CN108336993A - 编码器分频电路 - Google Patents

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    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K23/00—Pulse counters comprising counting chains; Frequency dividers comprising counting chains
    • H03K23/40—Gating or clocking signals applied to all stages, i.e. synchronous counters

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Abstract

本发明提供了一种编码器分频电路，用于将编码器的A相脉冲、B相脉冲和Z相脉冲分频输出，所述分频电路包括脉冲方向测定单元、A相脉冲分频单元、B相分频脉冲合成单元；其中，所述脉冲方向测定单元用于根据A相脉冲和B相脉冲获得电机旋转方向；所述A相脉冲分频单元用于根据电机旋转方向对A相脉冲和B相脉冲进行分频计数，以获得A相分频脉冲；所述B相分频脉冲合成单元用于合成与A相分频脉冲正交且脉宽一致的B相分频脉冲。本发明提供的编码器分频电路具有制造成本低、抗干扰能力强、准确性高的特点，有利于在中低端产品中应用和推广。

Description

编码器分频电路
技术领域
本发明涉及一种电子技术领域的电路，更具体地说，是一种编码器分频电路。
背景技术
传统的编码器的A、B、Z相脉冲分频方式主要包括基于MCU的分频电路、基于CPLD的分频电路、基于FPGA的分频电路，以上分频电路都存在成本高、外围电路复杂、需要软件和硬件配合、不稳定等缺点。尤其是针对中低端的通用工业现场，如分频比确定、分频比例较小等应用场景，需要分频电路同时具有成本较低、抗干扰能力强、准确性高的特点，而现有编码器的A、B、Z相脉冲分频电路无法满足这些要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有编码器分频电路存在的元器件成本高、需软件和硬件配合、稳定性低等问题，提出一种低成本、抗干扰能力强、准确性高的编码器分频电路。
本发明所提出的技术方案如下：
一种编码器分频电路，用于将所述编码器的A相脉冲、B相脉冲和Z相脉冲分频输出，所述分频电路包括脉冲方向测定单元、A相脉冲分频单元、B相分频脉冲合成单元；其中：
所述脉冲方向测定单元，用于根据所述A相脉冲和B相脉冲获得电机旋转方向；
所述A相脉冲分频单元，用于根据所述电机旋转方向对所述A相脉冲和B相脉冲进行分频计数，以获得A相分频脉冲；
所述B相分频脉冲合成单元，用于合成与所述A相分频脉冲正交且脉宽一致的B相分频脉冲。
本发明的编码器分频电路中，所述脉冲方向测定单元包括第一触发器，所述编码器输出的A相脉冲及B相脉冲分别输入所述第一触发器，当所述第一触发器根据A相脉冲及B相脉冲测定所述电机为正转时，所述第一触发器输出低电平，当所述第一触发器根据A相脉冲及B相脉冲测定所述电机为反转时，所述第一触发器输出高电平。
本发明的编码器分频电路中，所述A相脉冲分频单元包括第一二进制同步可逆计数器，所述第一二进制同步可逆计数器的输入端连接所述第一触发器的输出端，且所述编码器输出的A相脉冲输入所述第一二进制同步可逆计数器的时钟信号端。
本发明的编码器分频电路中，所述B相分频脉冲合成电路包括第一异或门，所述第一二进制同步可逆计数器的两个输出端分别连接所述第一异或门的两个输入端。
本发明的编码器分频电路中，所述分频电路还包括Z相脉冲整形单元；所述Z相脉冲整形单元用于根据所述Z相脉冲生成Z相分频脉冲。
本发明的编码器分频电路中，所述Z相脉冲整形单元包括第二触发器、第二二进制同步可逆计数器、第二异或门；所述Z相脉冲信号输入所述第二触发器，所述第二触发器电性连接所述第二二进制同步可逆计数器，所述第二二进制同步可逆计数器电性连接所述第二异或门；所述Z相脉冲整形单元用于输出与A相脉冲信号及B相脉冲信号相应宽度和相位的Z相分频脉冲信号。
本发明的编码器分频电路通过采用脉冲方向测定单元、A相脉冲分频单元、B相分频脉冲合成单元及Z相脉冲整形单元，利用通用的触发器、二进制同步可逆计数器、异或门，无需采用FPGA和CPLD等可编程门阵列电路，实现对编码器输出的脉冲信号分频的功能，满足大部分工业现场的分频要求。此外，本发明的编码器分频电路还对B相脉冲分频进行了巧妙设计，有别于现有对B相脉冲直接分频的技术方案，采用A相分频脉冲合成B相分频脉冲信号，且输出的B相分频波形严格与A相分频脉冲正交，避免了电路中RC对信号的干扰，有效地降低了电路的复杂程度。本发明的编码器分频电路具有元器件成熟、电路简单、抗干扰强、可靠性高等优点。更重要的是，由于本发明的编码器分频电路在实现分频功能的条件下采用了低成本的元器件，极大地降低了分频电路的制造成本，有利于本发明技术方案在中低端产品中应用和推广。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1示出了本发明实施例的编码器分频电路的功能模块示意图；
