基于單片機(jī)的增量式光電編碼器接口的設(shè)計(jì)

1、!可通計(jì)數(shù)J相(%)向!計(jì)"#數(shù)值翻轉(zhuǎn)!別定時用于別!沿V方保持I*不變!由于%!I的輸出任意時刻只有一位輸出為低"與直接查詢編碼器E在狀態(tài)轉(zhuǎn)J輸出信號相比"換判斷時"將字節(jié)判斷轉(zhuǎn)換成位判斷"狀態(tài)判斷代碼由至少!條減少至%條"可以大大提高程序執(zhí)行效率!分別記錄原Ta2字節(jié)保存原狀態(tài)低兩位有效"狀態(tài)E其它位為$!J信號位"&$暫存新讀入狀態(tài)"用于判向計(jì)數(shù)!程序流程如圖!所示"關(guān)鍵代碼段如下#USRCA0TW0%!錯誤狀態(tài)%上一狀態(tài)為%時狀態(tài)判斷>TWA0b%#$%上一狀態(tài)為#時狀態(tài)判

2、斷>TWA0b#$%上一狀態(tài)為!時狀態(tài)判斷>TWA0b!#$E22%#$%計(jì)數(shù)值Z%圖!程序流程$CA00CS?$#$%保護(hù)現(xiàn)場STX&$"R$%查詢端口%根據(jù)原狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)判向代碼段STX2R0&"!USRbSTXE"Ta2%USR"EZ2R0&%USRb#USR>TWA0b$%USR>TWA0b%USR>TWA0b#%USR>TWA0b!%>TWA0b$#%上一狀態(tài)為$時狀態(tài)判斷UAJ&$B!"CA0TW0%!狀態(tài)未改變UAJ&$BF"E22%!新

3、狀態(tài)為Z狀態(tài)UAJ&$B#"WJJ%!新狀態(tài)為V狀態(tài)%$&萬方數(shù)據(jù)USR;EX?;0E0?;WJJ%#%計(jì)數(shù)值V%;EX?;0E0?#STXTa2E"&$B$STXTa2J"&$B%CA0TW0#%恢復(fù)現(xiàn)場并中斷返回針對上述情況"有以下幾個需要注意的問題#/6查詢時間間隔的設(shè)置不小于最大中斷程序執(zhí)行的時間!+6程序上電復(fù)位時就應(yīng)讀取編碼器信號初始化狀態(tài)保存至Ta2"同時清零Ta2的高H位!以便第一查詢周期正常查詢判向計(jì)數(shù)!06如果選擇%方式"去掉%"#"!狀態(tài)計(jì)數(shù)判向代碼段%選擇#方

4、式"去掉%"!狀態(tài)的計(jì)數(shù)判向代碼段%并修改相應(yīng)的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)指令即可!56如果設(shè)定查詢時間間隔為1"光電編碼器的線數(shù)為2"則光電編碼器的最高轉(zhuǎn)速(-K21!以保證每一個狀態(tài)至少采樣#次"計(jì)數(shù)不丟失!26對于抖動脈沖"由于設(shè)置了查詢時間間隔"因此本身就具有一定的低通濾波作用!在查詢判向計(jì)數(shù)中的狀態(tài)判斷進(jìn)一步提高了計(jì)數(shù)的可靠性!因此對前面描述的高頻抖動具有較強(qiáng)的去抖動能力!B"!中斷方式一般來說中斷方式要比工作在查詢方式下占用的系統(tǒng)資源少得多"而且可靠性會有所提高"所以這里提出一種中斷計(jì)數(shù)方式"

5、;選取#K譯碼器譯碼之后的信號作為中斷信號源"%方式選取b$"#方式選取b$和b#"K方式則譯碼K位輸出信號都做為中斷信號源!K方式電路如圖K所示!機(jī)械與電子(#$H)%#*"&點(diǎn)是#由于響應(yīng)快!不可避免存在對于信號沿抖動誤響應(yīng)"抗抖動能力較查詢方式差"這可以通過軟件延時讀取端口判向計(jì)數(shù)來提高可靠性!不管采取什么方法判向計(jì)數(shù)!其計(jì)數(shù)誤差可以保證在e%以內(nèi)"!數(shù)據(jù)輸出接口圖K!中斷方式電路光電編碼器的輸出信號EJ!接入GKa;%!I的輸入端EJ!c$!c%!c#!c!是%!I輸出信號b$!%!b#!b!通過單穩(wěn)電路的下

