用於正交編碼器的四倍頻和辨向的方法及裝置的製作方法
2023-06-24 01:44:31 2
專利名稱：用於正交編碼器的四倍頻和辨向的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種正交編碼器測速技術領域，尤其涉及一種用於正交光電編碼器的四倍頻和辨向方法。
背景技術：
光電編碼器是一種通過光電轉換的方式將運動機構(如電動機)輸出軸的機械幾何位移量轉換成脈衝或數字量的傳感器，一般用於檢測電動機等運動機構的速度和位置。通常光電編碼器與電動機等運動機構同軸安裝，隨電機軸一起旋轉，產生與轉速成正比的A、B兩路頻率相同、相位相隔90°脈衝角的正交編碼脈衝，稱作「正交光電編碼器」。A、B脈衝信號的頻率反映了電機軸的轉動速度，兩者之間的超前/滯後關係反映了電機軸的轉動方向。為了提高反饋檢測的精度和辨別方向，在實際應用中，通常需要對A、B脈衝信號進行 四倍頻和辨向處理。傳統正交脈衝的四倍頻處理有如下兩種方法I、將A、B脈衝信號經由一個RC充放電電路，改變它們的邊沿跳變時間，使其跳變沿產生延時，得到A1、B1脈衝，然後將A、B和A1、B1經過邏輯處理電路，得到四倍頻脈衝和
方向信號。2、採用分立式數字邏輯器件，用D觸發器獲得A、B脈衝信號的延時信號A1、B1，再經過邏輯處理和綜合，得到四倍頻脈衝和方向信號。第一種方法，由RC充放電電路控制A、B脈衝信號的邊沿延時。一方面，由於RC電路的延時特性對輸入信號頻率敏感，而實際應用中A、B脈衝信號的頻率變化範圍較大，必然導致RC電路延時特性不一致，另一方面，RC電路的電阻和電容參數，均易受環境因素影響，也將影響延時特性。上述兩種原因，都將引起四倍頻以後的脈衝寬度不穩定。第二種方法，採用D觸發器，可以得到固定延時的信號Al、BI，但該延時時間仍然不能反映A、B脈衝信號的頻率變化，導致經過後續四倍頻邏輯電路處理後得到的四倍頻信號的脈衝寬度仍然無法穩定。
發明內容
(一 )要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是提供一種用於正交編碼器的四倍頻和辨向的方法及裝置，以避免四倍頻後脈衝寬度因A、B脈衝信號頻率變化而產生不穩定的現象。( 二 )技術方案為解決上述問題，本發明提供了一種用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法，所述編碼器產生與轉速成正比的頻率相同、相位相隔90°脈衝角的A、B兩路正交編碼脈衝，所述方法包括以下步驟SI :記錄所述AB脈衝信號的當前狀態和前一次狀態；S2 :分析所述AB脈衝信號的當前狀態與前一次狀態並計數
如果所述AB脈衝信號的當前狀態相對於前一次狀態的變化同預設的第一變化狀態對應，則計數增加I，所述編碼器的方向信號為預設的第一設定值；如果所述AB脈衝信號的當前狀態相對於前一次狀態的變化同預設的第二變化狀態對應，則計數減少1，所述編碼器的方向信號為預設的第二設定值。優選地，所述方法還包括預設所述AB脈衝信號的第一變化狀態和第二變化狀態的步驟。優選地，所述AB脈衝信號的第一變化狀態為按照00、10、11、01、00的順序變化的狀態，所述AB脈衝信號的第二變化狀態為按照01、11、10、00、01的順序變化的狀態。優選地，所述方法還包括預設所述編碼器方向信號的第一設定值和第二設定值的 步驟。優選地，所述方向信號的第一設定值為O ;所述方向信號的第二設定值為I。優選地，所述方法還包括S3 :計算編碼器轉速的步驟。優選地，所述計算編碼器轉速的步驟包括S31 :記錄前一次計數結果；S32 :讀取本次計數結果和方向信號；S33 :將所述本次計數結果減去前一次計數結果得到位置差值；S34 :將所述位置差值除以兩次計數的時間差得到速度值；S35 :根據所述方向信號確定所述速度值的符號。另一方面，本發明還提供了一種實現上述用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法的裝置，包括第一存儲模塊，用於記錄AB脈衝信號的當前狀態；第二存儲模塊，用於記錄AB脈衝信號的前一個狀態；分析模塊，用於對分別記錄在所述第一和第二存儲模塊中的AB脈衝信號當前狀態和前一個狀態的變化進行分析，判斷所述變化是否與預設的第一變化狀態或第二變化狀態對應；計數模塊，用於根據所述分析模塊的判斷結果進行增計數或減計數； 第三存儲模塊，用於記錄所述分析模塊分析後得到的編碼器方向信號。優選地，所述裝置還包括第四存儲模塊，用於記錄所述計數模塊的前一個計數結果；運算模塊，用於得到所述技術模塊的本次計數結果與所述第四存儲模塊記錄的前一次計數結果之間的位置差值，並根據所述位置差值和計數時間差計算編碼器的速度值。(三)有益效果本發明用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法克服了傳統正交光電編碼器四倍頻和辨向方法的弊端，利用A、B脈衝信號的狀態變化實現四倍頻和辨向，避免了四倍頻後脈衝寬度因A、B脈衝信號頻率變化而產生不穩定的現象，同時，基於狀態轉換的判斷可以提高抗幹擾性能。