图2示出了本发明实施例的编码器分频电路的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，图1示出了本发明实施例的编码器分频电路的功能模块示意图。该编码器分频电路用于将编码器的A相脉冲、B相脉冲和Z相脉冲分频输出，分频电路包括脉冲方向测定单元100，A相脉冲分频单元200，B相分频脉冲合成单元300；其中，脉冲方向测定单元100，用于根据A相脉冲和B相脉冲获得电机旋转方向；A相脉冲分频单元200，用于根据电机旋转方向对A相脉冲和B相脉冲进行分频计数，以获得A相分频脉冲；B相分频脉冲合成单元300，用于合成与A相分频脉冲正交且脉宽一致的B相分频脉冲。
在一个实施例中，编码器分频电路还包括Z相脉冲整形单元400，Z相脉冲整形单元400用于根据Z相脉冲生成Z相分频脉冲。
本发明的编码器分频电路通过采用脉冲方向测定单元、A相脉冲分频单元、B相分频脉冲合成单元及Z相脉冲整形单元，实现对编码器的A相脉冲、B相脉冲和Z相脉冲分频输出的功能，满足大部分工业现场的分频要求。
如图2所示，为本发明实施例的编码器分频电路的电路图。包括脉冲方向测定单元电路图、A相脉冲分频单元电路图、B相分频脉冲合成单元电路图及Z相脉冲整形单元电路图。
在本实施例中，脉冲方向测定单元100包括第一触发器U3B，编码器输出的A相脉冲及B相脉冲分别输入第一触发器U3B的引脚CLK和2D。当第一触发器U3B根据A相脉冲及B相脉冲测定电机为正转时，第一触发器U3B输出低电平；当第一触发器U3B根据A相脉冲及B相脉冲为反转时，第一触发器U3B输出高电平。在本实施例中，第一触发器U3B采用型号为74LS74D触发器。
在本实施例中，A相脉冲分频单元200包括第一二进制同步可逆计数器U2，第一二进制同步可逆计数器U2的输入端连接第一触发器U3B的输出端，且编码器输出的A相脉冲输入第一二进制同步可逆计数器U2的时钟信号端。第一触发器U3B的输出引脚2Q连接第一二进制同步可逆计数器U2的控制引脚D/U，且第一触发器U3B输出的计数方向控制信号输入第一二进制同步可逆计数器U2的控制引脚。A相脉冲分频单元200根据脉冲方向测定单元100的输出计数方向控制信号对A相脉冲进行递增或递减计数分频。第一二进制同步可逆计数器U2的输出即为A相分频脉冲。在本实施例中，第一二进制同步可逆计数器U2采用型号为74LS191二进制同步可逆计数器。
进一步地，当脉冲方向测定单元100中第一触发器U3B测定电机旋转方向为正转时，输出低电平，对应的A相脉冲分频单元200的第一二进制同步可逆计数器U2递增计数；当脉冲方向测定单元100中第一触发器U3B测定电机旋转方向为反转时，第一触发器U3B输出高电平，第一二进制同步可逆计数器U2递减计数。在电机旋转方向正、反切换时，脉冲分频计数相应递增和递减，传统的分频电路在电机旋转方向正、反切换过程中容易出现丢失脉冲的问题。本发明实施例中A相脉冲分频单元200选用二进制同步可逆计数器，结合触发器，从而保证电机旋转方向正、反切换过程中捕获所有脉冲信号，有效解决遗漏脉冲信号的问题。
在本实施例中，B相分频脉冲合成单元300包括第一异或门U1B，第一二进制同步可逆计数器U2的两个输出端分别连接第一异或门U1B的两个输入端。第一异或门U1B的输出即为B相分频脉冲，在本实施例中，第一异或门逻辑器件U1B采用型号为74HC86PW异或门。
进一步地，第一异或门U1B的两个输入端引脚分别为A和B，分别连接第一二进制同步可逆计数器U2的两个输出端引脚D和C，依据A相分频脉冲不同倍频信号合成与A相分频脉冲完全正交的B相分频脉冲，实现对B相脉冲的分频处理，从而简化了电路，且B相脉冲与外部输入无连接，可有效避免外部电路RC的干扰，提高了分频电路的准确性和可靠性。
在本实施例中，Z相脉冲整形单元400包括第二触发器U3A、第二二进制同步可逆计数器U4、第二异或门逻辑器件U1C；Z相脉冲输入第二触发器U3A的输入端引脚CLK，第二触发器U3A的输出端引脚1Q电性连接第二二进制同步可逆计数器U4，第二二进制同步可逆计数器电性连接第二异或门逻辑器件U1C。
进一步地，第二触发器U3A构成单稳态电路，捕获Z相脉冲，第二触发器U3A输出高电平控制第二二进制同步可逆计数器U4对A相脉冲进行计数。设定在Z相脉冲上升沿下触时输出翻转，同时对第二触发器U3A构成单稳态电路复位，准备捕获下一个Z相脉冲，第二触发器U3A的输出即为Z相分频脉冲，且Z相分频脉冲的相位和宽度严格与A相脉冲及B相脉冲相对应，从而实现受Z相脉冲触发产生相应相位和幅值波形的功能，得到与A相脉冲及B相脉冲相应宽度和相位的Z相分频脉冲。
上述编码器分频电路采用通用的触发器、二进制同步可逆计数器、异或门，优选74系列逻辑器件，实现对编码器输出的脉冲信号分频的功能，满足大部分工业现场的分频要求，无需FPGA和CPLD等可编程门阵列电路。此外，本发明的编码器分频电路还对B相脉冲分频进行了巧妙设计，有别于现有对B相脉冲直接分频的技术方案，采用A相分频脉冲合成B相分频脉冲，且输出的B相分频波形严格与A相分频脉冲正交，避免了电路中RC的影响，有效地降低了电路的复杂程度。本发明的编码器分频电路元器件成熟、电路简单、抗干扰强、可靠性高，且制造成本低，有利于本发明技术方案在中低端产品中的应用和推广。
应当理解的是，虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求保护范围内的全部实施方式。

