JPS61191985A - デジタル・タイマを交流電源の周波数に同期させる方法 - Google Patents

デジタル・タイマを交流電源の周波数に同期させる方法

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JPS61191985A
JPS61191985A JP60282128A JP28212885A JPS61191985A JP S61191985 A JPS61191985 A JP S61191985A JP 60282128 A JP60282128 A JP 60282128A JP 28212885 A JP28212885 A JP 28212885A JP S61191985 A JPS61191985 A JP S61191985A
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    • G04GELECTRONIC TIME-PIECES
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    • GPHYSICS
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    • G04GELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G3/00Producing timing pulses

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
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  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔利用分野〕 本発明は、デジタル・タイマを、電気事業者により供給
されるような交流tfjの周波数に同期させる方法に関
するものである。
〔従来技術〕
水晶発振器、またはクロックにエフ発生されたクロック
信号を利用して現在の時間、ま几は実時間を維持するデ
ジタル・タイマは良く知られている。たとえば、プラス
・マイナス0,05% という妥当な確度の比較的低価
格のクロックは、短時間だけ実時間全維持する几めに求
められるデジタル・タイマにとって、ま几は正Hな確度
を求められない場合に満足できるものである。デジタル
・タイマへ与えられるクロック信号の長時間安定度はも
つと正確なりロックを用いて達成できるが、プロセス制
御装置において求められるような週、月ま次は年の単位
で測られる工うな長い期間にわ尺って非常に高い確度を
維持するのに要する費用は極めて高くつく。し友がって
、従来の比較的低価格のデジタル・クロックを用いるデ
ジタル・タイマ用に、希望のW度を長期間安定に保つ、
安くて信頼度の高い方法が求められてき友。
一般に利用できる非常に信頼度が高い実時間タイミング
情報は電気事業者からの又流電源の周波数である。電気
事業者は、交流11111源の周波数が長期間にわ几っ
て通常、1秒間に1ヘルツ以上ずれないように、交流電
源の周波数を維持ま几は制御する。したがって、そのよ
うな交流電源の周波数音はとんどただでタイミング基準
として利用できる。しかし、交流電源で為ら供給される
基準周波数には60 Hzと50Hzの2種類がめる。
し友がって、はぼ世界中で6程の機器において使用され
るデジタル・タイマ、またはタイミング・サブシステム
に、長時間安定度を希望の確度で得るために、それらの
m器が利用する交流電源の周波数に自身で同期できなげ
ればならない。
〔発明の概要〕
本発明は、希望の確度を有するデジタル・タイマに工9
維持される実時間に確度の長期間安定性を特定せるため
に、そのデジタル・タイマを交流′aL?i!Lの周波
数に同期させる方法を提供するものである。このタイマ
は1秒の周期を有する内部高分解度同期および天時間タ
イミング信号を発生する。
耐記各タイミング信号の周期は、水晶発振器またはりロ
ックに工9発生されるクロック信号の周期の整数倍であ
る。タイマのために、変流電源の50Hzま次に60H
zの周波数の関数である交流基準タイミング信号が発生
される。同期信号の同期と交流基準タイミング信号の周
期の関係は、交流基準タイミング信号の周期で同期信号
の同期を除した商が整数rnJであるようなものである
