数字周期分割器的制造方法
【专利说明】数字周期分割器
[0001]相关串请案的交叉参考
[0002]本申请案主张于2013年3月12日提出申请的标题为“数字周期分割器(DIGITALPER1D DIVIDER) ”的美国临时申请案第61/777，704号的权益，所述美国临时申请案以全文方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及一种数字周期分割器。
[0004]在数字应用中，通常需要精确地分割未知频率。举例来说，需要将由电动机的旋转确定的频率分割成360个步阶，其中每一步阶指示一度的旋转。例如频率为50Hz或60Hz的电力干线信号的其它信号可需要类似处理。
【发明内容】
[0005]根据各种实施例，一种数字周期分割器可包括:第一计数器，其包括R个最低有效位(LSB)及P个最高有效位(MSB)，具有计数输入及复位输入，其中所述计数输入接收第一时钟信号且所述复位输入接收第二时钟信号；锁存器，其具有P个位且与所述第一计数器的所述P个位耦合；第二计数器，其具有P个位，包括计数输入及复位输入，其中所述计数输入接收所述第一时钟信号；及第一比较器，其可操作以将所述锁存器的所述P个位与所述第二计数器的所述P个位进行比较且产生输出信号，其中所述输出信号也馈送到所述第二计数器的所述复位输入。
[0006]根据又一实施例，所述第一计数器可包括串联连接的MSB计数器及LSB计数器。根据又一实施例，所述LSB计数器可为模数计数器且所述模数可为180或360。根据又一实施例，所述LSB计数器可与模数比较器的第一输入耦合，所述模数比较器具有与模数寄存器耦合的第二输入，其中所述模数比较器的输出使所述LSB计数器停止且对所述MSB计数器计时。根据又一实施例，所述第一时钟信号可为已知系统时钟且所述第二时钟信号为具有小于所述系统时钟的未知频率的信号。
[0007]根据另一实施例，一种系统可包括如上文所描述的数字周期分割器，且所述系统进一步包括:第三计数器，其具有P个位且包括复位输入及计数输入，其中所述复位输入接收所述第二时钟信号且所述计数输入接收所述第一比较器的所述输出信号；用户值寄存器；第二比较器，其可操作以将所述第三计数器的值与所述用户值寄存器进行比较；及触发器，其具有设定及复位输入，其中所述设定输入接收所述第一时钟信号且所述复位输入接收所述第二比较器的输出信号。
[0008]根据所述系统的又一实施例，所述第二时钟信号可由与电动机耦合的传感器形成。根据所述系统的又一实施例，所述传感器产生电动机轴的每全旋转至少一个脉冲。根据所述系统的又一实施例，所述传感器为霍尔(Hall)或光学传感器。
[0009]根据再一实施例，一种用于分割未知频率的周期的方法包括:接收一系列索引脉冲；借助于具有P个最高有效位及R个最低有效位且通过系统时钟计时的第一计数器来测量两个连续索引脉冲之间的时间；锁存所述最高有效位；及将所述经锁存值与通过所述系统时钟计时的第二计数器进行比较，且在所述第二计数器等于所述经锁存最高有效位时产生输出脉冲。
[0010]根据所述方法的又一实施例，所述第一计数器可包括串联连接的MSB计数器及LSB计数器。根据所述方法的又一实施例，所述LSB计数器可为模数计数器且所述模数可为80或360。根据所述方法的又一实施例，可将所述LSB计数器与模数比较器的第一输入耦合，所述模数比较器具有与模数寄存器耦合的第二输入，其中所述模数比较器的输出复位所述LSB计数器且对所述MSB计数器计时。根据所述方法的又一实施例，所述第一时钟信号可为已知系统时钟且所述第二时钟信号为具有小于所述系统时钟的未知频率的信号。根据所述方法的又一实施例，所述方法可进一步包括:从所述输出脉冲产生脉冲宽度调制(PWM)信号。根据所述方法的又一实施例，可由旋转式机器产生所述索引脉冲，且其中所述经测量周期为旋转周期。根据所述方法的又一实施例，所述方法可包括:运用所述索引脉冲来对具有P个位的第三计数器计时且运用所述输出脉冲来复位所述第三计数器；将所述第三计数器的值与用户值进行比较；及运用所述索引脉冲来设定触发器且在所述第三计数器等于所述用户值时复位所述触发器。根据所述方法的又一实施例，可由与电动机耦合的传感器产生所述索引脉冲。根据所述方法的又一实施例，所述传感器可产生电动机轴的每全旋转至少一个脉冲。根据所述方法的又一实施例，所述传感器为霍尔或光学传感器。
[0011]根据再一实施例，一种微控制器可包括:中央处理单元(CPU);可配置定时器单元，其包括多个定时器；可配置捕获/比较单元；可配置逻辑单元；其中所述CPU可操作以配置所述定时器、捕获/比较单元及逻辑单元以形成如上文所描述的数字周期分割器或系统。
