CN104516293A - 一种增量式编码器模拟装置及其模拟方法 - Google Patents

一种增量式编码器模拟装置及其模拟方法 Download PDF

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徐洋
余辉
张义伟
颜魏伟
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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Abstract

本发明公开了一种增量式编码器模拟装置及其模拟方法，装置由单片机、键盘、液晶显示电路、输出驱动电路组成。方法将需要模拟的编码器步数、速度信息通过键盘接口输入模拟装置，通过单片机模拟输出相应的编码器信号。本发明解决了以往在实验中得到编码器信号需要机械传动机构的缺陷和安装调试编码器的繁琐，极大地方便了工业上自动化产品的研制与调试。

Description

一种增量式编码器模拟装置及其模拟方法
技术领域
本发明涉及编码器模拟装置领域，具体是一种增量式编码器模拟装置及其模拟方法。
背景技术
随着科学技术的发展，工业现场自动化设备的应用越来越广泛，很多自动化设备需要通过增量式编码器对机械传动机构的相位和速度进行精确获取。通常，编码器与机械机构的传动轴紧密相连，当机械机构运转时，编码器就会同步输出与之对应的电平信号。
在实验室，一些自动化设备的开发调试过程也需要相位或速度等信号，但是搭建模拟现场的机械传动装置并安装编码器则需要较高成本，费时费力。而且，模拟装置参数固定，也不能有效模拟并适应各种场合。
发明内容
本发明的目的是提供一种增量式编码器模拟装置，以解决现有技术实验室对机械传动机构相位或速度的获取需要搭建模拟现场的机械传动装置并安装编码器成本高、适应性差的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种增量式编码器模拟装置，其特征在于：包括有单片机，所述单片机上接入有键盘、液晶显示电路，单片机有三个IO口作为A相端口、B相端口、C相端口，且B相端口落后A相端口1/4周期，其中A相端口连接有A相输出驱动电路，B相端口连接有B相输出驱动电路，C相端口连接有C相输出驱动电路，单片机中设定有定时器，并通过软件设定有定时器的处理函数。
一种增量式编码器模拟方法，其特征在于：单片机上电后首先对定时器、IO口进行初始化，系统正常工作后，用户通过键盘向单片机中设定编码器步长N、输出速度W，单片机对连接的键盘进行扫描，采集用户设定的编码器步长N、输出速度W，并根据采集到的编码器步长N、输出速度W，计算得到单片机A、B相端口输出频率f及周期T，以及单片机定时器输出频率ff及周期TT。
在定时器的第4n(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出有效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出无效信号；定时器的第4n+1(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出有效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出有效信号；定时器的第4n+2(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出无效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出有效信号；定时器的第4n+3(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出无效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出有效信号输出无效信号……之后循环执行上述操作，以模拟增量式编码器的相位信号输出；当A及B相端口分别输出N步有效信号后，Z相端口输出有效信号，之后恢复为无效状态，以模拟增量式编码器的复位信号输出。
所述的增量式编码器模拟方法，其特征在于：单片机根据用户设定的编码器步长N、输出速度W，按公式(1)计算得到单片机A、B相端口输出频率f：
f＝WN/60     (1)
按公式(2)计算得到A、B相端口周期T：
T＝1/f＝60/WN     (2)
按公式(3)计算得到定时器的输出频率ff：
ff＝ff＝WN/15     (3)。
本发明的有益效果是：
在各种需要增量式编码器信号的场合，只要根据需求设定好步数、速度等信息，本发明就可模拟增量式编码器并输出对应的相位信号，极大地方便了工业自动化产品的研制与调试。
附图说明
图1为本发明原理框图。
图2为本发明模拟方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种增量式编码器模拟装置，包括有单片机，所述单片机上接入有键盘、液晶显示电路，单片机有三个IO口作为A相端口、B相端口、C相端口，且B相端口落后A相端口1/4周期，其中A相端口连接有A相输出驱动电路，B相端口连接有B相输出驱动电路，C相端口连接有C相输出驱动电路，单片机中设定有定时器，并通过软件设定有定时器的处理函数。
一种增量式编码器模拟方法，单片机上电后首先对定时器、IO口进行初始化，系统正常工作后，用户通过键盘向单片机中设定编码器步长N、输出速度W，单片机对连接的键盘进行扫描，采集用户设定的编码器步长N、输出速度W，并根据采集到的编码器步长N、输出速度W，计算得到单片机A、B相端口输出频率f及周期T，以及单片机定时器输出频率ff及周期TT。
在定时器的第4n(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出有效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出无效信号；定时器的第4n+1(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出有效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出有效信号；定时器的第4n+2(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出无效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出有效信号；定时器的第4n+3(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出无效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出有效信号输出无效信号……之后循环执行上述操作，以模拟增量式编码器的相位信号输出；当A及B相端口分别输出N步有效信号后，Z相端口输出有效信号，之后恢复为无效状态，以模拟增量式编码器的复位信号输出。
单片机根据用户设定的编码器步长N、输出速度W，按公式(1)计算得到单片机A、B相端口输出频率f：
f＝WN/60     (1)
按公式(2)计算得到A、B相端口周期T：
T＝1/f＝60/WN     (2)
按公式(3)计算得到定时器的输出频率ff：
ff＝4f＝WN/15     (3)。
本发明中单片机上电后首先对定时器、IO口进行初始化。系统正常工作后，单片机对连接键盘的IO口进行扫描，根据采集到的信息，得到步长及输出频率的给定值，然后对控制IO输出的定时器进行更新，进而在不同时刻输出不同的电平信号以实现对增量式编码器输出信号的模拟。
单片机与液晶显示电路相连，显示当前模拟的步数和相位信息；直接输出的A、B、Z三相信号由于驱动能力较弱，通过输出驱动电路进行信号增强。