。このことは、交流電源の周波数が60 R2ま九は5
0Hzのいずれでろってもそうである。交流電源の周波
数が60Hz1次は50 Hzの時の唯一の違いに値n
が異なることである。タイマを初期化させる時に、同期
同期期間中に発生された変流基準タイミング信号の数を
カウントすることに工vnの値が決定される。その後で
、変流を源の周波数に同期することをタイマか指令され
ると、タイマは、そのように指令され几後で最初の交流
基準タイミング信号が受けられ定時に、現在の同期タイ
ミング周期中に発生された高分解度タイミング信号の数
を基準として識別し、格納する。その後で、n番目の交
流基準タイミング信号を受ける九びに、その時現在の同
期タイミング同期中の高分解度タイミング・パルスの数
が基準と比較される。差を最小にする几めに、差の符号
と絶対値に応じて、高分解度タイミング信号のタイミン
グが調整される。差の絶対値が所定の大きさをこえると
誤り条件が識別される。1秒間に3つの誤り条件が生ず
ると、同期をとることを再び指令されるまでは、タイマ
は交流電源の周波数に対する同期を停止させられる。
し次がって、本発明の目的はデジタル・タイマを交流電
源の周波数に同期させる方法を得ることである。
本発明の別の目的は、デジタル・タイマに工9維持され
るテジタル情報に対して希望の確度で長時間安定度を得
る方法を得ることである。
本発明の更に別の目的は、希望の確度および安定匿工9
低い確度お工び安定度を有するクロック信号源を利用す
るデジタル・タイマに、希望の確度で長時間安定度を最
低のコストで持几せることである。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図には、本発明の方法全寮施できるタイマ10のサ
ブシステムが示されている。ここで説明する実施例にお
いては、タイマ10は、本願の優先権主張の基礎を成す
米国特許出願と同時に本願出願人により出願された米国
特許出願「ローカル・エリア・ネットワークの物理的モ
ジュールのタイミング・サブシステムを同期する方法お
工び装置)」に開示されている発明のモジュール制御プ
ロセッサ装置(MCPU )のタイミング・サブシステ
ムである。
タイマ10の主要部品すなわちサブシステムは、1チツ
プのタイマ・マイクロプロセッサ12である。ここで説
明している実施例においては、そのタイマ・マイクロプ
ロセッサとしてはインテル(Intel)8051 を
使用できる。タイマ春マイクロプロセッサ12はそれに
関連するMCPU7’l:rセッサ(第1図には示され
ていない)刀瓢ら指令とデータを、そのMCPUプロセ
ッサのローカルのパス14と指令レジスタ16を介して
受ける。タイマ・マイクロプロセッサ12は、それの関
連するMCPUプロセッサ・バス14と、レジスタ・フ
ァイル18と、割込み発生器20とへ情報全速る。タイ
マ10の全てのサブシステムを完全に説明するために、
前記米国特許出願全参照する。
タイマ4マイクロプロセツサ12へはクロック・パルス
またはタイミング信号が水晶制御モジュール・クロック
22から与えられる。ここで説明している実施例におい
ては、モジュール−クロック22は周波数が9.6XI
O’Hz±0.05%  のりaツク−パルス全発生す
る。マイクロ7oセツサ12への別の主な入力はモジュ
ール電源24にエフ発生される交流基準タイミング信号
である。
交流基準タイミング信号の周波数は電気事業者のLつな
商用電源からモジュールを源24へ供給される交流を源
の周波数の関数である。交流電源の周波数は通常50H
z’!几は60Hzである。
ここで説明している実施例においてに、モジュール電源
24に工9発生される交流基準タイミング信号の周波数
は交流を源の周波数の2倍である。
モジュール電源24は、物理的モジュールの檻々のサブ
システムおよび部品(タイマーマイクロプロセッサ12
もその1つである)が必要とする適切な電圧の直流電力
も供給する。第1図に示されているタイマ10の他の部
品は、本発明の方法の夾施のためにはタイマ10により
便用されないものである。
タイマ10Fiそれ自身の時間すなわちそれ自身の内部
時間を維持する。これ金行うために、タイマ・マイクロ
プロセッサ12がiるオペレーション全行い、それの内
部時間を指定したレジスタに格納する。第2図において
、種々のタイミング信号と、それらのタイミング信号が
どのようにして発生されるかの関係が示されている。モ