圖I為根據本發明實施例的正交光電編碼器以第一方向轉動時，A、B脈衝信號的狀態不意圖；圖2為根據本發明實施例的正交光電編碼器以第二方向轉動時，A、B脈衝信號的狀態不意圖；圖3為根據本發明實施例的AB脈衝信號狀態轉換示意圖；圖4為根據本發明實施例正交光電編碼器四倍頻和辨向邏輯後仿真波形圖；圖5為根據本發明實施例微控制器的採樣程序流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明如下。 一種用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法，所述編碼器產生與轉速成正比的頻率相同、相位相隔90°脈衝角的A、B兩路正交編碼脈衝信號，設定所述編碼器以第一方向轉動時AB脈衝信號處於第一變化狀態；設定所述編碼器以與所述第一方向相反的第二方向轉動時所述AB脈衝信號處於第二變化狀態；設置編碼器方向信號dir的第一設定值和第二設定值。所述AB脈衝信號的第一變化狀態為按照00、10、11、01、00的順序變化的狀態，所述AB脈衝信號的第二變化狀態為按照01、11、10、00、01的順序變化的狀態。圖I和圖2所不，分別為本發明實施例的正交光電編碼器以第一方向和第二方向轉動時，A、B脈衝信號的狀態分析示意圖。本實施例中設定所述第一方向為正向，方向信號dir的第一設定值為O ;所述第二方向為反向，方向信號dir的第二設定值為I。記錄所述AB脈衝信號的當前狀態和前一次狀態；分析所述AB脈衝信號的當前狀態與前一次狀態並計數如果所述AB脈衝信號的當前狀態相對於前一次狀態的變化同所述第一變化狀態對應，即AB脈衝信號以00到10、或10到11、或11到01、或01到00的狀態變化，則計數Timer增加I,所述編碼器的方向信號dir為O ;如果所述AB脈衝信號的當前狀態相對於前一次狀態的變化同所述第二變化狀態對應，即AB脈衝信號以按照01到11、或11到10、或10到00、或00到01的狀態變化，則計數Timer減少I，所述編碼器的方向信號dir為I。如圖3所示為根據本發明實施例的AB脈衝信號狀態轉換示意圖。AB脈衝信號除了按照第一或第二變化狀態變化以外，其他任何狀態變化，計數Timer和方向信號dir都不改變。這樣，可以防止編碼器抖動時，引起的錯誤狀態和計數，提高了抗幹擾性能。計數模塊的計數結果和方向信號就是編碼器的四倍頻結果和辨向信號。圖4為根據本發明正交光電編碼器四倍頻和辨向邏輯後仿真波形圖，其中pa、pb為編碼器脈衝信號A、B，參考時鐘信號elk的上升沿同步採集AB的狀態，dir是方向信號，db是計數值。所述方法還包括編碼器轉速的計算，包括記錄前一次計數結果cnt_out_l ；讀取本次計數結果cnt_out和方向信號dir ；將所述本次計數結果cnt_out減去前一次計數結果cnt_out_l得到位置差值dp ；將所述位置差值dp除以兩次計數的時間差T得到速度值V ；
根據所述方向信號dir確定所述速度值V的符號。本實施例的正交編碼器的四倍頻和辨向裝置，由複雜可編程邏輯器件CPLD和微控制器MCU實現。其中上述方法的邏輯功能全部由所述CPLD實現，所述CPLD具有A、B脈衝信號輸入端和時鐘輸入端。所述MCU與CPLD之間連接有數據總線、地址總線和控制總線，用於進行MCU和CPLD之間的數據交換；或者，沒有總線的MCU可以通過I/0埠來模擬，而CPLD內部則需要另外設計雙向三態數據收發器，來實現二者之間的數據交換。
所述正交編碼器的四倍頻和辨向裝置包括第一存儲模塊，用於記錄AB脈衝信號的當前狀態；第二存儲模塊，用於記錄AB脈衝信號的前一個狀態；分析模塊，用於對分別記錄在所述第一和第二存儲模塊中的AB脈衝信號當前狀態和前一個狀態的變化進行分析，判斷所述變化是否與預設的第一變化狀態或第二變化狀態對應；計數模塊，用於根據所述分析模塊的判斷結果進行增計數或減計數；第三存儲模塊，用於記錄所述分析模塊分析後得到的編碼器方向信號；第四存儲模塊，用於記錄所述計數模塊的前一個計數結果；運算模塊，用於得到所述技術模塊的本次計數結果與所述第四存儲模塊記錄的前一次計數結果之間的位置差值，並根據所述位置差值和計數時間差計算編碼器的速度值。如圖5所示,為位置計數結果cnt_out、方向信號dir以及速度值V的採樣和處理流程圖。MCU按一定的採樣周期，每隔一段時間T讀取計數模塊的計數結果cnt_out和方向信號dir。如果需要得到速度信息，則MCU在上一周期的採樣程序中將計數模塊當前計數值cnt_out保存一次,記為cnt_out_l,在當前採樣周期中，所述cnt_out_l即為上一次的位置信息。