在精確定位控制系統(tǒng)中,為了提高控制精度,準確測量控制對

1、在精確定位控制系統(tǒng)中，為了提高控制精度，準確測量控制對象的位置是十分重 要的。目前，檢測位置的辦法有兩種：其一是使用位置傳感器，測量到的位移量由 變 送 器 經(jīng) A/D 轉(zhuǎn) 換 成 數(shù)字 量 送 至 系 統(tǒng) 進 行 進 一 步 處 理 。 此 方 法 精 度 高 ， 但 在 多 路 、 長距離位置監(jiān)控系統(tǒng)中，由于其成本昂貴，安裝困難，因此并不實用；其二是采用 光電軸角編碼器進行精確位置控制。光電軸角編碼器根據(jù)其刻度方法及信號輸出形 式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。而絕對式編碼器是直接輸出數(shù)字量的 傳感器，它是利用自然二進制或循環(huán)二進制（格雷碼）方式進行光電轉(zhuǎn)換的，編碼 的設(shè)計一般是采用

2、自然二進制碼、循環(huán)二進制碼、二進制補碼等。特點是不要計數(shù) 器，在 轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼；抗 干擾能力強， 沒用累積誤差；電 源切斷后位置信息不會丟失，但 分辨率是由二進制的位數(shù)決定的， 根據(jù)不同的精度要求，可 以選擇不同的分辨率即位數(shù)。目前有 10 位、11 位、12 位、 13 位、14 位或更高位等 多種。其中采用循環(huán)二進制編碼的絕對式編碼器，其輸出信號是一種數(shù)字排序,不是權(quán) 重碼，每一位沒有確定的大小，不能直接進行比較大小和算術(shù)運算，也不能直接轉(zhuǎn) 換成其他信號，要經(jīng)過一次碼變換，變成自然二進制碼，在由上位機讀取以實現(xiàn)相 應(yīng)的控制。而在碼制變換中有不同的處理

3、方式，本文著重介紹二進制格雷碼與自然 二進制碼的互換。一、格雷碼（又叫循環(huán)二進制碼或反射二進制碼）介紹在 數(shù) 字 系 統(tǒng) 中 只 能 識 別 0 和 1，各種 數(shù) 據(jù) 要 轉(zhuǎn) 換 為 二進 制 代 碼 才 能 進 行 處 理 ，格 雷碼是一種無權(quán)碼，采用絕對編碼方式，典型格雷碼是一種具有反射特性和循環(huán)特 性的單步自補碼，它的循環(huán)、單步特性消除了隨機取數(shù)時出現(xiàn)重大誤差的可能，它 的反射、自補特性使得求反非常方便。格雷碼屬于可靠性編碼，是一種錯誤最小化 的編碼方式，因為，自然二進制碼可以直接由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，但某些 情 況 ， 例 如 從 十 進 制 的 3 轉(zhuǎn) 換 成 4 時 二 進

4、 制 碼 的 每 一 位 都 要 變 ， 使 數(shù) 字 電 路 產(chǎn) 生 很 大的尖峰電流脈沖。而格雷碼則沒有這一缺點，它是一種數(shù)字排序系統(tǒng)，其中的所 有相鄰整數(shù)在它們的數(shù)字表示中只有一個數(shù)字不同。它在任意兩個相鄰的數(shù)之間轉(zhuǎn) 換時，只有一個數(shù)位發(fā)生變化。它大大地減少了由一個狀態(tài)到下一個狀態(tài)時邏輯的 混淆。另外由于最大數(shù)與最小數(shù)之間也僅一個數(shù)不同，故通常又叫格雷反射碼或循 環(huán)碼。下表為幾種自然二進制碼與格雷碼的對照表：十進制數(shù)自然二進制數(shù)格雷碼十進制數(shù)自然二進制數(shù)格雷碼000000000810001100100010001910011101200100011101010111130011001011

