旋轉(zhuǎn)編碼器的抗抖動(dòng)計(jì)數(shù)電路

1、旋轉(zhuǎn)編碼器的抗抖動(dòng)計(jì)數(shù)電路旋轉(zhuǎn)應(yīng)用于角度定位或測(cè)量時(shí)，通常有a、b、z三相輸出。旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出波形見圖1。a相和b相輸出占空比為50的方波。編碼器每轉(zhuǎn)一周，a相和b相輸出固定數(shù)目的脈沖(如100個(gè)脈沖)。當(dāng)編碼器正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，a相比b相超前四分之一個(gè)周期；當(dāng)編碼器反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，b相比a相超前四分之一個(gè)周期。a相和b相輸出方波的相位差為90±45°。編碼器每轉(zhuǎn)一周，z相輸出一個(gè)脈沖。因?yàn)榫幋a器每轉(zhuǎn)一周，a相和b相輸出固定數(shù)目的脈沖，則a相或b相每輸出一個(gè)脈沖，表示編碼器旋轉(zhuǎn)了一個(gè)固定的角度。當(dāng)z相輸出一個(gè)脈沖時(shí)，表示編碼器旋轉(zhuǎn)了一周。因此旋轉(zhuǎn)編碼器可以測(cè)量角位移及位移方向。問(wèn)題

2、出在伺服系統(tǒng)停止工作時(shí)，若無(wú)鎖定，則旋轉(zhuǎn)軸受外力(如風(fēng)力影響)可能自由晃動(dòng)，因而引起編碼器輸出波形顫動(dòng)，2所示，從而引起誤計(jì)數(shù)。在這種狀況下，就不能對(duì)波形舉行正確計(jì)數(shù)。雖然可以通過(guò)軟件設(shè)置標(biāo)記狀態(tài)，用記錄歷史狀態(tài)的變幻來(lái)濾除誤計(jì)數(shù)，但是程序耗費(fèi)頗大。因此，本人設(shè)計(jì)了一個(gè)抗顫動(dòng)計(jì)數(shù)，它能夠自動(dòng)消退顫動(dòng)造成的誤計(jì)數(shù)。1 抗顫動(dòng)計(jì)數(shù)電路原理圖圖3是抗顫動(dòng)計(jì)數(shù)電路原理圖。此電路濾除了旋轉(zhuǎn)編碼器輸出波形的顫動(dòng)現(xiàn)象。該電路分為四個(gè)部分：譯碼電路u4a；互鎖電路u5a、u5b；正旋計(jì)數(shù)鏈j1、j3、j5和反旋計(jì)數(shù)鏈j2、j4、j6。u4a為二四譯碼器，u5a、u5b為與門，j1j6為d觸發(fā)器。正旋計(jì)數(shù)鏈負(fù)責(zé)

3、對(duì)編碼器正向旋轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)，反旋計(jì)數(shù)鏈負(fù)責(zé)對(duì)編碼器反向旋轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)。2 抗顫動(dòng)計(jì)數(shù)電路工作分析圖4為二四譯碼器輸出的波形譯碼器產(chǎn)生d、a、b、c四種不同的狀態(tài)。在圖3中當(dāng)b=0、a=0時(shí)，譯碼器 q0輸出為d狀態(tài)，d狀態(tài)為高電平。當(dāng)b=0、a=1時(shí)，譯碼器q1輸出為a狀態(tài)，a狀態(tài)為高電平。當(dāng)b=1、a=1時(shí)，譯碼器 q2輸出為b狀態(tài)，b狀態(tài)為高電平。b狀態(tài)不影響計(jì)數(shù)和方向確定，在圖3電路中沒(méi)有用法。當(dāng)b=1、a=0時(shí)，譯碼器q3輸出為c狀態(tài)，c狀態(tài)為高電平。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，譯碼器輸出的狀態(tài)挨次為d、a、b、c、d、a、b、c。4所示。當(dāng)b=0、a=0時(shí)，進(jìn)入d狀態(tài)，與門u5a的pin2=a

4、=0(pin是管腳的意思)，于是u5a的輸出pin3=0。d觸發(fā)器j1的r=d=1、s=0，因此j1被清0。與門u5b的pin5=c=0，于是u5b的輸出pin4=0。d觸發(fā)器j2的r=d=1、s=0，因此j2也被清0。這時(shí)j1、j2的端都為1，與門u5的 pin1=pin6=1，u5a和u5b都處于等待開門狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)入狀態(tài)a時(shí)，q1=a=1，u5a的pin2=a=1。因?yàn)閏=0?所以j2的端仍為1，u5a的pin1=1?u5a的輸出pin3=1。j1的r=d=0、s=1，因此j1被置1。j1的q=1，=。j1的q=1，正旋標(biāo)記送到了j3的d端。同時(shí)j1的端關(guān)閉了u5b。在下一個(gè)d浮現(xiàn)之前，全

