JPH027406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、たとえば自動車の走行速度あるいは
エンジン回転数等の測定量の変化に関連して発生
するパルス信号を計数し、デジタルあるいはバー
グラフとして表示するためのパルス計数装置に関
するものである。

一般に測定量の変化に比例した反復パルス信号
により測定表示するものとしては、基準クロツク
信号によるゲームタイムで上記パルス信号を計数
し、これをラツチして逐次更新表示する構成が汎
用されている。

上記構成は基準クロツク信号周期の設定により
更新可能時間が決定され、上記周期内に入力され
る反復パルス数の密度に応じて測定精度が左右さ
れるが、一般的に測定量の変化に比例した反復パ
ルスを高密度にすることは、そのパス発生器自体
かなり高価なものとなるばかりでなく、かりに安
価に提供されたにしても、高速時におけるクロツ
ク周期内の発生パルス数が極めて多くなり、カウ
ンタの容量を拡大せねばならず、総体的に極めて
大型で高価な装置となつてしまう。

また、測定精度の向上のためにクロツク周期を
長くしてこの周期内における入力パルス数を相対
的に増大させる方法も容易に達成できるが、測定
量の急激な変化に対しては上記拡大周期で追従し
得ず、測定量の変化に対応して円滑に更新表示す
るための応答性に欠けるきらいがあり、特に上記
測定量の変化をバーグラフとして表示せしめる際
には跳ね上りのない円滑な表示に支障をきたすこ
とが実用化のうえでの問題となつている。

そこで上述したゲートタイム方式の計数装置に
おける応答性の向上を計る方式として更新周期を
短縮させる特公昭52−6189号に開示の周波数測定
回路が提案されている。

すなわち、反復パルスが加わりかつ同じ計数周
期を有する複数個のカウンタを並列に備え、各々
計数開始時刻を順次ずらし、それぞれの計数終了
時に出力レジスタにカウンタの出力計数値を記憶
させる構成をとるものであり、その計数動作は第
１図に示される。

同図ａには上記複数のカウンタを４個設置した
場合の各カウンタの計数期間T₁〜〜T₄の循環動
作と、入力信号周波数が変化してからの各カウン
タ計数値の変化を、また同図ｂには実際の入力信
号周波数の変化と、各カウンタ計数値による表示
値の変化を示しており、この場合の表示更新周期
はゲートタイムＴの1/4に短縮される。

しかしながら、第１図ｂに示すように入力信号
周波数が比較的大きな幅をもつて急俊に変化した
場合、実線ａで示す実際の変化に対して表示値は
破線ｂで示されるように実際の変化値に至るまで
かなりの時間toを要し、その間観測者には緩慢な
変化として表示することになる。実測値に至るま
での時間toは同図ａに示すように最低でもゲート
タイムＴを必要とし、カウンタ数をいくら増して
も単に更新周期が短かくなるだけで、表示値の実
測値に対する追従は何ら向上することがない。こ
の場合も実測値と一致するまでにはやはり時間to
を要し、表示値も破線ｂのように直線的に変化す
るだけであつて、観測者に入力信号周波の急俊な
変化を知らせることはできない。

本発明の目的とするところは、表示器における
最小表示単位の計測表示に必要な基本ゲートタイ
ムＴをｎ分割した短縮ゲートタイムT/n周期で入
力パルス信号を計数し、T/n周期毎の計数値をゲ
ートタイムＴの期間にわたる総和として更新保持
するたとえばｎ段のシフトレジスタあるいはｎ個
の並列カウンタからなる計数回路を備え、この計
数回路の計数総和を逐次加算器により加算して求
めるとともに、最新の短縮ゲートタイムT/n相当
の最新計数値をｎ倍し、かつこの乗算値を上記加
算値に対する比率設定値で乗算し、この算出値と
加算値とのゲートタイムＴにおける平均値を算出
して表示するべく構成することにより、実測値の
比較的大きな幅の急峻な変化に対して良好に追従
し、さらに連続する最新計数値の変化幅が微少の
場合には、加算値をそのまま表示器に転送するこ
とによつて、広範な測定量の変化幅に適応した円
滑な表示を得る計数装置を提供せんとするもので
ある。