6、降沿微分信號!CA0%Yc$dc%dc#dc!作為觸發(fā)單片機(jī)中斷信號"中斷信號輸出脈寬可以通過調(diào)節(jié)&>參數(shù)設(shè)定"在中斷方式下!中斷請求的時序如圖F所示"圖F!中斷時序圖F給出了!種不同計(jì)數(shù)方式下中斷信號與編碼器信號及譯碼器信號的狀態(tài)關(guān)系!單片機(jī)從R$口讀取狀態(tài)信號與譯碼信號!判斷轉(zhuǎn)向并做計(jì)數(shù)!判向計(jì)數(shù)原理同上一節(jié)查詢方式!其處理代碼與查詢方式類似"設(shè)中斷程序執(zhí)行時間為1!則在中斷方式下!系統(tǒng)最高響應(yīng)轉(zhuǎn)速(應(yīng)滿足如下條件#(-K21與查詢方式相比較!中斷方式對于編碼器狀態(tài)的變化響應(yīng)及時!此外單片機(jī)大部分時間處于空閑狀態(tài)!可以及時的完成數(shù)據(jù)輸出

7、!實(shí)時性更高$!%"缺+機(jī)械與電子萬方數(shù)據(jù),#$H%#(上述編碼器的接口方法限制于單片機(jī)的處理速度!一般一個單片機(jī)只適合負(fù)責(zé)一個通道的數(shù)據(jù)采集!因此在選擇單片機(jī)的時候!可以根據(jù)具體的需要選擇具有特定輸入輸出接口小封裝的單片機(jī)!以滿足數(shù)據(jù)采集的要求的同時使系統(tǒng)成本最小"標(biāo)準(zhǔn)串口#通常的小封裝F%單片機(jī)都帶有串口!多通道數(shù)據(jù)采集時!可以掛接在&K"F網(wǎng)絡(luò)上!%#通道數(shù)據(jù)采集可以應(yīng)用&#!#網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)"RC接口#選用%KRCA小封裝的R"IaR>I%#單片機(jī)!帶有;RC接口!可以應(yīng)用于;RC總線接口系統(tǒng)中"CC>

8、;接口#選用R"IaR>I%G單片機(jī)則帶有CC>接口!可以應(yīng)用于CC>總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集中等"用戶可根據(jù)具體應(yīng)用選擇擴(kuò)展各種數(shù)據(jù)接口方式"!結(jié)束語原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)采用E0"I;F#單片機(jī)!外部晶振為%B$FI#SDL"采用查詢方式!Ab#$%信號發(fā)生器與GKa;GK及GKa;$K構(gòu)成模擬光電編碼器信號發(fā)生器"此時系統(tǒng)最高無誤差計(jì)數(shù)頻率為#DL左右!對于F$線的光電編碼器!最大無誤差計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)速約為HH$*&94."實(shí)驗(yàn)表明!在應(yīng)用的低速被動式機(jī)器人系統(tǒng)中!編碼器的轉(zhuǎn)速不超過#$*&94.的情況下!這種

9、設(shè)計(jì)方法是完全可行的"參考文獻(xiàn)#$%!R)88)(E*.=&)9-.!/)8B傳感器和信號調(diào)節(jié)B#版$S%B張!倫!譯B北京#清華大學(xué)出版社!#$!B$#%!陳興文!劉!燕B基于_RE技術(shù)消除光電編碼器抖動干擾的設(shè)計(jì)$U%B組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)!#$F!#(#!V!KB$!%!涂時亮B單片微機(jī)S>F%用戶手冊$S%B上海#復(fù)旦大學(xué)出版社!%II#B作者簡介#許!理!%I"#V(!男!湖南岳陽人!華中科技大學(xué)機(jī)電系碩士研究生!研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程)趙英俊!%IFGV(!男!湖北武漢人!華中科技大學(xué)機(jī)電系教授!研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程"*%*bKN基