[0012]根据所述微控制器的又一实施例，所述微控制器可进一步包括可操作以将输入及输出信号指派给所述定时器单元、捕获/比较单元及/或逻辑单元的可编程内部路由逻辑。
【附图说明】
[0013]图1展示根据各种实施例的数字周期分割器的框图；
[0014]图2展示使用图1的周期分割器的第一应用实施例；
[0015]图3展示使用图1的周期分割器的另一应用；
[0016]图4展示经设计以体现根据各种实施例的周期分割器的微控制器；
[0017]图5展示可用作周期分割器的第一计数器的LSB计数器的模数计数器的实施例。
【具体实施方式】
[0018]图1展示根据各种实施例的数字周期分割器的框图。第一计数器可由两个计数器110及115形成，其中具有P个位的第一计数器与具有R个位的第二计数器115串接。因此，计数器110提供最高有效位(MSB)且计数器115提供最低有效位(LSB)。然而，根据其它实施例，可使用具有P+R个位的单个计数器。假使使用两个计数器，那么计数器115的溢位对计数器110的输入计时。提供高频率时钟源150 (举例来说，32MHz系统时钟)，高频率时钟源150针对第一计数器110、115提供计数时钟输入信号。第一计数器(或经组合计数器110、115)具有从频率源130接收未知频率X的复位输入。具有P个位的锁存器120与计数器110耦合且因此与第一计数器的MSB耦合。未知频率触发锁存器120的负载输入。具有P个位的第二计数器160在其计数输入处接收系统时钟的时钟信号。提供将锁存器120的值与第二计数器160的计数值进行比较的比较器140。如果相等，那么比较器140的输出变高(或低)且可用以复位第二计数器。此外，比较器的输出信号提供经分割时钟信号XX2r。
[0019]据广泛接受，在控制旋转式机器时正弦、余弦及正切计算是有必要的，但根据各种实施例提供旋转脉冲到角度转换。
[0020]参考图2，提供图1中所展示的周期分割器的第一应用。如上文所提及，(举例来说)电动机或其它旋转式机器的具有周期M的未知频率经提供到周期分割器。电路110、115、120、140、150及160测量旋转周期，且(b)形成为旋转频率的固定倍数的时钟。通常，此可为每旋转度数一个时钟(也就是说，360倍)或任何方便倍数。机器可应用于电动机系统或例如具有50Hz或60Hz的频率或任何其它未知频率信号的AC电力线的系统。
[0021]参考图2，机器需要2个输入。未知频率输入(举例来说电动机脉冲)供应在电动机的情形中指示电动机已转动一转的参考。举例来说，可从霍尔效应传感器或光学中断器获得此信号，如下文将更详细地讨论。一些应用可供应每转一个以上脉冲，且为了讨论，我们将此视为M cps (循环/秒)。另一输入为任何方便频率的固定时钟源，只要其比预期输入信号快得多。举例来说，6000RPM电动机产生10cps的输入，且如果机器设定为乘以360 (每旋转度一个时钟)，那么输出将为36000Hz。32MHz的时钟源几乎快1000倍，因此是足够的。
[0022]如上文所提及，根据一些实施例，第一计数器可为实际上两个计数器115及110。计数器115随着每一时钟脉冲进展，且经图解说明为针对模数2%十数具有R个位。计数器115可为例如360或180的任何模数，且为了讨论，我们称计数器115具有模数R。计数器120持有P个位且每当计数器115翻转时进展。总之，这些计数器115、110对电动机的I转所需要的时钟脉冲的数目计数。随着每一转，计数器120的当前值捕获于锁存器120中，且整个第一计数器115、110被复位为零。在数学上，锁存器120接收由R分割的随着未知频率的每一循环而更新的每转时钟脉冲的总数目的值。计数器110的大小(P的值)必须经选择以防止计数器溢位，从而知晓周期M及时钟频率。同时，第二计数器160随着每一时钟脉冲进展，且计数直到其达到等于经锁存值的值为止。在相等时，相等逻辑140发射单个脉冲且第二计数器160复位为零。如将了解，第二计数器160将在经锁存值改变之前执行此总计R次，且因此将存在针对未知信号(举例来说，电动机旋转信号)的每一循环发射的R个相等脉冲。因此，已达成在输出170处产生时钟序列的速度为产生电动机索引脉冲的R倍的目标，且虽然要在一个循环之后，但每逢电动机速度改变，新时钟序列将改变频率。可通过配置电动机以产生每转许多脉冲及按比例减小R来改进延时。
[0023]在图中也展示第三计数器250、用于存储值UV的用户值寄存器230及SR锁存器220。此表示类似于具有Pf