以下、４個の並列カウンタからなる循環計数方
式の計数回路を備えた実施例について詳述する。

第２図において、１は自動車のエンジン回転数
等の測定量の変化に比例した反復パルスを発生す
るパルス発生器、２は基準クロツク信号を発生す
る基準クロツク発生器、３はクロツク発生器２か
らのクロツク信号を入力し、４つの循環信号を出
力するリリングカウンタ、４はリングカウンタ３
の出力信号により上記パルス発生器１からの反復
パルスを通過制御するゲート回路で、ANDゲー
ト４（１）〜４（４）から構成される。５は上記
ゲート回路４を通過したパルス発生器１からの反
復パルスを計数する計数回路で、上記ゲート回路
４のANDゲート４（１）〜４（４）に対応して
接続したカウンタ５（１）〜５（４）から構成さ
れる。６は上記リングカウンタ３の循環信号によ
り計数期間内に計数したカウンタ５（１）〜５
（４）の内容をクリアして、新たな循環信号によ
る計数期間で計数せしめるためのリセツト信号を
供給するゲート回路で、リングカウンタ３からの
循環信号と基準クロツク発生器２からのクロツク
信号を入力するANDゲート６（１）〜６（４）
からの構成される。７は加算器であり、上記計数
回路５の各カウンタ５（１）〜５（４）の計数値
を加算し上記クロツク信号の４周期分の反復パル
ス数を算出する。８はカウンタ５（１）〜５
（４）の計数値のうち最新のものを通過せしめる
選択回路で、カウンタ５（１）〜５（４）の各出
力に対応して配設されるゲート８（１）〜８
（４）からなり、各ゲート８（１）〜８（４）の
開閉制御はゲート回路６から循環的に出力される
計数回路５へのリセツト信号でなされ、たとえば
カウンタ５（１）へリセツト信号が印加されて後
続する反復パルスを計数開始する時点において、
上記リセツト信号をゲート８（４）に印加した最
新の計数値を内包するカウンタ５（４）の出力の
みを通過せしめるべく接続構成される。９は上記
選択回路８から出力される最新の計数値を入力
し、この計数値に計数回路５のカウンタ数に相当
する整数ｎを乗算しかつ上記加算器７の加算値に
対する最新計数値のウエイトを設定する比率設定
値Ｋ（定数）を乗算して最新測定値を算出する乗
算器である。この場合上記設定値Ｋは１…０に設
定しており、従つて乗算器９の算出値はカウンタ
数４個に対応して最新計数値の４倍の値となる。
１０は上記加算器７の加算値と乗算器９の乗算値
とを加算し、Ｋ＋１で除算する平均値回路で、上
記最新計数値に関連する乗算値とカウンタ５
（１）〜５（４）の加算値とのゲートタイムＴに
おける平均値を算出する。１１は上記加算器７に
おける前回の加算値がシフトされ、連続する測定
値の変化幅を判定するためのデータとして保持す
るメモリ、１２は加算器７における加算値とメモ
リ１１に保持される前回の加算値とを比較し、そ
の変化幅があらかじめ設定した所定値を越えるも
のか否かを判定して判定信号を出力する比較器、
１３は上記比較器１２からの判定信号によりゲー
トを選択し、加算器７の加算値あるいは平均値回
路１０の平均値のいずれかを通過制御するゲート
回路であり、上記比較器１２とともに測定値の変
化幅に応じた表示データの選択を行なう。１４は
ラツチ回路、デコーダドライバ、デジタル表示素
子からなる表示器で、上記平均値回路１０で算出
される平均値出力あるいは加算器７における加算
値出力により測定量の変化幅に応じた追従性でデ
ジタル表示するものである。

ここで、上記基準クロツク発生器２によるゲー
トタイムｔは従来１つのカウンタでの計数時にお
けるゲートタイムＴの1/4に設定してあり、加算
器７での加算動作、乗算器９での乗算動作および
平均値回路１０での算出動作は上記クロツク信号
の周期で繰り返されるものとする。