10、于單片機(jī)的增量式光電編碼器接口的設(shè)計(jì)作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次數(shù)：許理， 趙英俊， XU Li， ZHAO Ying-jun華中科技大學(xué),湖北,武漢,430074機(jī)械與電子MACHINERY & ELECTRONICS2006，(12)3次參考文獻(xiàn)(3條)1.Pallas Areny Ramon.張倫 傳感器和信號調(diào)節(jié) 20032.陳興文.劉燕 基于FPGA技術(shù)消除光電編碼器抖動干擾的設(shè)計(jì)期刊論文-組合機(jī)床與自動化加工技術(shù) 2005(2)3.涂時亮 單片微機(jī)MCS 51用戶手冊 1992相似文獻(xiàn)(10條)1.學(xué)位論文 蔣利勇 基于單片機(jī)的光電編碼器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

11、設(shè)計(jì) 2007光電編碼器作為一種角度傳感器，它以高精度計(jì)量圓光柵為檢測元件，通過光電轉(zhuǎn)換，將輸入的角位置信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字代碼。由于光電編碼器可與計(jì)算機(jī)及顯示裝置相連接，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字測量與數(shù)字控制，而且與其它同類用途的傳感器相比，具有精度高，測量范圍廣，體積小、使用可靠，易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的性能價(jià)格比，因此已普遍應(yīng)用在雷達(dá)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等諸多領(lǐng)域，是自動化設(shè)備理想的角度傳感器。 根據(jù)形成代碼的方式不同，光電編碼器分為增量式和絕對式兩大類。與增量式編碼器相比，絕對式編碼器具備抗干擾能力強(qiáng)，擁有固定零點(diǎn)，掉點(diǎn)后再啟動無需重新標(biāo)定，無累計(jì)誤差的優(yōu)點(diǎn)，因而其應(yīng)用領(lǐng)域逐步得到推廣。絕對式

12、編碼器信號輸出主要有并行輸出和串行輸出。相對于并行輸出，采用SSI(同步串行輸出)輸出規(guī)范的絕對式編碼器輸出連接線少，傳輸距離遠(yuǎn)，對于編碼器的保護(hù)和可靠性大大提高，一般高位數(shù)的絕對式編碼器大多采用這種數(shù)據(jù)輸出方式。 對于國內(nèi)的編碼器用戶，在工程實(shí)踐中用到采用SSI(同步串行輸出)輸出規(guī)范的絕對式編碼器，往往需要解決編碼器與上位機(jī)及其他設(shè)備的接口不匹配問題，否則無法讀取編碼器采集到位置信息。 本文通過對光電編碼器輸出信號處理與提取方法的研究，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的光電編碼器數(shù)據(jù)采集平臺，既可實(shí)現(xiàn)對增量式編碼器的數(shù)據(jù)采集，同時，通過對絕對式編碼器同步串行輸出規(guī)范的研究，使數(shù)據(jù)采集平臺能夠完成對其數(shù)據(jù)的讀

13、取與編碼轉(zhuǎn)換。并且通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)字通信模塊將編碼器檢測到的位置信息傳送到上位機(jī)及其他外部設(shè)備，以解決前面所提到接口不匹配問題。此外，通過RS232/485通信轉(zhuǎn)接模塊，可將多個單片機(jī)編碼器數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)與一臺上位機(jī)組成主從分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對多個編碼器數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集與監(jiān)控。2.期刊論文 光電編碼器的單片機(jī)減振電路設(shè)計(jì) -國外電子測量技術(shù)2005,24(8)分析了光電編碼器的振動機(jī)理及影響,設(shè)計(jì)了用單片機(jī)進(jìn)行控制的減振電路.并用FPGA模擬單片機(jī)減振電路,給出其仿真波形,從而驗(yàn)證了單片機(jī)減振電路的實(shí)用性.3.期刊論文 唐中燕.楊曉紅.楊靜 基于單片機(jī)的智能型光電編碼器計(jì)數(shù)器 -儀器儀

