增量式光電編碼器計(jì)數(shù)與接口電路設(shè)計(jì)

1、議持電袖年第期矗，咯聰矗梯蝴，釤；力一設(shè)計(jì)分析，增量式光電編碼器計(jì)數(shù)與接口電路的設(shè)計(jì)費(fèi)偉中，沈建新，周勇（浙江大學(xué)，浙江杭州）摘要：設(shè)計(jì)了一種簡單且高精度的接口電路，實(shí)現(xiàn)了硬件鑒相、倍頻（提高精度）和計(jì)數(shù)，可與微機(jī)或并行通訊，并消除了硬件延時(shí)可能引起的錯(cuò)誤。關(guān)鍵詞：增量式光電編碼器；接口；汁數(shù)；鑒相中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號：（），（，）：，：；引言光電編碼器在現(xiàn)代電機(jī)控制系統(tǒng)中常常用以檢光電編碼器的可利用的最高精度為。、日信號的相位關(guān)系體現(xiàn)了光電編碼器旋轉(zhuǎn)方向。例如，當(dāng)光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，超前。，如圖所示；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，日超前。因此，鑒相電路通過、的相位關(guān)系來判斷旋轉(zhuǎn)方向，并且據(jù)此

2、決定當(dāng)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)時(shí)應(yīng)該對當(dāng)前計(jì)數(shù)值加還是減。圖中還用一個(gè)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)鑒相口；并用一個(gè)異或門從、信號產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，起到倍頻作用，所以精度是，最大脈沖頻率為測轉(zhuǎn)子的位置與速度。光電編碼器分兩大類，即絕對式和增量式。絕對式光電編碼器具有與微機(jī)或的接口，使用方便，但是價(jià)格高。增量式光電編碼器不具有計(jì)數(shù)和接口電路，一般是輸出、脈沖信號，但是價(jià)格較低，因此比較常用。增量式光電編碼器的輸出信號往往直接連接到微機(jī)或的計(jì)數(shù)器輸入端，由其軟件來鑒相和計(jì)數(shù)，因此占用了微機(jī)的硬件資源和軟件執(zhí)行時(shí)間。當(dāng)微機(jī)運(yùn)行繁忙時(shí)，可能會出現(xiàn)漏計(jì)或誤計(jì)現(xiàn)象。市場上也有專用的光電編碼器計(jì)數(shù)與接口電路，但是價(jià)格昂貴，使用也比較復(fù)雜。

3、為此，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單且精度高的接口電路，具有硬件鑒相與計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)結(jié)果以并行口輸出，可與微機(jī)直接接口。在并行口之前還用鎖存電路來消除硬件電路自身的延時(shí)所可能引起的計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，減輕了后續(xù)微機(jī)的軟件負(fù)擔(dān)。，其中是轉(zhuǎn)速（）。廠廠廠胍胍?guī)讖V】（）原理電路（）波形（順時(shí)針）圖鑒相電路及其相應(yīng)波形光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，信號超前曰。（如圖所示），觸發(fā)器輸出（波形肜）為高電平，（波形販）為低電平，則下面的與非門開通，計(jì)數(shù)器脈沖通過（波形），送至雙向計(jì)數(shù)器的加脈沖輸入端一，如圖所示，進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；此時(shí)上面的與非門關(guān)閉，其輸出為高電平（波形）。當(dāng)光電編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，情況相反。這里使用了四片實(shí)現(xiàn)位計(jì)數(shù)，所

4、測得位置信號的范圍為一（順時(shí)針方向），或（即）（卡目當(dāng)于一）鑒相與計(jì)數(shù)電路增量式光電編碼器輸出、兩個(gè)互差。的方波信號，每轉(zhuǎn)一周每個(gè)信號輸出，個(gè)脈沖。所以，收稿日期：改稿日期：萬方數(shù)據(jù)（逆時(shí)針方向），如圖所示。編碼器每轉(zhuǎn)一周也會同時(shí)輸出一個(gè)標(biāo)記窄脈沖，用來同時(shí)重置所有的計(jì)數(shù)器，如圖和圖所示。圖計(jì)數(shù)電路（）順時(shí)針（）逆時(shí)針圖計(jì)數(shù)流程圖吲糾錯(cuò)與并行接口電路計(jì)數(shù)電路是由四個(gè)計(jì)數(shù)器串聯(lián)的，每個(gè)計(jì)數(shù)器有約的延時(shí)，因此四個(gè)計(jì)數(shù)器可能沒有同時(shí)準(zhǔn)備好。當(dāng)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖出現(xiàn)后要過第一個(gè)計(jì)數(shù)器才準(zhǔn)備好后，后四個(gè)計(jì)數(shù)器才都準(zhǔn)備好。如果在這段時(shí)間內(nèi)微處理器讀取數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)將出現(xiàn)錯(cuò)誤。例如，若當(dāng)前的數(shù)據(jù)為，這時(shí)增計(jì)數(shù)端

