CN112815967A - 一种基于linux平台的数字编码器中断滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于linux平台的数字编码器中断滤波方法，包括如下步骤：于系统驱动层配置写设备驱动中的读函数和查询函数，注册设备的步骤S1；配置写设备驱动中的打开函数，并初始化输入输出接口的步骤S2；注册中断函数，以使得当第一脉冲信号处于上升沿或者下降沿时产生中断的步骤S3；配置poll函数，所述中断函数根据第二脉冲信号判断所述第一脉冲信号的转换是否正确，若判定正确则所述中断函数向所述poll函数发送步进信号并修改电平触发，以及向所述读函数传递参数的步骤S4，其针对现有技术下数字编码器干扰处理问题的低硬件成本低复杂度、且能够有效改善误码率。

Description

一种基于linux平台的数字编码器中断滤波方法

技术领域

本发明属于数字编码器信号处理技术领域，具体地说，涉及一种基于linux平台的数字编码器中断滤波方法。

背景技术

编码器(encoder)是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。现有的数字编码器多基于单片机设计，其能将机械位移量变成电信号，可用来测量物体的长度、角度、位置或速度，被广泛应用于造纸印刷机械、检测仪表、自动机械、输送系统、压力控制、测试工作台、测速等领域。

在工业控制等领域中，又对设备的稳定性有着较高的要求，而数字编码器由于其本质是机械特性，所以在运行过程中与生俱来地伴随有干扰问题。具体地说，数字编码器把角位移或直线位移转换成的电信号，产生两路包含相位的脉冲信号，定义为脉冲信号A和脉冲信号B，在解码端数字编码器可以对脉冲信号A和脉冲信号B的脉冲个数进行计算从而得到角位移值或直线位移值，并根据脉冲信号A和脉冲信号B的相位差判断角位移或直线位移的位移方向。但通常数字编码器产生脉冲信号在传输到控制设备的过程中，会因为传输距离远、应用环境差等原因，使得控制设备接收到的信号中存在毛刺、或者波形不完整等干扰，这些干扰的产生会对解码过程造成误差。

例如，在一种基于linux+arm的平台系统中，数字编码器正向转动和反向转动分别产生两组波形的信号，也即前述的脉冲信号A和脉冲信号B，并且已知：当数字编码器正向转动时，在脉冲信号A的下降沿读取到脉冲信号B为高电平，或者在脉冲信号A的上升沿读取到脉冲信号B为低电平；当数字编码器反向转动时，在脉冲信号A的下降沿读取到脉冲信号B为低电平，或者在脉冲信号A的上升沿读取到脉冲信号B为高电平。为应对信号干扰的问题，一种容易想到的方式是通过增加单片机实现，但显然，增加单片机的方式势必会增加设计成本以及软件复杂度。

目前通常采用边沿触发中断方式，或者查询方式来解决数字编码器的上述干扰问题。传统的查询方式，需要不断检测输入输出(I/O)管脚的电平信号，占用处理器资源较多，且无法确定用户程序读取底层I/O的延时时间，极容易在该过程中丢失检测信息；而边沿触发中断的方式受限于数字编码器机械转动的特性，误码率较高，误差也较大。

有鉴于此，应当对现有技术进行改进，以解决基于linux+arm平台中解决数字编码器干扰存在的硬件成本高，软件复杂度高，误码率大的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种针对现有技术下数字编码器干扰处理问题的低硬件成本低复杂度、且能够有效改善误码率的基于linux平台的数字编码器中断滤波方法。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种基于linux平台的数字编码器中断滤波方法，定义数字编码器产生包含相位的两路脉冲信号为第一脉冲信号和第二脉冲信号，则所述中断滤波方法包括如下步骤：于系统驱动层配置写设备驱动中的读函数和查询函数，注册设备的步骤S1；配置写设备驱动中的打开函数，并初始化输入输出接口的步骤S2；注册中断函数，以使得当第一脉冲信号处于上升沿或者下降沿时产生中断的步骤S3；配置poll函数，所述中断函数根据第二脉冲信号判断所述第一脉冲信号的转换是否正确，若判定正确则所述中断函数向所述poll函数发送步进信号并修改电平触发，以及向所述读函数传递参数的步骤S4。