14、表用戶2001,8(5)介紹了一種對光電編碼器的輸出脈沖進(jìn)行處理的方法,給出了基于單片機(jī)的集倍頻、鑒向、計(jì)數(shù)于一體的智能型計(jì)數(shù)器原理及其硬件電路和軟件的設(shè)計(jì).4.期刊論文 唐中燕.楊靜 基于單片機(jī)智能型光電編碼器計(jì)數(shù)器 -電子測量技術(shù)2001(3)文中介紹了一種對光電編碼器的輸出脈沖進(jìn)行處理的方法,給出了基于單片機(jī)的集倍頻、鑒向、計(jì)數(shù)于一體的智能型計(jì)數(shù)器原理及其硬件電路和軟件的設(shè)計(jì).5.期刊論文 王雁平 基于F330D單片機(jī)的光電編碼器設(shè)計(jì)與制作 -傳感器世界2008,14(4)低速光電編碼器在許多機(jī)械傳動中被應(yīng)用,基于單片機(jī)控制的光電編碼器具有結(jié)構(gòu)簡單可靠性高的特點(diǎn),既可以數(shù)字量輸出又可以模

15、擬量輸出,本文詳細(xì)的介紹了該裝置的設(shè)計(jì)和調(diào)試過程.6.期刊論文 向艷穩(wěn).修吉平 光電編碼器信號抗干擾算法 -計(jì)算機(jī)測量與控制2003,11(8)單片機(jī)與光電編碼器接口在許多場合得到應(yīng)用,但在單片機(jī)接收光電編碼器信號過程中,由于環(huán)境的影響,往往會出現(xiàn)一些機(jī)械抖動干擾和電氣干擾,從而造成誤計(jì)數(shù).文章提出了一個新算法,可以有效地消除抖動和干擾的影響.通過實(shí)際運(yùn)行證明,該方法可靠性好,成本低廉.7.期刊論文 劉得芳.馬紅.王斌.張傳英.劉得軍.LIU De-fang.MA Hong.WANG Bin.ZHANG Chuan-ying.LIU De-jun 光電編碼器輸出脈沖可逆計(jì)數(shù)的一種實(shí)用方法 -組

16、合機(jī)床與自動化加工技術(shù)2006(7)高精度位置控制系統(tǒng)常用光電編碼器作為直線位移檢測傳感器.由于監(jiān)測的位移通常是正反兩個方向變化的,因此,要用光電編碼器輸出脈沖反映并記錄這種雙向的位移變化,就要實(shí)現(xiàn)對脈沖進(jìn)行可逆計(jì)數(shù),既要能加計(jì)數(shù),又要能減計(jì)數(shù).文中介紹了一種利用80C32單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器T2對光電編碼器輸出脈沖的加減計(jì)數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方法,該方法已在油田試井深度監(jiān)測系統(tǒng)中得到應(yīng)用,實(shí)踐證明該方法既節(jié)省了硬件資源,又能得到很好的計(jì)數(shù)效果,是一種簡單實(shí)用的脈沖可逆計(jì)數(shù)方法.8.期刊論文 李紅果.LI HONGGUO 一種光電編碼器位置檢測系統(tǒng)研究與應(yīng)用 -微計(jì)算機(jī)信息2008,24(5)針對位置檢測

17、的需要,提出了一種光電編碼器位置檢測系統(tǒng).首先闡述了光電編碼器的工作原理,并對基于MSP430單片機(jī)位置檢測系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的論述.結(jié)論證明,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)簡單,效果良好.9.期刊論文 曾祥斌.Zeng Xiangbin CYFP型游車防碰儀的設(shè)計(jì) -石油儀器2009,23(4)文章介紹了CYFP型游車防碰儀的硬件和軟件結(jié)構(gòu),工作原理,該儀器應(yīng)用于鉆井作業(yè)中,在游車上下移動中完成自動剎車功能,防止游車上碰天車,下軋平臺,從而減少鉆井作業(yè)工程中安全事故的發(fā)生.10.期刊論文 趙建玉.梁立新.黃明鍵.Zhao Jianyu.Liang Lixin.Huang Mingjian 用光電編碼器測量直線位移 -山東建材學(xué)院學(xué)報(bào)2000,14(2)分析了用光電編碼器測量直線位移的原理, 介紹了用數(shù)字電路和單片機(jī)兩種實(shí)現(xiàn)直線位移的測量方法.