再將當前位置信息cnt_out減去上一次的位置信息cnt_out_l,得到在一個採樣周期T內的位置差dp = cnt_out-cnt_out_l,那麼速度為v = dp/T,該速度即為編碼器四倍頻後得到的速度值。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法，所述編碼器產生與轉速成正比的頻率相同、相位相隔90°脈衝角的A、B兩路正交編碼脈衝，其特徵在於，所述方法包括以下步驟 51:記錄所述AB脈衝信號的當前狀態和前一次狀態； 52:分析所述AB脈衝信號的當前狀態與前一次狀態並計數 如果所述AB脈衝信號的當前狀態相對於前一次狀態的變化同預設的第一變化狀態對應，則計數增加I，所述編碼器的方向信號為預設的第一設定值； 如果所述AB脈衝信號的當前狀態相對於前一次狀態的變化同預設的第二變化狀態對應，則計數減少1，所述編碼器的方向信號為預設的第二設定值。
2.如權利要求I所述的用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法，其特徵在於，所述方法還包括預設所述AB脈衝信號的第一變化狀態和第二變化狀態的步驟。
3.如權利要求2所述的用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法，其特徵在於，所述AB脈衝信號的第一變化狀態為按照00、10、11、01、00的順序變化的狀態，所述AB脈衝信號的第二變化狀態為按照01、11、10、00、01的順序變化的狀態。
4.如權利要求I所述的用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法，其特徵在於，所述方法還包括預設所述編碼器方向信號的第一設定值和第二設定值的步驟。
5.如權利要求4所述的用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法，其特徵在於，所述方向信號的第一設定值為O ;所述方向信號的第二設定值為I。
6.如權利要求I所述的用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法，其特徵在於，所述方法還包括 53:計算編碼器轉速的步驟。
7.如權利要求6所述的用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法，其特徵在於，所述計算編碼器轉速的步驟包括 531:記錄前一次計數結果； 532:讀取本次計數結果和方向信號； 533:將所述本次計數結果減去前一次計數結果得到位置差值； 534:將所述位置差值除以兩次計數的時間差得到速度值； 535:根據所述方向信號確定所述速度值的符號。
8.一種實現權利要求1-7中任一項所述用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法的裝置，其特徵在於，包括 第一存儲模塊，用於記錄AB脈衝信號的當前狀態； 第二存儲模塊，用於記錄AB脈衝信號的前一個狀態； 分析模塊，用於對分別記錄在所述第一和第二存儲模塊中的AB脈衝信號當前狀態和前一個狀態的變化進行分析，判斷所述變化是否與預設的第一變化狀態或第二變化狀態對應； 計數模塊，用於根據所述分析模塊的判斷結果進行增計數或減計數； 第三存儲模塊，用於記錄所述分析模塊分析後得到的編碼器方向信號。
9.如權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 第四存儲模塊，用於記錄所述計數模塊的前一個計數結果； 運算模塊，用於得到所述技術模塊的本次計數結果與所述第四存儲模塊記錄的前一次計數結果之間的位置差值，並根據 所述位置差值和計數時間差計算編碼器的速度值。
全文摘要
本發明公開了一種用於正交編碼器的四倍頻和辨向方法及裝置，所述方法包括記錄AB脈衝信號的當前狀態和前一次狀態；分析AB脈衝信號的當前狀態與前一次狀態並計數如果AB脈衝信號的狀態變化同第一變化狀態對應，則計數增加1，方向信號為第一設定值；如果AB脈衝信號的狀態變化同第二變化狀態對應，則計數減少1，方向信號為第二設定值。所述裝置包括存儲模塊，用於記錄AB脈衝信號的當前狀態和前一個狀態、以及編碼器方向信號；分析模塊，用於對AB脈衝信號當前狀態和前一個狀態的變化進行分析；計數模塊，用於根據所述分析模塊的判斷結果進行增計數或減計數。本發明提高了正交編碼器四倍頻信號的穩定性和抗幹擾性。
文檔編號H03K5/00GK102843118SQ20111018584
公開日2012年12月26日 申請日期2011年7月4日 優先權日2011年7月4日
發明者劉軍鋒, 姜向龍, 劉傑, 夏永強, 陳志勇 申請人:合康變頻科技(武漢)有限公司