Claims (3)

1.一种增量式编码器模拟装置，其特征在于：包括有单片机，所述单片机上接入有键盘、液晶显示电路，单片机有三个IO口作为A相端口、B相端口、C相端口，且B相端口落后A相端口1/4周期，其中A相端口连接有A相输出驱动电路，B相端口连接有B相输出驱动电路，C相端口连接有C相输出驱动电路，单片机中设定有定时器，并通过软件设定有定时器的处理函数。
2.一种基于权利要求1所述装置的增量式编码器模拟方法，其特征在于：单片机上电后首先对定时器、IO口进行初始化，系统正常工作后，用户通过键盘向单片机中设定编码器步长N、输出速度W(周期/分)，单片机对连接的键盘进行扫描，采集用户设定的编码器步长N、输出速度W，并根据采集到的编码器步长N、输出速度W，计算得到单片机A、B相端口输出频率f及单片机定时器周期TT。
在定时器的第4n(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出有效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出无效信号；定时器的第4n+1(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出有效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出有效信号；定时器的第4n+2(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出无效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出有效信号；定时器的第4n+3(n＝1,2…)个周期内，单片机控制A相端口通过A相输出驱动电路输出无效信号，B相端口通过B相输出驱动电路输出有效信号输出无效信号……之后循环执行上述操作，以模拟增量式编码器的相位信号输出；当A及B相端口分别输出N步有效信号后，Z相端口输出有效信号，之后恢复为无效状态，以模拟增量式编码器的复位信号输出。
3.根据权利要求2所述的增量式编码器模拟方法，其特征在于：单片机根据用户设定的编码器步长N、输出速度W，按公式(1)计算得到单片机A、B相端口输出频率f：
f＝WN/60   (1)
按公式(2)计算得到A、B相端口周期T：
T＝1/f＝60/WN   (2)
按公式(3)计算得到定时器的输出频率ff：
ff＝4f＝WN/15   (3)。
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