优选地，在所述步骤S2中，初始化输入输出接口的步骤包括：配置对应寄存器映射步骤S21；配置输入输出参数、工作模式以及中断配置步骤S22。

进一步优选地，在所述步骤S3中，注册中断的步骤是配置中断函数，即中断产生时将会调用的函数。

更进一步优选地，所述步骤S4中，所述中断函数根据第二脉冲信号判断所述第一脉冲信号的转换是否正确的步骤包括：配置产生中断时，等待预设时间间隔T后确认第一脉冲信号的电平是否发生改变的步骤S41，若未发生改变则退出当前中断，若发生改变则转入步骤S42；获取当前第二脉冲信号的电平，等待预设时间间隔T后确认第二脉冲信号的电平是否发生改变的步骤S42，若发生改变则退出当前中断，若未发生改变则转入步骤S43；所述poll函数认定当前脉冲信号改变为正确，并按照预设值执行所述数字编码器转动参数步进的步骤S43。

再进一步优选地，所述步骤S43中还包括，所述poll函数判断当前步进预设值的方向，若与上一次步进方向相同则保持，若与上一次步进方向不同，则舍弃上一次步进方向。

还进一步优选地，所述预设时间间隔T配置在1微秒到6微秒的范围内。

又进一步优选地，还包括：于系统应用层配置选择函数并检测所述设备驱动中的数据，而后调用所述读函数获取当前数字编码器的转动参数的步骤S5。

由于以上技术方案的采用，本发明相较于现有技术具有如下的有益技术效果：

1、本发明的较佳实施例是在现有技术中边沿触发中断方式去除信号干扰的基础上，于系统驱动层通过注册中断方式获取数字编码器当前转动方向以及转动次数，再根据判断脉冲信号转换是否正确并修改下一次电平触发，从而避免电平持续触发带来的系统占用异常问题，解决现有技术下通过脉冲信号边沿触发中断方式处理数字编码器干扰造成误码率高的技术问题，同时无需引入更多单片机，节省了硬件成本，降低了软件复杂度；

2、注册中断函数，是当数字编码器正向转动或者反向转动时，于某一脉冲信号处于上升沿或者下降沿时候产生中断，再配置poll函数，通过第二脉冲信号对第一脉冲信号是否完成一次正确完整的电平转换进行判断，并根据判断结果修改或者保持当前电平触发；在上述过程中，预设的时间间隔通常远小于脉冲信号在高电平或者低电平上的保持时间，从而，先等待预设时间间隔后确认第一脉冲信号的电平是否发生改变，若未发生改变则说明第一脉冲信号仍然处于上升沿或者下降沿中，若发生改变，则说明第一脉冲信号完成了一次转变，此时获取第二脉冲信号的当前电平，并相应地等待预设时间间隔后确认第二脉冲信号的电平是否发生改变，由于预设时间间隔远小于脉冲信号在高低电平上的保持时间，则只有当预设时间间隔后第二脉冲信号仍然保持之前的电平信号，才说明第一脉冲信号执行了一次正确的转换；当判断第一脉冲信号正确转换后，则poll函数按照预设值执行数字编码器转动参数步进；

3、poll函数又同时对按照预设值进行步进的方向进行判断，通常，当判断第一脉冲信号执行了一次正确的转换时，则将按照当前数字编码器的转动方向，进行步进；进一步的，当第一脉冲信号当前信号转换完成后，则下一次信号转换的方式必然与当前转换相反，也即，若当前完成一次由低电平向高电平的上升沿转换，则下一次的转换应当是由高电平向低电平的下降沿转换，这样，当完成一次正确的转换后则相应修改电平触发，修改中断电平；

4、完成电平触发修改后，则中断函数执行的中断服务向poll函数和读函数发送信号量，再于系统应用层配置选择函数以检测设备中的数据，当设备驱动中数据时，则调用读函数获取当前数字编码器的转动参数；