次に上記構成における動作を第３図タイムチヤ
ートを併用して説明する。

基準クロツク発生器２は、回路への電源投入と
ともに作動してクロツク信号ｂを発生する。リン
グカウンタ３は、上記クロツク信号ｂを入力とし
て４つの循環信号ｃ，ｄ，ｅ，ｆを出力し、ゲー
ト回路４におけるANDゲート４（１）〜４（４）
およびゲート回路６におけるANDゲート６（１）
〜６（４）のＡ入力に印加する。これにより上記
ANDゲート４（１）〜４（４）に印加されるパ
ルス発生器１からの反復パルスを対応するカウン
タ５（１）〜５（４）へ通過可能とするととも
に、ANDゲート６（１）〜６（４）のＢ入力に
印加されるクロツク信号をカウンタ５（１）〜５
（４）へのクリア信号および選択回路８のゲート
８（４），８（１），８（２），８（３）への制御
信号ｇ，ｈ，ｉ，ｊとして各々対応して分配通過
せしめる。加算器７はカウンタ５（１）〜５
（４）へのリセツト信号よりも若干早めに加算動
作を開始し、上記クロツク信号周期で加算出力を
平均値回路１０に供給する。

いま、測定量の変化に比例した反復パルスａが
パルス発生器１から発生しているとすると、この
反復パルスａはゲート回路４におけるANDゲー
ト４（１）〜４（４）のＢ入力に印加され、Ａ入
力への信号状態によりカウンタ５（１）〜５
（４）のいずれかに供給される。こうした計数期
間の制御は、リングカウンタ３からの循環信号ｃ
〜ｆにより行なわれるが、まず循環信号ｃによる
計数期間t₁では、ANDゲート４（１）のみが通
過状態となり、反復パルスａはカウンタ５（１）
において計数される。この場合、循環信号ｃの出
力初期には、クロツク信号ｂが通過状態にある
ANDゲート６（１）を通し、リセツト信号ｇと
してカウンタ５（１）をリセツトせしめるため、
カウンタ５（１）は上記計数期間t₁内に入力され
る反復パルス数のみ計数値を出力する。循環信号
ｄの出力初期には同様にしてリセツト信号ｈでカ
ウンタ５（２）がリセツトされ、上記循環信号ｄ
による計数期間t₂内の反復パルスａがカウンタ５
（２）で計数される。循環信号ｅ，ｆの出力時に
ついても同様にしてカウンタ５（３），５（４）
がリセツトされ、各計数期間t₃，t₄内に発生する
反復パルスａを計数する。こうして、カウンタ５
（１）〜５（４）にて順次対応する計数期間内で
の計数がなされると、再びリングカウンタ３から
の循環信号ｃによる計数期間t₅内での反復パルス
ａがカウンタ５（１）において計数される。この
ときにも、カウンタ５（１）の計数期間t₁での計
数内容は循環信号ｃ発生初期のリセツト信号ｇに
よりクリアされており、計数期間t₅内の反復パル
ス数として計数出力される。以降、同様にして循
環信号ｄ〜ｆによる計数期間t₆〜t₈で発生する反
復パルスａを各々カウンタ５（２）〜５（４）に
て順次計数し、以上の繰り返しによりクロツク信
号４周期分の反復パルス数がカウンタ５（１）〜
５（４）にて逐次計数出力される。

加算器７では、カウンタ５（１）〜５（４）の
内容をクロツク信号周期で逐次加算する。すなわ
ち、各カウンタ５（１）〜５（４）にて計数期間
t₁〜t₄で計数される反復パルス数の総計を算出
し、次にクロツク信号１周期移行した計数期間t₂
〜t₅での反復パルス数を算出し、以降もクロツク
信号１周期分移行した４周期分の反復パルス数を
逐次算出して平均値回路１０および比較器１２、
ゲート回路１３に出力するよう動作するととも
に、メモリ１１に前回４周期分の反復パルス数を
転送する。