5、部的c脈沖都不會(huì)轉(zhuǎn)變j2的狀態(tài)。這就是說(shuō)，j1、j3、j5組成的正旋計(jì)數(shù)鏈被打開，j2、j4、j6組成的反旋計(jì)數(shù)鏈被阻斷。u5a、u5b、j1、j2完成互鎖的功能。在進(jìn)入狀態(tài)a時(shí)，j3的r=a=1、s=0，j3被清0，j5的r=a=1、s=0，j5被清0。在進(jìn)入狀態(tài)c前，j3的r=0、s=0、d=1，j3處于待觸發(fā)狀態(tài)。j3的clk=c，當(dāng)c脈沖升高沿過(guò)后，d=1被打入j3的q端，正旋標(biāo)記送到了j5的d端。在進(jìn)入狀態(tài)d前，j5的r=a=0、s=0，j5處于待觸發(fā)狀態(tài)。j5的clk=d，當(dāng)d脈沖升高沿過(guò)后，d=1被打入j5的q端，正旋標(biāo)記送到了正旋計(jì)數(shù)輸出端。正旋計(jì)數(shù)輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖?。?/p>

6、此為止，完成了一次正旋計(jì)數(shù)。當(dāng)由狀態(tài)d進(jìn)入狀態(tài)a時(shí)，j5的r=a=1、s=0，j5被清0，正旋計(jì)數(shù)輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?。由此可知，?dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)a相和b相的每一個(gè)完整周期，正旋計(jì)數(shù)輸出端都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的一個(gè)脈沖。a的浮現(xiàn)搶到了正旋計(jì)數(shù)權(quán)。惟獨(dú)在d重新浮現(xiàn)后，脈沖c才可能有機(jī)會(huì)搶到反旋計(jì)數(shù)權(quán)。從而保證了一旦進(jìn)入正旋計(jì)數(shù)狀態(tài)，不全完成這一過(guò)程，就進(jìn)入不了反旋計(jì)數(shù)狀態(tài)。運(yùn)行時(shí)有可能從狀態(tài)a返回狀態(tài)d，結(jié)果這只不過(guò)釋放正旋計(jì)數(shù)權(quán)。因這時(shí)正旋標(biāo)記還只在j3輸入端上，a浮現(xiàn)時(shí)已把j3清0。d狀態(tài)只會(huì)把0送給j5的q端，因此不會(huì)產(chǎn)生誤計(jì)數(shù)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，譯碼器輸出的狀態(tài)挨次為d、c

7、、b、a、d、c、b、a。這種狀況的分析辦法與正向旋轉(zhuǎn)的分析辦法相同，這里不再講述。這就好比接力賽。在一個(gè)只允許上一個(gè)人的封閉的環(huán)形跑道上依次勻稱設(shè)d、a、b、c四個(gè)站，立四個(gè)裁判員。d點(diǎn)為起止點(diǎn)、出入口，持棒運(yùn)動(dòng)員沿環(huán)形跑道一站站往下跑。d裁判長(zhǎng)的職責(zé)是：運(yùn)動(dòng)員往a去(順行)，告示："有人，正向"；往c去(逆行)，告示："有人，反相"。其他裁判員的職責(zé)是給到達(dá)本站的運(yùn)動(dòng)員發(fā)簽證(計(jì)數(shù)標(biāo)記)，往回跑，撤銷簽證。d裁判長(zhǎng)的計(jì)分規(guī)章是：憑其他裁判的簽證齊全加牌示，正，加一分，反，減一分，然后撤銷簽證。簽證不齊到d，則不計(jì)分，撤銷簽證。運(yùn)動(dòng)員在跑道內(nèi)往返跑或坐

8、時(shí)，d裁判視若無(wú)睹。例如在圖2中，當(dāng)從狀態(tài)d進(jìn)入狀態(tài)a時(shí)，正旋標(biāo)記送到j(luò)3的d端。此后的a、b、a、b、a、b都不起作用，只是把j3和j5反復(fù)清0。當(dāng)從狀態(tài)b進(jìn)入狀態(tài)c時(shí)，正旋標(biāo)記送到j(luò)5的d端。當(dāng)從狀態(tài)c進(jìn)入狀態(tài)d時(shí)，正旋標(biāo)記送到正旋計(jì)數(shù)輸出端，同時(shí)j1和j2被清零。在從狀態(tài)d進(jìn)入狀態(tài)c后，反旋標(biāo)記送到j(luò)4的d端。同時(shí)，d=0被打入j3的q端，這時(shí)j5的d端為零。在從狀態(tài)c回到狀態(tài)d后，反旋計(jì)數(shù)權(quán)被釋放。但是，因?yàn)閖5的d端為零，雖然這里再次浮現(xiàn)狀態(tài)d，該d脈沖不會(huì)發(fā)生計(jì)數(shù)，這就是抗顫動(dòng)。圖5為抗顫動(dòng)計(jì)數(shù)電路的輸出波形。此電路計(jì)數(shù)頻率可達(dá)10mhz。a相和b相輸入前應(yīng)予整形，須要時(shí)還要舉行光電隔離。本人把此電路用于對(duì)天線云臺(tái)角度的定位與測(cè)量。天線云臺(tái)有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，俯仰角從090度，方位角從0354度。旋轉(zhuǎn)編碼器用的是omron公司的e6a2。此編碼器每轉(zhuǎn)一周，a相或b相輸出一百個(gè)脈沖。由此可得，抗顫動(dòng)計(jì)數(shù)電路每輸出一個(gè)脈沖，編碼器旋轉(zhuǎn)的角度是3.6度。假如加上變速齒輪將會(huì)提高角度