5、预设时间间隔的设置在1微秒到6微秒的范围内，预设时间间隔的配置只要明显小于脉冲信号高低电平的保持时间即可。

6、本发明所述的中断滤波设计运营至特种显示行业搭建的linux+arm平台，而在linux平台的驱动层增加干扰滤波降低误码率的方法也同样可以运用至其他基于linux系统搭配单片机的平台中。

附图说明

图1为示意图，示出了本发明的一较佳实施例中数字编码器的等效电路结构；

图2为示意图，示出了图1所示的数字编码器旋转时的理论波形；

图3为流程图，示出了本发明的一较佳实施例中所述的基于linux平台的数字编码器中断滤波方法的流程。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的一种基于linux平台的数字编码器中断滤波方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

需要说明的是，本发明实施例中所使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”、“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明的较佳实施例，是针对现有技术下，采用边沿触发中断方式解决数字编码器干扰时误码率高的技术问题而提出的。其是在系统的驱动层引入中断的方法，读取数字编码器的当前转动方向以及转动次数。

以一种现有的数字编码器为例，图1为示意图，示出了本发明的一较佳实施例中数字编码器的等效电路结构。图2为示意图，示出了图1所示的数字编码器旋转时的理论波形。先参看图1，数字编码器的等效电路中，包括端子A、端子B和端子C，则当数字编码器的轴以360°/S的速度正向转动时，定义端子A和端子C之间输出的波形为第一脉冲信号，定义端子B和端子C之间的输出波形为第二脉冲信号，则第一脉冲信号和第二脉冲信号是分别如图2中A signal和B signal所示。参看图2，以数字编码器正向转动为例，第一脉冲信号和第二脉冲信号输出的波形可以描述为，在第一脉冲信号的下降沿时，读取第二脉冲信号为高电平，或者在第一脉冲信号的上升沿时，读取第二脉冲信号为低电平，相应的，如果数字编码器方向转动时，则应当是在第一脉冲信号的下降沿时，读取第二脉冲信号为低电平，或者在第一脉冲信号为上升沿时，读取第二脉冲信号为高电平。

在前述特征的基础上，图3为流程图，示出了本发明的一较佳实施例中所述的基于linux平台的数字编码器中断滤波方法的流程。在定义了数字编码器产生的包含相位的两路脉冲信号后，中断滤波方法包括如下步骤：于系统驱动层配置写设备驱动中的读函数和查询函数，注册设备的步骤S1；配置写设备驱动中的打开函数，并初始化输入输出接口的步骤S2；注册中断函数，以使得当第一脉冲信号处于高电平或者低电平时产生中断的步骤S3；配置poll函数，所述中断函数根据第二脉冲信号判断所述第一脉冲信号的转换是否正确，若判定正确则所述中断函数向所述poll函数发送步进信号并修改电平触发，以及向所述读函数传递参数的步骤S4。

初始化输入输出接口，是先配置使能输入输出时钟，再配置输入输出参数、工作模式以及接口的翻转速率数值。注册中断时，相应配置中断产生的中断标志位。中断函数的作用还包括读取当前按键转动的方向和转动次数，并向poll函数和读函数发送信号量，再向用户层传递相应的数字编码器的转动参数以供用户层进行显示。

配置中断时，先根据第一或者第二脉冲信号保持高电平或者低电平的时间配置预设时间间隔T，通常，时间间隔T设置在1微秒到6微秒的范围内。在该较佳实施例中，设置预设时间间隔为3微秒。

同样，以数字编码器正向转动为例，将中断配置在第一脉冲信号上升沿中，则当前时刻获取第一脉冲信号的电平，等待预设时间间隔(也即3微秒)后，再次确认第一脉冲信号的电平是否发生改变，也即是否改变为高电平。如若，再次确认时，第一脉冲信号为低电平，则说明其第一脉冲信号仍然处于上升沿过程中，换句话说，还未完成一次完整的转换，则退出当前中断，继续等待中断被唤醒；如若，再次确认时，第一脉冲信号为高电平，则进入至下一个步骤。

