CN102840874A - 正交光电编码器的任意整数分频方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及正交解码信号的任意整数分频技术领域，公开了一种正交光电编码器的任意整数分频方法及系统，所述方法包括以下步骤：S1、利用参考时钟对所述正交光电编码器的输入信号AB，即两路脉冲A、B进行同步采样，根据输入信号AB的状态判断所述正交光电编码器的转动方向；S2、根据所述转动方向、预设的分频系数，以及输出信号A’B’，即两路脉冲A’、B’的当前状态得到输出信号A’B’的下一个时钟时的状态，从而得到分频后的脉冲信号A’、B’。本发明能够实现任意整数的分频，同时保证分频后的信号仍然保持90°的正交相位关系。

Description

正交光电编码器的任意整数分频方法及系统

技术领域

本发明涉及正交解码信号的任意整数分频技术领域，尤其涉及一种正交光电编码器的任意整数分频方法及系统。

背景技术

光电编码器是一种通过光电转换的方式将运动机构(如电动机)的输出轴的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，一般用于检测电动机等运动机构转动的速度和方向。通常光电编码器与电动机等运动机构同轴安装，随电机轴一起旋转时，会产生与转速成正比的两路相位相隔90°电脉冲角，频率相同的正交编码脉冲，这种光电编码器与电动机等运动机构所组成的结构称作正交光电编码器。上述两路正交编码脉冲的频率反映了运动机构转动的速度，二者之间的超前/滞后关系反映了运动机构转动的方向。

在交流伺服和高性能变频器的应用中，有时需要将电机的编码器反馈信号降频后，传给上位机和控制器，用于位置控制或速度控制。为此，需要将正交编码器的信号做分频输出，在交流伺服驱动器或高性能变频器上，一般都将正交编码器的分频输出作为一项扩展技术提供给用户。数字逻辑信号的分频一般采用循环计数的方法，这种方法对于单一信号的分频效果很好，但用在正交编码信号的分频上，则难以保证分频后的信号仍然保持90°的正交相位关系。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现任意整数的分频，同时保证分频后的信号仍然保持90°的正交相位关系。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种正交光电编码器的任意整数分频方法，所述方法包括以下步骤：

S1、利用参考时钟对所述正交光电编码器的输入信号AB，即两路脉冲A、B进行同步采样，根据输入信号AB的状态判断所述正交光电编码器的转动方向；

S2、根据所述转动方向、预设的分频系数，以及输出信号A’B’，即两路脉冲A’、B’的当前状态得到输出信号A’B’的下一个时钟时的状态，从而得到分频后的脉冲信号A’、B’。

优选地，在步骤S1中进行同步采样之后得到输入信号AB的当前状态now_state、前一个时钟时的状态pre_state以及前两个时钟时的状态pre_pre_state，根据状态now_state与pre_state得到所述转动方向。

优选地，根据状态now_state与pre_pre_state判断输入信号AB的状态是否发生变化，当状态now_state与pre_pre_state不相同时，判定输入信号AB的状态发生变化。

其中，步骤S2具体为：用计数器记录输入信号AB状态发生变化的次数，当计数器的计数值达到预设的分频系数时，将计数器清零，同时发出一个指示输出状态改变的信号；此时再根据转动方向以及输出信号A’B’当前的状态，改变输出信号A’B’的状态得到输出信号A’B’的下一个时钟时的状态，从而得到分频后的脉冲信号A’、B’。

优选地，所述参考时钟为高频时钟。

本发明还提供了一种与上述方法对应的正交光电编码器的任意整数分频系统，所述系统包括：

正交编码信号辨向模块，用于利用参考时钟对所述正交光电编码器的输入信号AB，即两路脉冲A、B进行同步采样，根据输入信号AB的状态判断所述正交光电编码器的转动方向；

输出信号状态机，用于在接收到指示输出状态改变的信号之后，根据所述转动方向、预设的分频系数，以及输出信号A’、B’，即两路脉冲A’、B’的当前状态得到输出信号A’B’的下一个时钟时的状态，从而得到分频后的脉冲信号A’、B’。

所述系统还包括：

正交编码信号状态改变记录模块，用于使用计数器记录输入信号AB状态发生变化的次数，当计数器的计数值达到预设的分频系数时，将计数器清零，同时发出一个指示输出状态改变的信号。

(三)有益效果

本发明能够产生如下有益效果：该方法通过同步采样，得到编码器输入信号AB(即A、B两路脉冲)的状态，再根据需要分频的倍数，在输出信号A’、B’(即A’、B’两路脉冲)中插入相应数量的对应状态，实现了任意整数的分频，由于输出信号A’B’状态的更新是与信号AB的状态变化同步的，因此在实现任意整数的分频同时保证了分频后的信号A’B’仍然保持90°的正交相位关系。该系统中使用状态机，大大降低了逻辑竞争的风险和亚稳态的出现。