ジュール・クロック22からのクロック信号の周波数は
、ここで説明している実施例においては、9.6X10
6Hz±0.05%で、カウンタ26に1912分の1
に分周されて、周期が1.25マイクa秒(μ秒〕であ
る内部タイミング信号を発生する。この1.25μ秒の
内部タイミング信号はタイマ・カウンタ28に工9分周
されて、同期が100μ秒である高分解度タイミング信
号を発生する。この100μ秒の高分解度タイミング信
号はカウンタ30において500分の1に分周されて、
周期が50ミリ秒(m秒)の同期タイミング信号を発生
する。この50m秒の信号はカウンタ32において20
分の1に分周されて、周期が1秒である冥時間タイミン
グ信号を発生する。
カウンタ28からの100μ秒高分解度タイミング信号
は累積のチックス・レジスタ(accumulated
  ticks  register)(ATR)33
  と低分解度補間レジスタ(CRIR)34へ与えら
れる。
ATR33f12バイト・レジスタでろって、この実施
例における50m秒の同期周期においては1.00μ秒
の信号の数すなわち周期を格納する。
CRIR34も2バイト・レジスタでろって、この実施
例における1秒の同期周期においてハエ00μ秒の信号
の数すなわち周期全格納する。
カウンタ30に工9発生された同期タイミング信号は累
積の同期タイミング信号(ASTS)レジスタ36へ与
えられる。このASTS レジスタは1バイト・レジス
タでるって、1秒間の同期中に発生された50m秒の同
期の数、すなわち同期タイミング信号の数音格納する。
カウンタ32にエフ発生される1秒のタイミング信号、
すなわち、実時間タイミング信号は低分解度の累積の秒
(CRAS)レジスタ38へ与えられる。このCRAS
レジスタ38は4バイト拳レジスタでろって、現在の時
間すなわち冥時間を格納する。このデータは秒で表され
几現在の世紀の年、月、日、時、分および秒で現在の時
間を構成する。
第3図は交流基準タイミング発生回路の回路図でろる。
発電機42からの1iovま几は220vの交流電力の
50サイクルまたは60サイクルが、逓降変圧器46の
1次コイル44に与えられる。
第1図に示されている波形Aは、変圧器46の2次巻線
48の端子間に誘起された電圧の波形でろる。この電圧
の周波数は発電機42に19発電された電圧の周波数と
同じである。2次巻線48の端子間電圧はダイオード5
0.51により全波整流されて、抵抗器52の端子間に
波形Bを生ずる。
抵抗器52の端子間に生じた電圧の周波数は発電機42
の発生電圧の周波数の2倍である。抵抗器52の端子間
電圧は演算増幅器54の非反転入力端子へ与えられる。
その演算増幅器の反転入力端子は基準電圧源へ接続され
る。演算増幅器54は、交流基準タイミング信号である
方形波(第1図の波形C)を出力端子に生ずる。交流基
準タイミング発生回路40により発生された交流基準タ
イミング信号の周波数は、モジュール電源24と交流基
準タイミング発生回路40へ与えられる交流電源の周波
数の2倍である。
第5図は、タイマ12を交流電源の周波数に同期させる
ために、指令レジスタ16を介してタイマ・マイクロプ
ロセッサ12に与えられた指令にエフ、そのマイクロプ
ロセッサが指令され几後で、交流基準タイミング発生回
路40にエフ発生された交流基準タイミング信号の高レ
ベルから低レベルへの各移行に対して、そのマイクロプ
ロセッサにより実行される交流電源割込みサービス・ル
ーチン(PLS  l5R)の流れ図である。
電力が最初に投入された後、またはマスタ/クリヤ回復
指令が実行された後で行われる初期化が行われると、タ
イマ・マイクロプロセッサ12がそれの電源周波数を決
定する。その友めに、マイクロプロセッサ12は受けた
交流基準タイミング信号の数、更に詳しくいえば50m
秒の周期中に受けた交流基準タイミング信号の高レベル
から低レベルへの移行の数をカウンタする。その数は、
交流電源の周波数が50Hzの時は5でるり、交流電源
の周波数が60Hzの時は6である。その数は、タイマ
・マイクロプロセッサ1201バイトの内部レジスタ(
R5060)56ヘロードされる。
タイマーマイクロプロセッサ12が初期化の後で、交流
電源の周波数に同期することを指令されると、そのマイ
クロプロセッサは変流基準タイミング信号の高レベルか
ら低レベルへの各移行についてそれのPLS  ISR
’を実行する状態に入る、すなわち、そのPLS  I