Claims (6)

1.一种编码器分频电路，用于将所述编码器的A相脉冲、B相脉冲和Z相脉冲分频输出，其特征在于，所述分频电路包括脉冲方向测定单元、A相脉冲分频单元、B相分频脉冲合成单元；其中：
所述脉冲方向测定单元，用于根据所述A相脉冲和B相脉冲获得电机旋转方向；
所述A相脉冲分频单元，用于根据所述电机旋转方向对所述A相脉冲和B相脉冲进行分频计数，以获得A相分频脉冲；
所述B相分频脉冲合成单元，用于合成与所述A相分频脉冲正交且脉宽一致的B相分频脉冲。
2.根据权利要求1所述的编码器分频电路，其特征在于，所述脉冲方向测定单元包括第一触发器，所述编码器输出的A相脉冲及B相脉冲分别输入所述第一触发器，当所述第一触发器根据A相脉冲及B相脉冲测定所述电机为正转时，所述第一触发器输出低电平，当所述第一触发器根据A相脉冲及B相脉冲测定所述电机为反转时，所述第一触发器输出高电平。
3.根据权利要求2所述的编码器分频电路，其特征在于，所述A相脉冲分频单元包括第一二进制同步可逆计数器，所述第一二进制同步可逆计数器的输入端连接所述第一触发器的输出端，且所述编码器输出的A相脉冲输入所述第一二进制同步可逆计数器的时钟信号端。
4.根据权利要求3所述的编码器分频电路，其特征在于，所述B相分频脉冲合成单元包括第一异或门，所述第一二进制同步可逆计数器的两个输出端分别连接所述第一异或门的两个输入端。
5.根据权利要求1所述的编码器分频电路，其特征在于，所述分频电路还包括Z相脉冲整形单元；所述Z相脉冲整形单元用于根据所述Z相脉冲生成Z相分频脉冲。
6.根据权利要求5所述的编码器分频电路，其特征在于，所述Z相脉冲整形单元包括第二触发器、第二二进制同步可逆计数器、第二异或门；所述Z相脉冲信号输入所述第二触发器，所述第二触发器电性连接所述第二二进制同步可逆计数器，所述第二二进制同步可逆计数器电性连接所述第二异或门；所述Z相脉冲整形单元用于输出与A相脉冲信号及B相脉冲信号相应宽度和相位的Z相分频脉冲信号。
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