附图说明

图1为说明本发明原理的示意图一；

图2为说明本发明原理的示意图二；

图3为本发明的方法流程图；

图4本发明的正交光电编码器的信号辨向状态图；

图5为本发明实施例的三分频时序仿真结果截图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

假定正交光电编码器正转时，脉冲A超前脉冲B 90°，正交光电编码器反转时，脉冲B超前脉冲A 90°。本发明的原理如下：当正交光电编码器正转，如图1所示，输入信号AB的状态变化为

二分频以后，输出信号A’B’的状态变化为

正交编码器反转，如图2所示，AB的状态变化为

二分频以后，输出信号A’B’的状态变化为n(任意整数)分频后，正转时，输出信号A’B’的状态变化为

反转时，输出信号A’B’的状态变化为

由此可见，为了实现对输入信号AB的任意整数(n)分频，只需在原有信号的基础上，使其每种状态重复出现n次即可。因此，如图3所示，本发明的方法采用如下方案：

S1、利用高频时钟(clk)对所述正交光电编码器的输入信号AB，即两路脉冲A、B进行同步采样，采样之后得到输入信号AB的当前状态now_state、前一个时钟时的状态pre_state以及前两个时钟时的状态pre_pre_state，可以用三个2位寄存器分别保存这三种状态，在clk的上升沿根据状态now_state与pre_state得到信号转动方向。根据状态now_state与pre_pre_state判断输入信号AB的状态是否发生变化，当状态now_state与pre_pre_state不相同时，判定输入信号AB的状态发生变化。其中，利用高频时钟进行采样能够提高采样精度。

S2、用计数器记录输入信号AB状态发生变化的次数，当计数器的计数值达到预设的分频系数时，将计数器清零，同时发出一个指示输出状态改变的信号；此时再根据转动方向信号以及输出信号A’B’当前的状态，改变输出信号A’B’的状态得到输出信号A’B’的下一个时钟时的状态，从而得到分频后的脉冲信号A’、B’。改变输出信号A’B’的状态的方式如图4所示，例如，正交光电编码器正转，且输出信号A’B’当前的状态为00时，输出信号A’B’的下一个时钟时的状态即为10。

本发明还提供了一种与上述方法对应的正交光电编码器的任意整数分频系统，所述系统包括：

正交编码信号辨向模块，用于利用参考时钟对所述正交光电编码器的输入信号AB，即两路脉冲A、B进行同步采样，根据输入信号AB的状态判断所述正交光电编码器的转动方向，得到转动方向信号；

输出信号状态机，用于在接收到指示输出状态改变的信号之后，根据所述转动方向信号、预设的分频系数，以及输出信号A’B’，即两路脉冲A’、B’的当前状态得到输出信号A’B’的下一个时钟时的状态，从而得到分频后的脉冲信号A’、B’。

正交编码信号状态改变记录模块，用于使用计数器记录输入信号AB状态发生变化的次数，当计数器的计数值达到预设的分频系数时，将计数器清零，同时发出一个指示输出状态改变的信号。

本发明的实施方案可以在CPLD上实现，所有模块均可以用Verilog HDL来建立。

图5为本发明实施例的三分频时序仿真结果截图，仿真工具为modelsim，图中，Now表示仿真时间；clk表示高频时钟，所以其对应的曲线为接近黑色阴影。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种正交光电编码器的任意整数分频方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、利用参考时钟对所述正交光电编码器的输入信号AB，即两路脉冲A、B进行同步采样，根据输入信号AB的状态判断所述正交光电编码器的转动方向；

S2、根据所述转动方向、预设的分频系数，以及输出信号A’B’，即两路脉冲A’、B’的当前状态得到输出信号A’B’的下一个时钟时的状态，从而得到分频后的脉冲信号A’、B’。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中进行同步采样之后得到输入信号AB的当前状态now_state、前一个时钟时的状态pre_state以及前两个时钟时的状态pre_pre_state，根据now_state和pre_state得到所述转动方向。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据状态now_state与pre_pre_state判断输入信号AB的状态是否发生变化，当状态now_state与pre_pre_state不相同时，判定输入信号AB的状态发生变化。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S2具体为：用计数器记录输入信号AB状态发生变化的次数，当计数器的计数值达到预设的分频系数时，将计数器清零，同时发出一个指示输出状态改变的信号；此时再根据转动方向以及输出信号A’B’当前的状态，改变输出信号A’B’的状态得到输出信号A’B’的下一个时钟时的状态，从而得到分频后的脉冲信号A’、B’。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考时钟为高频时钟。

6.一种正交光电编码器的任意整数分频系统，其特征在于，所述系统包括：

正交编码信号辨向模块，用于利用参考时钟对所述正交光电编码器的输入信号AB，即两路脉冲A、B进行同步采样，根据输入信号AB的状态判断所述正交光电编码器的转动方向；

输出信号状态机，用于在接收到指示输出状态改变的信号之后，根据所述转动方向、预设的分频系数，以及输出信号A’B’，即两路脉冲A’、B’的当前状态得到输出信号A’B’的下一个时钟时的状态，从而得到分频后的脉冲信号A’、B’。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

正交编码信号状态改变记录模块，用于使用计数器记录输入信号AB状态发生变化的次数，当计数器的计数值达到预设的分频系数时，将计数器清零，同时发出一个指示输出状态改变的信号。

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