接着，先获取当前第二脉冲信号的电平，在该较佳实施例中，此时第二脉冲信号为低电平，则等待预设时间间隔(也即3微秒)后，再次确认第二脉冲信号的电平是否发生改变，也即确认第二脉冲信号是否保持低电平。如若，再次确认时，第二脉冲信号经过一个预设时间间隔后仍然保持初始电平，则说明第一脉冲信号完成了一次上升沿；随后，中断函数的中断服务程序判定当前第一脉冲信号转换正确，则如前所述，向poll函数和读函数发送信号量，再向用户层传递相应的数字编码器的转动参数以供用户层进行显示，除此之外，还需要修改或者保持当前电平触发，以及发送信号使得poll函数按照预设值执行步进，例如当poll函数判断脉冲信号完成一次转换，则按照当前数字编码器的转动方向，进行步进，也即，正向转动则正向转动步进+1，反向转动则反向转动步进+1。

由于数字编码器产生的两路脉冲信号为有相位的脉冲信号，则Poll函数执行的步进也具有方向，从而poll函数判断当前步进预设值的方向，若与上一次步进的方向相同则保持，若与上一次步进方向不同，则舍弃上一次步进方向。结合前述过程可以看出，当中断获取第一脉冲信号的电平，与等待预设时间间隔后确认的第一脉冲信号的电平相同，也即第一脉冲信号仍然处于当前的上升沿或者下降沿时，退出当前中断等待中断被唤醒，此时poll函数判断当前步进方向与上一次方向相同，则保持；当中断能获取第一脉冲信号的电平，与等待预设时间间隔后确认的第一脉冲信号的电平不同，且通过获取第二脉冲信号的电平确认第一脉冲信号完成一个完整的转换后，则poll函数判断当前步进方向与不同，则舍弃上一次步进方向。

再以数字编码器反向转动为例，将中断配置在第一脉冲信号上升沿中，则当前时刻获取第一脉冲信号的电平，等待预设时间间隔(也即3微秒)后，再次确认第一脉冲信号的电平是否发生改变，也即是否改变为高电平。如若，再次确认时，第一脉冲信号为低电平，则说明其第一脉冲信号仍然处于上升沿过程中，换句话说，还未完成一次完整的转换，则退出当前中断，继续等待中断被唤醒；如若，再次确认时，第一脉冲信号为高电平，则进入至下一个步骤。

接着，先获取当前第二脉冲信号的电平，在该较佳实施例中，此时第二脉冲信号为高电平，则等待预设时间间隔(也即3微秒)后，再次确认第二脉冲信号的电平是否发生改变，也即确认第二脉冲信号是否保持高电平。如若，再次确认时，第二脉冲信号经过一个预设时间间隔后仍然保持初始电平，则说明第一脉冲信号完成了一次上升沿；随后，中断函数的中断服务程序判定当前第一脉冲信号转换正确，则如前所述，需要修改或者保持当前电平触发，以及发送信号使得poll函数按照预设值执行反向转动步进+1。

由于以上技术方案的采用，本发明相较于现有技术具有如下的有益技术效果：

1、本发明的较佳实施例是在现有技术中边沿触发中断方式去除信号干扰的基础上，于系统驱动层通过注册中断方式获取数字编码器当前转动方向以及转动次数，再根据判断脉冲信号转换是否正确并修改下一次电平触发，从而避免电平持续触发带来的系统占用异常问题，解决现有技术下通过脉冲信号边沿触发中断方式处理数字编码器干扰造成误码率高的技术问题，同时无需引入更多单片机，节省了硬件成本，降低了软件复杂度；

2、注册中断函数，是当数字编码器正向转动或者反向转动时，于某一脉冲信号处于上升沿或者下降沿时候产生中断，再配置poll函数，通过第二脉冲信号对第一脉冲信号是否完成一次正确完整的电平转换进行判断，并根据判断结果修改或者保持当前电平触发；在上述过程中，预设的时间间隔通常远小于脉冲信号在高电平或者低电平上的保持时间，从而，先等待预设时间间隔后确认第一脉冲信号的电平是否发生改变，若未发生改变则说明第一脉冲信号仍然处于上升沿或者下降沿中，若发生改变，则说明第一脉冲信号完成了一次转变，此时获取第二脉冲信号的当前电平，并相应地等待预设时间间隔后确认第二脉冲信号的电平是否发生改变，由于预设时间间隔远小于脉冲信号在高低电平上的保持时间，则只有当预设时间间隔后第二脉冲信号仍然保持之前的电平信号，才说明第一脉冲信号执行了一次正确的转换；当判断第一脉冲信号正确转换后，则poll函数按照预设值执行数字编码器转动参数步进；