SRの実行を開始まる(B、C)。プログラムへの最初
のエンドIJイに際してfl、ATR32の内容、すな
わち、現在の50m秒中に経過し九すなわち起き次10
0μ秒同期の数が電源同期測定基準(LSMR)レジス
タ58へ書込まれる(D)。LSMRレジスタ58は2
バイト・レジスタである。ま7j、R5060レジスタ
56の内容が電源同期カウンタ(PSYCNT)80に
コピーされる(E)。それら2つの動作が終ると、PL
S  ISRはスタートへ戻り (S)、交流基準タイ
ミング信号の高レベルから低レベルへの次の移行の受け
とりを待つ。
2番目のそのような移行においてに、およびそノ後の七
のL5な各移行でに、タイマーマイクロプロセッサ12
はそれのPLS ISRの興行を開始°する。行われる
最初の動作にPSYCNT 60のカウント11−1だ
け減少しくF)、それの内容が零であるかどうかを調べ
ることでろる(G)。カウンタ60の内容が零でなけれ
ば、プログラム制御は割込みルーチンへ戻される。PS
YCNT 60  の内容が零に等しくなるたびに、タ
イマ・マイクロプロセッサ12は、[XJを決定するた
めに、LSMR58の内容をATR32の内容から差し
引くこと金プログラムに二り指令される(H)。Xの絶
対値が3に滴几ない時は、タイマ・マイクロプロセッサ
12の時間の内部の動き(5ense )は、Xが負で
あれば遅すぎ、Xが零であれば正しぐ、Xが正であれば
速すぎる。Xの絶対値が3に等しいか、3エク大きいと
(M)、誤りが生じ次とみなされる。
Xが負で、3に満たないと(J)、タイマ12のマイク
ロプロセッサは電源同期調整(PSADJ)レジスタ6
2′にセットして、タイマ12の1000μ秒割込みサ
ービスルーチン(l5R)に、次の100μ秒信号を5
0μ秒早く発生させるtめにカウンタ28全調整するこ
と、お!びR5060レジスタ56の内容をPSYCN
T 60ヘコピーすることを命令する。それらの動作が
終るとPLSISRは割込まれたプログラムへ戻る。X
が正で、3エク小さいと(L)、PLS  ISRはP
SADJレジスタ62をセットさせて、50μ秒遅れて
次の100μ秒信号を発生するためにカウンタ28を調
整すること、R5060レジスタの内容1kPSYCN
T6Q ヘコピーすること、次の交流基準タイミング信
号を受けるまでにPL  ISRを割込まれ次プログラ
ムへ戻すことを命令する。
X=Oであると(K)、PSADJ 62はクリヤされ
、100μ秒ISRによるカウンタ28 の調整は行わ
れない。R5060の内容はPSYCNT 60ヘロー
ドされ、PLS  ISRは、次の交流基準タイミング
信号を受けるまでに割込まれ之プログラムへ戻る。
Xの絶対値が3に等しいか、3エク大きい時に(M)、
PLS ISRはPSADJ レジスタ62の誤りフラ
ッグビットPWRFG’tセットさせる。
ATR32の内容がLSMRレジスタ58にコピーされ
、R5060の内容がPSYCNT6 (Iにコピーさ
れる。それからPLS  ISRが割込まれ比プログラ
ムへ戻る。任意の1秒周期において3つの誤り条件、す
なわち、Xの絶対値が3に等しいか、3エク大きい、が
生じたとすると、PLSISRは不能状態にされ、タイ
マーマイクロプロセッサ12の交流電源の周波数に同期
することをタイマーマイクロプロセッサ12が再び指令
されるまで、PLS  1.SRはその状態會保つ。
PLS  ISR#:t:、交流電源の周波数が50H
zの時は5番目ごとの交流基準タイミング信号が、交流
電源の周期が60 Hzの時は6番目ごとの交流基準タ
イミング信号が、各50m秒同期プラス・マイナス20
0μ秒以内の同じ相対的な時刻に生ずるかどうかを調べ
る。5個目の6番目の変流基準タイミング信号が、求め
られているプラス・マイナス200μ秒の窓以内に生ず
ると、PSADJレジスタ62において増速または減速
の指示器がセットまたはクリヤされる。この情報は、次
の100μ秒タイミング信号の発生を早くシ、またに遅
くするためにカウンタ28に50μ秒を実効的に加え、
またはカウンタ28から50μ秒を実効的に差し引くこ
とにエフ、カウンタ28を調整するtめに100μ秒I
SRK:エフ使用される。調整を求められない時は何も
行われない。5番目または6番目の交流基準タイミング
信号が求められている窓以内で受けられないとすると、
誤りフラッグがPSADJレジスタ62においてセット
され、タイマ28の調整は行われない。