5、101111104010001101211001010501010111131101101160110010114111010017011101001511111000二、二進制格雷碼與自然二進制碼的互換1、自然二進制碼轉(zhuǎn)換成二進制格雷碼自然二進制碼轉(zhuǎn)換成二進制格雷碼，其法則是保留自然二進制碼的最高位作為 格雷碼的最高位，而次高位格雷碼為二進制碼的高位與次高位相異或，而格雷碼其 余各位與次高位的求法相類似。某二進制數(shù)為獲心其對應(yīng)的格雷碼為某二進制數(shù)為獲心其對應(yīng)的格雷碼為G.G.G.異或運算:相同為0相異為1其中：最高位保留 G汩嚴昭其他各位 G3 = Bi+i色尸o，1，2,，W-2例：二進制

6、數(shù)為10110!格雷碼為111012、二進制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進制碼 二進制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進制碼,其法則是保留格雷碼的最高位作為自然二進 制碼的最高位，而次高位自然二進制碼為高位自然二進制碼與次高位格雷碼相異或 而自然二進制碼的其余各位與次高位自然二進制碼的求法相類似。某二進制格雷碼為GGn_2 GGG,其對應(yīng)的自然二進制碼為-1-2砂風(fēng) 異或運算： 相同為o 其中：最咼位f呆留氏_ = G-相異為1其他各位瓦_ = G- 尸h 2,-1三、二進制格雷碼與自然二進制碼互換的實現(xiàn)方法 1、自然二進制碼轉(zhuǎn)換成二進制格雷碼A) 、軟件實現(xiàn)法(參見示例工程中的 Binary to Gray) 根據(jù)

7、自然二進制轉(zhuǎn)換成格雷碼的法則，可以得到以下的代碼：static unsigned int DecimaltoGray(unsigned int x)return x(x1);/以上代碼實現(xiàn)了 unsigned int 型數(shù)據(jù)到格雷碼的轉(zhuǎn)換，最高可 轉(zhuǎn)換 32 位自然二進制碼，超出 32 位將溢出。static int DecimaltoGray( int x)return x(x1);/ 以上代碼實現(xiàn)了int 型數(shù)據(jù)到格雷碼的轉(zhuǎn)換，最高可轉(zhuǎn)換 31位自然二進制碼，超出 31 位將溢出。上 述 代 碼 即 可 用 于 VC 控 制 程 序 中 ，也 可 以 用于 單 片 機 控 制 程 序 中

8、。在 單 片 機程 序設(shè)計時，若采用匯編語言編程，可以按相同的原理設(shè)計程序；若采用 C 語言編程 則 可 以 直 接 利 用 上 述 代 碼 ， 但 建 議 用 unsigned int 函 數(shù) 。B)、硬件實現(xiàn)法根據(jù)自然二進制轉(zhuǎn)換成格雷碼的法則，可以得到以下電路圖：上 圖 所 示 電 路 圖 即 可 用 異 或 集 成 電 路 74ls136 實 現(xiàn) ，也 可 以 利 用可 編 程 器 件 PLD 等編程實現(xiàn)。2、二進制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進制碼 A) 、 軟 件 實 現(xiàn) 法 (參 見 示例 工程 中 的 Gray to Binary )根據(jù)二進制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進制碼的法則，可以得到以下的

9、三種代碼方式static unsigned int GraytoDecimal(unsigned int x)unsigned int y = x;while(x=1)y i x；return y;static unsigned int GraytoDecimal(unsigned int x) x 二x16; x=x8; x=x4;x 二X2;x =x 1;return x;static unsigned int GraytoDecimal(unsigned int x)int i;for(i=0;(1i)(li);return x;/ 以 上 代 碼 實 現(xiàn) 了 unsigned int 型 數(shù) 據(jù) 到 自然 二 進 制 碼 的 轉(zhuǎn) 換 ， 最 高 可轉(zhuǎn) 換 32 位 格 雷 碼 ， 超 出 32 位 將 溢 出 。 將 數(shù) 據(jù) 類 型 改 為 int 型 即 可 實 現(xiàn) 31 位 格 雷 碼 轉(zhuǎn) 換 。上 述 代 碼 即 可 用 于 VC 控 制 程 序 中 ，也 可 以 用于 單 片 機 控 制 程 序 中 。在 單 片 機程 序設(shè)計時，若采用匯編語言編程，可以按相同的原理設(shè)計程序；若采用 C 語言編程 則 可 以 直 接 利 用 上 述 代 碼 ， 但 建 議 用 unsigned int