3、poll函数又同时对按照预设值进行步进的方向进行判断，通常，当判断第一脉冲信号执行了一次正确的转换时，则将按照当前数字编码器的转动方向，进行步进；进一步的，当第一脉冲信号当前信号转换完成后，则下一次信号转换的方式必然与当前转换相反，也即，若当前完成一次由低电平向高电平的上升沿转换，则下一次的转换应当是由高电平向低电平的下降沿转换，这样，当完成一次正确的转换后则相应修改电平触发，修改中断电平；

4、完成电平触发修改后，则中断函数执行的中断服务向poll函数和读函数发送信号量，再于系统应用层配置选择函数以检测设备中的数据，当设备驱动中数据时，则调用读函数获取当前数字编码器的转动参数；

5、预设时间间隔的设置在1微秒到6微秒的范围内，预设时间间隔的配置只要明显小于脉冲信号高低电平的保持时间即可。

以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于linux平台的数字编码器中断滤波方法，其特征在于，定义数字编码器产生包含相位的两路脉冲信号为第一脉冲信号和第二脉冲信号，则所述中断滤波方法包括如下步骤：

于系统驱动层配置写设备驱动中的读函数和查询函数，注册设备的步骤S1；

配置写设备驱动中的打开函数，并初始化输入输出接口的步骤S2；

注册中断函数，以使得当第一脉冲信号处于高电平或者低电平时产生中断的步骤S3；

配置poll函数，所述中断函数根据第二脉冲信号判断所述第一脉冲信号的转换是否正确，若判定正确则所述中断函数向所述poll函数发送步进信号并修改电平触发，以及向所述读函数传递参数的步骤S4。

2.根据权利要求1所述的基于linux平台的数字编码器中断滤波方法，其特征在于，在所述步骤S2中，初始化输入输出接口的步骤包括：

配置对应寄存器地址映射步骤S21；

配置输入输出参数、工作模式以及中断配置S22。

3.根据权利要求2所述的基于linux平台的数字编码器中断滤波方法，其特征在于，在所述步骤S3中，注册中断的步骤是配置中断函数，并配置中断函数产生的中断标志位。

4.根据权利要求3所述的基于linux平台的数字编码器中断滤波方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述中断函数根据第二脉冲信号判断所述第一脉冲信号的转换是否正确的步骤包括：

配置产生中断时，等待预设时间间隔T后确认第一脉冲信号的电平是否发生改变的步骤S41，若未发生改变则退出当前中断，若发生改变则转入步骤S42；

获取当前第二脉冲信号的电平，等待预设时间间隔T后确认第二脉冲信号的电平是否发生改变的步骤S42，若发生改变则退出当前中断，若未发生改变则转入步骤S43；

所述poll函数认定当前脉冲信号改变为正确，并按照预设值执行所述数字编码器转动参数步进的步骤S43。

5.根据权利要求4所述的基于linux平台的数字编码器中断滤波方法，其特征在于，所述步骤S43中还包括，所述poll函数判断当前步进预设值的方向，若与上一次步进方向相同则保持，若与上一次步进方向不同，则舍弃上一次步进方向。

6.根据权利要求4所述的基于linux平台的数字编码器中断滤波方法，其特征在于，所述预设时间间隔T配置在1微秒到6微秒的范围内。

7.根据权利要求4至6任一项所述的基于linux平台的数字编码器中断滤波方法，其特征在于，还包括：

于系统应用层配置选择函数并检测所述设备驱动中的数据，而后调用所述读函数获取当前数字编码器的转动参数的步骤S5。

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