本発明の方法の実施に使用されるタイマ・マイクロプロ
セッサ12のレジスタが第2図に示されている。ここで
説明している実施例においては2マイクロプロセツサ1
2の内部ランダム・アクセス・メモリのアドレス可能な
記憶場所がレジスタとして使用される。
以上の説明から、本発明は、タイマがそれの内部時間の
センスを、簡単かつ安価に、長時間にわ九って非常に正
確に維持できるようにするために、デジタル・タイマを
交流電源の周波数に同期させる方法全提供するものであ
ることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を実施するデジタル・タイマのブ
ロック図、第2図は本発明の実施に用いられる第1図の
デジタル・タイマのカウンタとレジスタの概略ブロック
図、第3図は交流基準タイミング信号全発生する回路の
回路図、第1図は第3図に示す回路の動作を説明するた
めに用いる波形図、第5図は本発明の方法の流れ図でろ
る。 10・φ・Φタイマ、12・・・ψタイマ・マイクロプ
ロセッサ、28・・・・カウンタ、33・・e・累積の
チックス赤レジスタ、42・e・・発電機、56・・・
・内部レジスタ、58・・・・電源同期タイミング信号
レジスタ、60・・・・電源同期カウンタ、62・・・
・電源同期調整レジスタ。 特許出願人  ハネウェル・インコーボレーテツド復代
理人 山川数11(Jtη為2名)IIGa+1.5

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内部タイミング信号の周期の整数倍である周期を
    有する内部高分解度同期および実時間タイミング信号を
    発生するデジタル・タイマを交流電源の周波数に同期さ
    せる方法において、 1、交流電源の周波数を決定する過程と、 2、交流電源の周波数の関数である周波数を有する交流
    基準タイミング信号を発生する過程と、 3、比較過程と、 4、所定の交流基準タイミング信号が発生される同期期
    間それぞれの期間中において高分解度タイミング信号の
    数をほぼ一定に保つために、高分解度タイミング信号の
    発生時刻を調整する過程と を備え、同期タイミング信号の周期は交流基準タイミン
    グ信号の周期により所定の整数分の1に分周でき、比較
    過程は、前記各同期期間中に前記所定の整数の交流タイ
    ミング信号が発生された時に、前記各同期期間中に発生
    された高分解度信号の数を、早い同期期間中に発生され
    た高分解度タイミング信号の数と比較するものであるこ
    とを特徴とするデジタル・タイマを交流電源の周波数に
    同期させる方法。
  2. (2)同期期間中に発生された高分解度タイミング信号
    の数を格納する第1のレジスタと、内部タイミング信号
    から高分解度タイミング信号を発生する第1のカウンタ
    とを含み、交流電源の周波数の関数である周波数を有す
    る交流基準信号源を有するデジタル・タイミング装置を
    交流電源に同期させる方法において、 A、初期化された時に、 1、同期期間中に発生された交流タイミング信号をカウ
    ントし、 2、過程1のカウントを第2のレジスタに格納する過程
    と、 B、前記デジタル・タイミング装置は、それの交流電源
    の周波数に同期することを指令された時に、その後で第
    1の基準タイミング信号を受けて、 3、第1のレジスタの内容を第3のレジスタにコピーし
    、 4、第2のレジスタの内容を第2のカウンタにコピーす
    る過程と、 C、前記第1の基準タイミング信号の後で各交流基準タ
    イミング信号を受けた時に、 5、第2のカウンタのカウントを1だけ減少させ、 6、第2のカウンタのカウントが零であるかどうか決定
    し、 7、第2のカウンタのカウントが零になるたびに、Xを
    決定するために、第1のレジス タの内容から第3のレジスタの内容を差し 引き、 8、Xが負で、それの絶対値が「m」に満たない時に、
    次の高分解度タイミング信号を 発生させるために第1のカウンタを調整し、9、Xが零
    に等しい時は第1のカウンタに対して調整を行わず、 10、Xが正で、それの絶対値が「m」に満たない時に
    、次の高分解度タイミング信号の 発生を遅らせ、 11、Xの絶対値がmに等しいか、mより大きい時に、