また、カウンタ５（１）〜５（４）の計数値は
各々選択回路８のゲート８（１）〜８（４）に出
力され、最新計数値のみが乗算器９に転送され
る。すなわち、加算器７において加算する第１の
算出期間T₁での最新計数値は、計数期間t₄内の反
復パルス数を計数したカウンタ５（４）の内容で
あり、選択回路８のゲート８（４）にのみ制御信
号ｇ（カウンタ５（１）へのリセツト信号）が印
加されて上記カウンタ５（４）の最新計数値を乗
算器９に転送する。第２の算出期間T₂での最新
計数値は、計数期間t₅内の反復パルス数を計数す
るカウンタ５（１）の内容であり、このときには
ゲート８（１）に制御信号ｈ（カウンタ５（２）
へのリセツト信号）が印加されて上記カウンタ５
（１）の最新計数値を乗算器９に転送するよう作
動する。

以下算出期間T₃，T₄…における最新計数値は
各々相当するカウンタ５（１）〜５（４）の計数
値が選択回路８にて循環的に通過制御され、測定
量の急俊な変化を短時間にて算出するデータとし
て乗算器９に転送される。乗算器９では転送され
た最新計数値をカウンタ数に相当する整数倍の乗
算値として算出しさらに加算器７の加算値に対す
るウエイトを設定する定数を掛けて算出期間に対
応する最新測定値を算出する。すなわち、乗算器
９では、最新計数値をＮ、カウンタ数をｎ、定数
をＫとした場合、最新測定値Ｓを、 Ｓ＝KnN …(1) で与えるべくプログラム構成される。

平均値回路１０は、上述したごとく加算器７に
おける加算値と乗算器９における算出値との算出
期間Ｔ当りの平均値を算出するものであり、上記
加算値をＸとした場合の平均値Ｙを、 Ｙ＝KnN＋Ｘ／Ｋ＋１ …(2) で与えるべく構成する。

すなわち、ここで求められる平均値Ｙは計数回
路５で計数される算出期間Ｔの反復パルス数、い
いかえれば算出期間Ｔにおける入力信号の平均周
波数と最新計数値Ｎに基づく算出期間Ｔでの仮想
入力信号平均周波数との平均であつて、最低でも
カウンタ５（１）〜５（４）における計数期間ｔ
の測定時間をもつて最新の測定量の変動を検出表
示しようとするものである。また定数Ｋは上記仮
想入力信号平均周波数の計数回路５における実質
平均周波数に対する比率を設定するものであり、
上記最新計数期間ｔにおける最新測定量の変化に
より良好に追従して表示値を変化せしめるために
は定数Ｋを大きく設定することで達成し得る。第
２図に示した実施例では算出期間Ｔにおける各平
均周波数の比率を１：１で設定するため定数Ｋ＝
１として算出すべく構成している。従つて、平均
値回路１０における実際の演算プロセスは、 Ｙ＝4N＋Ｘ／２ …(3) として実行されるべくプログラムされる。

平均値回路１０において計数期間ｔ周期で算出
された平均値Ｙは、逐次ゲート回路１３に転送さ
れ、測定量の変化幅に応じて加算器７における加
算値Ｘとの選択がなされる。

測定量がほぼ一定の値で安定している場合、パ
ルス発生器１から出力される反復パルスの周波数
も上記測定量に相応した値で安定している。従つ
て計数回路５のカウンタ５（１）〜５（４）にて
循環的に計数される各計数期間ｔの反復パルス数
は、各カウンタ５（１）〜５（４）において常に
一定であり、加算器７における加算値Ｘも各カウ
ンタ５（１）〜５（４）の計数値の総和として安
定している。また、選択回路８にて通過制御され
る最新計数値Ｎも他のカウンタにおける計数値す
なわちX/4と同一であるため、乗算器９と平均値
回路１０にて算出される平均値Ｙは上記(3)式によ
りＹ＝Ｘと求められる。結局測定量が一定値で安
定している場合には加算器７の加算値Ｘが表示器
１１に転送され、上記測定量をデジタル表示する
ことになる。

