浙江龙网

  1. 首页 > 生活百科 > >

设计增量式编码器的接口电路 增量式光电编码器

电路光电增量编码器

增量式光电编码器(设计增量式编码器接口电路)
现场可编程逻辑阵列资源丰富，结构灵活，近年来发展迅速 。根据其特点，设计了基于FPGA的增量式光电编码器接口电路，实现了增量式编码器脉冲信号的倍频、鉴相和计数功能 。最后，仿真验证了设计的可行性 。为进一步实现高精度位置伺服控制提供了基础 。

光电编码器是目前伺服系统中应用最广泛的传感器 。它通过光电转换将输出轴上的机械几何位移转换成脉冲或数字量 。光电编码器与电机连接，当电机转动时，带动码盘转动，进而发出转速或转角信号 。
目前，光电编码器已广泛应用于雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、机器人、数控机床和高精度闭环调速系统等多个领域 。根据校准方法和信号输出形式，可分为增量式、绝对式和混合式三种 。
绝对编码器可以读取转轴每个位置唯一对应的数字码，抗干扰，不需要断电记忆 。但其制造工艺复杂，价格是增量式编码器的几倍到几十倍 。因此，在实际应用中，增量式编码器占据主导地位 。
增量式编码器工作原理增量式编码器由光源、码盘、检测光栅、光电检测装置和光电转换电路组成 。其原理如图1所示 。
图1增量式编码器示意图
当码盘随被测转轴转动时，检测光栅保持静止 。当光线通过码盘与检测光栅之间的间隙照射到光电检测装置上时，光电检测装置会输出两组相位差为900度的差分电信号，类似正弦波 。两组差分信号通过脉冲整形转换成普通的单端电平信号 。最后，对两个单端电平信号进行倍频、鉴相和计数运算，得到码盘旋转的方向和位置 。
本文旨在解决增量式编码器的倍频、鉴相和计数问题 。充分利用FPGA丰富的逻辑模块和IO模块，设计了简单的接口电路，并行输出结果，以便进一步操作，如图2所示 。
图2编码信号处理模块
倍频、鉴相、计数原理分析编码器码盘和检测光栅有两组对应的等距透光间隙，间隔1/4节距交错排列，用于在旋转过程中对光电发送和接收装置产生通断变化，使光电检测装置输出相位差为90°的信号A和B 。根据A和B的相位关系，可以判断码盘的旋转方向 。
A相引线B90o时，DIR(方向信号)为高电平，电机正转；当a滞后B90o时，DIR(方向信号)为低电平，电机反转 。码盘信号被计数器计数后，可以将码盘的旋转角度转换成位置信息，计数器的加减是基于方向信号的 。
同时码盘上有一个开口来判断码盘的绝对位置，即码盘的每一次转动都会产生一个索引信号I，其中也有一些是用I作为对位和复位信号 。如图3所示 。
图3编码器输出信号
编码器每旋转一周，A相和B相输出的脉冲数是一样的，这就决定了编码器的精度 。
从图3可以看出，在一个编码脉冲输出周期中，A和B信号产生四个过渡沿 。捕捉每个跃迁并计数，即当A为高电平时，B在上升沿增加1，在下降沿减少1；当A为低电平时，B在下降沿减小L，在上升沿增大L；当B为高电平时，A在上升沿减少1，在下降沿增加L；当b为低电平时，a在上升沿增加1，在下降沿减少1 。
这样，在每个循环中，码盘向前旋转时计数四次，向后旋转时计数四次，这样计数脉冲数就增加了四倍 。如果编码脉冲信号量化误差为0，四倍频后的量化误差减小到/4，角位移测量精度提高了4倍，光电编码器的分辨率也提高了4倍 。
信号四倍频设计的关键是捕捉A、B信号的上升沿和下降沿 。在这种设计中，一个数字电路，即D触发器，被用作检测边沿变化的延迟环节 。A、B相倍频的脉冲宽度和延迟时间由时钟(由外部有源晶振提供)控制，倍频后脉冲宽度一致，可以有效克服传统RC差分或积分边沿检测电路的缺点 。
A和B经过D触发器后的信号分别记为A1和B1 。将A1和B1作为倍频的原始信号，将消除A、B信号中尖锐脉冲的影响，提高系统的抗干扰性能 。A1和B1通过延迟一个时钟周期的D触发器，并将产生A2和B2信号 。
也就是说，A2和B2分别落后于A1和B1一个时钟周期，A1和A2的相位分别落后于B1和B290o(假设此时电机反转，B1领先于A190o) 。为了达到预期的目的，需要能够在一个周期内完全捕获脉冲的上升沿和下降沿，即图4中的圆形黑点 。
【设计增量式编码器的接口电路 增量式光电编码器】从图4中虚线所示的状态可以看出，A1和A2、B1和B2都具有一组不同的电平状态，因此使用三个异或门来获得信号的四倍频信号F4_CLK 。同时，使用两个与非门来获得方向信号 。
图4信号A和B经过D触发器后的信号图

推荐阅读


上一篇：CAD中怎么画指北针？ 指北针画法

下一篇：40个经典谜语 经典谜语