    誤り信号を発生して、第1のレジ スタの内容をコピーし、 12、過程9、10、11、12が終つた時に第2のレ
    ジスタの内容を第1のレジスタに コピーし、 13、過程5で始まる過程を繰り返えす過程とを備える
    ことを特徴とするデジタル・タイミング装置を交流電源
    の周波数に同期させる方法。
  3. (3)内部タイミング信号の周期の整数倍である周期を
    有する内部高分解度同期および実時間タイミング信号を
    発生するデジタル・タイマを交流電源の周波数に同期さ
    せる方法において、 1、交流電源の周波数を決定する過程と、 2、交流電源の周波数の関数である周波数を有する交流
    基準タイミング信号を発生する過程と、 3、比較過程と、 4、各同期期間中にn番目の交流基準タイミング信号が
    発生されるような各同期期間中において高分解度タイミ
    ング信号の数をほぼ一定に保つために、高分解度タイミ
    ング信号が発生される時刻を調整する過程と を備え、同期タイミング信号の周期を交流基準タイミン
    グ信号の周期により除した商は「n」であり、このnは
    零より大きい整数であり、前記比較過程は、前記各同期
    期間中にn番目の交流基準タイミング信号が発生された
    時に、各同期期間中に発生された高分解度タイミング信
    号の数を、基準同期期間中に発生された高分解度タイミ
    ング信号の数と比較することを特徴とするデジタル・タ
    イマを交流電源の周波数に同期させる方法。
  4. (4)50m秒の期間中に発生された100μ秒のタイ
    ミング信号の数を格納する自動チックス・レジスタ(A
    TR)と、1.25μ秒の内部タイミング信号から10
    0μ秒の高分解度タイミング信号を発生する高分解度カ
    ウンタとを含み、交流電源の周波数の関数である周波数
    を有する交流基準信号源を有するデジタル・タイミング
    装置を交流電源に同期させる方法において、 A、初期化された時に、 1、50m秒の期間中に発生された交流タイミング信号
    をカウントし、 2、過程1のカウントをR5060レジスタに格納する
    過程と、 B、前記デジタル・タイミング装置は、それの交流電源
    の周波数に同期することを指令された時に、その後で第
    1の基準タイミング信号を受けて、 3、ATRレジスタの内容を電源同期測定レジスタ(L
    SMR)にコピーし、 4、R5060の内容を電源同期カウンタ(PSYCN
    T)にコピーする過程と、 C、前記第1の基準タイミング信号の後で各交流基準タ
    イミング信号を受けた時に、 5、PSYCNTカウンタのカウントを1だけ減少させ
    、 6、PSYCNTカウンタのカウントが零であるかどう
    か決定し、 7、PSYCNTカウンタのカウントが零になるたびに
    、Xを決定するために、ATRの 内容から第3のレジスタの内容を差し引き、8、Xが負
    で、それの絶対値が「m」に満たない時に、次の100
    μ秒タイミング信号 を50μ秒早く発生させるために高分解度 カウンタを調整し、 9、Xが零に等しい時は高分解度カウンタに対して調整
    を行わず、 10、Xが正で、3に満たない値を有する時に、次の1
    00μ秒タイミング信号の発生を50μ秒だけ遅らせ、 11、Xの絶対値が3に等しいか、3より大きい時に、
    誤り信号を発生して、ATRの内 容をLMSRにコピーし、 12、過程9、10、11または12が終つた時にR5
    060の内容を電源同期カウンタにコピーし、 13、過程5で始まるプロセスを繰り返えす過程と を備えることを特徴とするデジタル・タイミング装置を
    交流電源の周波数に同期させる方法。
JP60282128A 1984-12-17 1985-12-17 デジタル・タイマを交流電源の周波数に同期させる方法 Granted JPS61191985A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/682,646 US4583865A (en) 1984-12-17 1984-12-17 Real time clock synchronization
US682646 1984-12-17

Publications (2)

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