いま、測定量が第４図に示すようにＰ点から急
俊に変化した場合を想定してみる。

変化点Ｐまでに検出される測定量に相応した反
復パルス周波数をf₁、Ｐ点以降の変化した反復パ
ルス周波数をf₂とすれば、計数回路５における計
数期間ｔでの反復パルス数は各々f₁t、f₂tとして
計数される。Ｐ点までの各カウンタ５（１）〜５
（４）における計数値は常にf₁tで与えられるから
計数期間ｔ周期で算出される加算器７の加算値Ｘ
は4f₁tで安定しており、かつ同期間における最新
計数値Ｙは上述した安定時の実行プロセスにより
4f₁tで安定しており、従つて、算出期間T₀までは
表示器１１に上記平均値Ｙ＝4f₁tに相応した測定
量がデジタル表示されている。測定量の変化点Ｐ
直後の計数期間t₄を含む算出期間T₁における平均
値Ｙは、カウンタ５（４）における最新計数値Ｎ
がf₂tに変化するため、乗算器９および平均値回
路１０で算出される算出期間T₁での仮想平均周
波数が大きく参与することになる。すなわち、算
出期間T₁における加算器７の加算値Ｘは計数値
f₁tを内包するカウンタ５（１）〜５（３）と計
数値f₂tを内包するカウンタ５（４）の総和とし
てＸ＝3f₁t＋f₂tで与えられ、最新計数値Ｎをカウ
ンタ数に相当したｎ倍の乗算値として算出する乗
算器９ではその最新測定値Ｓが4f₂tで与えられる
から、平均値回路１０で算出される平均値Ｙは上
記(3)式により、 Ｙ＝3f₁t＋5f₂t／２ …(4) として求められ、ゲート回路１３に転送される。

また、この時点におけるメモリ１１の内容は算
出期T₀における加算値X₀＝4f₁tとして保持され
ており、比較器１２においてあらかじめ設定した
所定値Ｍと、メモリ１１の加算値X₀＝4f₁tに対す
る加算器７の加算値X₁＝3f₁t＋f₂tの変化幅△Ｘ＝
f₂t−f₁tとを比較し、△Ｘ＞Ｍの場合に判定信号
を出力してゲート回路１３のゲートを平均値側に
切り換えるべく作動する。この場合、比較器１２
における所定値Ｍは、ゲートタイムｔにおける表
示値の変化幅が表示単位程度に相当する測定周波
数の変化として比較判定する値に設定することが
望ましい。すなわち、加算器７における加算値Ｘ
と平均値回路１０における平均値Ｙの選択表示動
作は、たとえば測定量の微少変動時における平均
値Ｙの表示が実測値よりも大幅に変化することに
よる表示値の大幅なチラツキ現象を防止する効果
を泰する。従つて、Ｐ点におけるf₁からf₂への変
化が大きい場合、表示器１４には平均値回路１０
における平均値Ｙが測定量として表示され、変動
幅△Ｘが所定値Ｙよりも小さい場合には加算器７
における加算値が測定量として表示されることに
なる。

いま、測定量の変化点Ｐ前後における反復パル
ス周波数の変化率をf₂＝2f₁とした場合、ゲート
回路１３は平均値回路１０側に切り換わり、この
ため平均値回路１０で与えられる平均値Ｙは上記
(4)式によりＹ＝13f₁t／２となり、加算器７にお
ける単なる加算値（算出期間T₁における実質上
の反復パルス数）Ｘ＝5f₁tに対して、変化後の当
然表示されるべき実測値8f₁tにより近似した値と
して表示されることになる。従つて観測者は測定
量の急俊な変化を計数期間ｔの経過をもつてより
適確に把握することができるとともに、表示器１
４での緩慢な更新表示を防止して変化量により近
似した極めて応答性の良好な表示を可能とするも
のである。

以上の平均値算出表示プロセスは算出期間T₂
以降においても同様に実行され、第４図ａ線に示
す従来の緩慢な追従動作に比してもｂ線に示すご
とく極めて追従性の良好な表示を供与できる。

