.

한편, 상기 디지털 필터(21, 22, 23)의 기준클록 신호의 주파수는 마이컴(M)의 롬을 마스크할 때 하드웨어적으로 고착됨으로써 프로그램 처리 도중에 클록값이 변화되지 않게 되고, 상기 마이컴(M)의 롬은 제품마다 그 데이터가 다르므로 롬의 특정 번지에 상기 기준클록 신호의 주파수 데이터를 입력하여 하드웨어적으로 각 디지털 필터(21, 22, 23)로 입력되는 기준클록 신호의 클록값을 고착시킬 수 있다.

이와 같이, 상기 디지털 필터(21, 22, 23)는 제1 및 제2 인터럽트 신호와 시간측정 신호와 같은 인터럽트 신호의 노이즈 제거를 위해 기존에 소프트웨어적으로 실행할 수 없었던 부분을 하드웨어적으로 수행함으로써 강한 외부 노이즈에 의한 마이컴(M)의 폭주를 사전에 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기 제1 내지 제3 디지털 필터(21, 22, 23)는 각 제품에 따라 마이컴(M)의 인터럽트 포트에 입력되는 정상 신호의 주파수 이상은 무조건 컷오프시켜 마이컴(M)의 오동작을 방지하게 된다.

이렇게, 본 발명은 마이컴(M)을 사용하고 있는 각 제품에 따라 다양한 신호 및 노이즈 주파수가 발생하게 되는데, 각 제품마다의 다양한 주파수 특성을 충족시키면서 노이즈를 제거하기 위해 디지털 필터(21, 22, 23)를 사용함과 아울러 그 디지털 필터(21, 22, 23)의 기준클록 신호의 주파수 변경이 가능하도록 설계되어 있어 마이컴(M)의 내노이즈성 향상은 물론이고, 마이컴(M)의 오동작이 확실히 방지될 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 마이컴의 노이즈 제거장치는 각 제품의 적용시 인터럽트 신호의 주기에 따라 기준 클록신호를 변경할 수 있도록 설계된 디지털 필터를 마이컴의 각 인터럽트 입력부에 추가 사용하여 노이즈 발생을 억제시킴과 동시에 마이컴의 오동작을 방지할 수 있고, 그에 따라 시스템의 동작이 원활히 진행될 수 있을 뿐만 아니라 마이컴의 오동작으로 인한 히터의 과열 상태, 부하의 과운전 상태를 사전에 방지 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 시스템의 모드 변경을 위해 스위칭 동작을 수행하여 제 1 인터럽트(interrupt) 신호를 생성 출력하는 스위칭부와; 외부에서 공급되는 상용전원의 영점을 검지하여 노이즈 발생이 방지되도록 제 2 인터럽트 신호를 생성 출력하는 영점검지부와; 센서를 통해 전달되는 감지신호의 주파수를 카운트하여 시스템의 현재 상태를 파악할 수 있도록 시간측정 신호를 생성 출력하는 주파수측정부와; 상기 제 1 및 제 2 인터럽트 신호와 시간측정 신호에서 발생되는 노이즈를 차단하여 마이컴의 오동작이 방지될 수 있게 각 신호의 주기에 따라 기준클럭 신호를 가변하는 주파수발생부를 포함하여 설계된 적어도 1개 이상의 디지털 필터부와; 상기 디지털 필터부를 통해 전달되는 신호를 처리하기 위해 연산과 제어를 실행하는 마이크로프로세서와; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이컴의 노이즈 제거장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 디지털 필터부는 그 기준 클록 신호가 초기 롬 마스크(ROM MASK)시 하드웨어적으로 고착됨으로써 프로그램 처리 도중에 그 기준 클록 신호가 변경되지 않도록 설계된 것을 특징으로 하는 마이컴의 노이즈 제거장치.
3. 청구항3는 삭제 되었습니다.