5、出現(xiàn)一個(gè)脈沖，則計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)變化為：斗陽，雖然這個(gè)過程只發(fā)生在內(nèi)，但這段時(shí)問對微處理器而言是很長的，如果此時(shí)讀取數(shù)據(jù)就有可能出現(xiàn)、等錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。為了避免該錯(cuò)誤的發(fā)生，這里設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存電路，如圖所示。鎖存器的觸發(fā)窄脈沖比計(jì)數(shù)脈沖職或職（上升沿有效）延時(shí)半個(gè)周期，且計(jì)數(shù)脈沖的半個(gè)周期須，如圖所示。這樣，當(dāng)計(jì)數(shù)器未穩(wěn)定時(shí)，其輸出數(shù)據(jù)不會通過鎖存器。另外，圖中也示出了微機(jī)讀取數(shù)據(jù)所需的并行口緩存電路。這里，鎖存和緩存均用實(shí)現(xiàn)。計(jì)數(shù)酗圖糾錯(cuò)與并行接口電路框圖計(jì)數(shù)脈沖廠廠廠裂（。）原理電路（）相關(guān)波形圖鎖存器觸發(fā)脈沖電路及波形實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)中采用了一個(gè)的光電編碼器。圖萬方數(shù)據(jù)觸持電棚年第期為計(jì)數(shù)脈沖（下波

6、形）和鎖存器觸發(fā)脈沖（上波形）。計(jì)數(shù)脈沖的上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)器，但是此時(shí)鎖存器是封鎖的，這樣尚未穩(wěn)定的計(jì)數(shù)值不會通過。在計(jì)數(shù)脈沖的下降沿，計(jì)數(shù)器早已穩(wěn)定，這時(shí)一個(gè)窄的正脈沖觸發(fā)鎖存器使得正確的計(jì)數(shù)結(jié)果保持在鎖存器的輸出口，供微處理器隨時(shí)讀取。圖為計(jì)數(shù)器加脈沖輸入端信號職（下波形）和微機(jī)讀取計(jì)數(shù)結(jié)果后通過一個(gè)位的轉(zhuǎn)換器輸出波形（上波形）?？梢钥闯?，當(dāng)光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，職信號有脈沖，計(jì)數(shù)結(jié)果增加，輸出波形是上升的；反之，當(dāng)光電編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，職信號無脈沖，計(jì)數(shù)結(jié)果減小，輸出波形是下降的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的鑒相、計(jì)數(shù)和接口電路的正確性。（）計(jì)數(shù)脈沖（）和（）計(jì)數(shù)器加脈沖信號（）和結(jié)果鎖存器

7、觸發(fā)脈沖（上）經(jīng)轉(zhuǎn)換后的輸出波形（上）圖實(shí)測波形結(jié)語本文設(shè)計(jì)了增量式光電編碼器的一種簡單且高精度的鑒相、計(jì)數(shù)和接口電路，可根據(jù)光電編碼器的轉(zhuǎn)向進(jìn)行遞增或遞減計(jì)數(shù)，并可與微機(jī)或直接進(jìn)行并行通訊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的正確性。需要指出的是，本電路上電后，只有在出現(xiàn)一次脈沖之后檢測結(jié)果才正確。參考文獻(xiàn)付旭東，付瀛，徐冰位置檢測裝置一光電編碼器沈陽電力高等?？茖W(xué)學(xué)報(bào)，（）：吳志剛光電編碼器的原理與應(yīng)用浙江冶金，：相對光電編碼器的鑒相和計(jì)數(shù)電路：劉飛龍，裴海龍光電脈沖編碼器四倍頻電路的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用自動(dòng)化儀表，（）：肖本賢一種提高轉(zhuǎn)速測量范圍與精度的新方法自動(dòng)化儀表，（）：，：作者簡介：費(fèi)偉中（一），男，主

8、要研究永磁電機(jī)。增量式光電編碼器計(jì)數(shù)與接口電路的設(shè)計(jì)作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次數(shù)：費(fèi)偉中， 沈建新， 周勇， FEI Wei-zhong， SHEN Jian-xin， ZHOU Yong浙江大學(xué),浙江杭州,310027微特電機(jī)SMALL & SPECIAL ELECTRICAL MACHINES2007,35(1)3次參考文獻(xiàn)(6條)1.付旭東.付瀛.徐冰 位置檢測裝置-光電編碼器期刊論文-沈陽電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào) 2002(10)2.吳志剛 光電編碼器的原理與應(yīng)用期刊論文-浙江冶金 2001(02)3.Stargon 相對光電編碼器的鑒相和計(jì)數(shù)電路4.劉飛龍.裴海龍 光電脈沖編碼器四倍頻電路的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用期刊論文-自動(dòng)化儀表 2002(09)5.肖本賢 一種提高轉(zhuǎn)速測量范圍與精度的新方法 1997(11)6.Shen JX Sensorless Control of Permanent Magnet Brushless Drivers 2003引證文獻(xiàn)(3條)1.李光忠.吳士濤 一種位移速度傳感器的設(shè)計(jì)期刊論文-傳感器與微系統(tǒng) 20