また、メモリ１１の加算値X₀に対する加算器
７の加算値X₁の変化幅△Ｘが比較器１２の所定
値Ｍより小さい場合、表示器１４へのデータ転送
動作は加算器７側に切り換わり、乗算器９および
平均値回路１０による補正動作は行なわれない。
いま、Ｐ点における周波数の変化がf₁から1.01f₁
という1/100の微少なものであるとすれば、加算
器７における加算値Ｘは算出期間T₀において
4f₁t、算出期間T₁において4.01f₁tとして与えられ
る。このとき、乗算器９で算出されり最新測定値
Ｓは4.04f₁tとして平均値回路１０に転送され、そ
の結果算出期間T₁における平均値Ｙは4.02f₁tと
なり、実際の測定量4.01f₁tよりも大きな変化幅を
もつて出力されることになる。本願装置は比較器
１２とゲート回路１３により、変化幅の小さい加
算器７における加算値Ｘを表示値として転送する
べく選択動作させることで、大幅なチラツキ現象
や振動減衰表示を防止し、安定した表示を行なわ
せる装置として構成したものである。この場合、
加算値の変化幅△Ｘ＝0.01f₁tが比較器１２の所定
値Ｍより小さいため、判定信号は出力されず、ゲ
ート回路１３のゲートは加算器７側に切り換わ
り、表示器１４には加算値Ｘが転送され、微小な
変化量として安定した表示が可能となる。

なお、上述した実施例は、短縮ゲートタイムで
の計数をなす計数回路として、複数の並列カウン
タを有する循環計数方式を採用したが、短縮ゲー
トタイムでの計数値を基本ゲートタイム分だけ順
次シフトして更新保持するシフトレジスタを用い
て構成することも可能であり、いずれにしても乗
算器における定数Ｋを１としたとき同様に第４図
ｂ線に示す更新表示を得るものであるが、定数Ｋ
を２あるいは３のようにより最新計数値Ｎのウエ
イトを大きくとるべく設定すれば、第４図ｃ線、
ｄ線に示すようなより応答性の良好な表示を得る
ことができ、必要度に応じた定数Ｋの設定により
測定量の急俊な変化に対する追従性を任意に選択
することができる等秀れた表示性能を有する計数
装置を提供し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のパルス計数装置における実行プ
ロセスを説明するタイムチヤート、第２図は本発
明に係るパルス計数装置の一実施例を示す回路構
成図、第３図は第２図装置における計数実行プロ
セスを説明するタイムチヤート、第４図は測定量
の変化に対する本発明装置の表示応答性を示す説
明図である。 １…パルス発生器、２…基準クロツク発生器、
３…リングカウンタ、４，６…ゲート回路、５…
計数回路、７…加算器、８…選択回路、９…剰算
器、１０…平均値回路、１１…メモリ、１２…比
較器、１３…ゲート回路、１４…表示器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 測定量の変化に比例した周波数のパルス信号
   を入力し、少なくとも最小表示単位の計測に必要
   な基本ゲートタイムＴをｎ分割した短縮ゲートタ
   イムT/n周期で上記パルス信号を順次計数保持す
   るｎ個の計数回路と、上記ｎ個の計数回路の出力
   を入力し、それら計数値の総和を短縮ゲートタイ
   ムT/n周期毎に加算して求める加算器と、上記計
   数回路の出力に接続され、短縮ゲートタイムT/n
   相当の最新の計数値を通過させる選択回路と、上
   記選択回路に接続され、これを通過した最新の計
   数値をｎ倍して乗算値を算出し、この乗算値に上
   記加算値に対する乗要度を設定する定数を掛けて
   最新測定値を求める乗算器と、上記加算器におけ
   る加算値と乗算器における乗算値との算出期間Ｔ
   における平均値を算出する平均値回路と、上記加
   算器における前回の加算値を保持するメモリと、
   該メモリの保持内容と加算器の加算値とを比較
   し、その差があらかじめ設定した所定値を越えた
   か否かを判定する比較器と、該比較器からの判定
   信号により加算器における加算値あるいは平均値
   回路における平均値のいずれかを選択通過せしめ
   るゲート回路と、該ゲート回路からの出力信号に
   より上記測定値を表示する表示器とから構成され
   るパルス計数装置。