CN204595555U - 一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统，包括复杂可编程逻辑器件和微控制器，所述复杂可编程逻辑器件与所述复杂可编程逻辑器件通过线路连接；还设置有参考时钟，所述参考时钟与所述可编程逻辑器件通过线路连接；所述复杂可编程逻辑器件包括两个寄存器，两个所述寄存器分别与所述参考时钟通过线路连接。相对现有技术，本实用新型能避免信号频率变化而不稳定的现象，提高抗干扰性能，提高了可改进性和可维护性，减小了电路板面积。
Description
技术领域
本实用新型涉及基于正交光电编码器的测速技术，尤其涉及一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统。
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的速度和位置。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，产生与转速成正比的A、B两路相位相隔90°电脉冲角，频率相同的正交编码脉冲，称作“正交光电编码器”。A、B脉冲的频率反映了速度，两者之间的超前/滞后关系反映了方向。为了提高反馈检测精度和辨别方向，实际应用，通常需要对A、B脉冲进行四倍频和辨向处理。
传统正交脉冲的四倍频处理有如下两种方法：
1、将A、B脉冲经由一个RC充放电电路，改变它们的边沿跳变时间，使其跳变沿产生延时，得到A′、B′脉冲，然后将A、B和A′、B′经过逻辑处理电路，得到四倍频脉冲和方向信号。
2、采用分立式数字逻辑器件，用D触发器获得A、B脉冲的延时信号A′、B′，再经过逻辑处理和综合，得到四倍频脉冲和方向信号。
第一种方法，由RC充放电电路控制A、B脉冲的边沿延时。一方面，由于RC电路的延时特性对输入信号频率敏感，而实际应用中A、B脉冲的频率变化范围较大，必然导致RC电路延时特性不一致，另一方面，RC电路的电阻和电容参数，均易受环境因素影响，也将影响延时特性。上述两种原因，都将引起倍频以后的脉冲宽度不稳定。第二种方法，采用D触发器，可以得到固定延时的信号A′、B′，但该延时时间仍然不能反映A、B脉冲的频率变化，导致经过后续倍频逻辑电路处理后得到的倍频信号的脉冲宽度仍然无法稳定。采用分立式逻辑器件，将增大电路板面积，升级维护不方便。
复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device,CPLD)是一种可在线编程的逻辑器件，具有容量大，使用灵活的特点，便于升级和维护设计，能够将分立式逻辑器件实现的功能集中在一个器件上实现，有利于减小电路板面积，增强抗干扰性。本实用新型提供一种基于CPLD的正交光电编码器四倍频和辨向系统。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能避免信号频率变化而不稳定的现象，提高抗干扰性能，提高了可改进性和可维护性，减小了电路板面积的正交光电编码器的四倍频和辨向系统。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统，包括复杂可编程逻辑器件和微控制器，所述复杂可编程逻辑器件与所述复杂可编程逻辑器件通过线路连接；
还设置有参考时钟，所述参考时钟与所述可编程逻辑器件通过线路连接；
所述复杂可编程逻辑器件包括两个寄存器，两个所述寄存器分别与所述参考时钟通过线路连接。
进一步，所述复杂可编程逻辑器件还包括双向计数器，所述双向计数器与所述参考时钟通过线路连接。
进一步，所述双向计数器为16位双向计数器。
进一步，所述复杂可编程逻辑器件还包括双向三态数据收发器，所述双向三态数据收发器通过线路与所述微控制器连接。
进一步，所述线路包括数据总线、地址总线和读/写控制信号总线，所述数据总线、地址总线和读/写控制信号总线的两端分别与所述复杂可编程逻辑器件和微控制器连接。
本实用新型的有益效果是：克服了传统正交光电编码器四倍频和辨向方法的弊端，利用A、B信号的状态变化实现四倍频和辨向，避免了四倍频后脉冲宽度因A、B信号频率变化而不稳定的现象，同时，基于状态转换的判断可以提高抗干扰性能；基于复杂可编程逻辑器件的实现，提高了设计的可改进性和可维护性，减小了电路板面积。
附图说明
图1为本实用新型一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统的结构示意图；
图2为本实用新型原理的示意图一；
图3为本实用新型原理的示意图二；
图4为正交光电编码器的信号辨向状态图；
图5为本实用新型实施例的三分频时序仿真结果截图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、复杂可编程逻辑器件，2、微控制器，3、线路，4、参考时钟，5、寄存器，6、双向计数器，7、双向三态数据收发器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
实施例1：
如图1所示，一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统，包括复杂可编程逻辑器件1和微控制器2，所述复杂可编程逻辑器件1与所述复杂可编程逻辑器件2通过线路3连接；
所述复杂可编程逻辑器件1同步采样A信号和B信号，分别保存A信号和B信号的当前状态和上一个时钟周期的状态，记录A信号和B信号状态变化的次数，得计数信号；
所述微控制器2读取复杂可编程逻辑器件的计数信号及A信号和B信号的方向信号，并进行数据处理得A信号和B信号的四倍频的位置信息和辨向信息。
还设置有参考时钟4，所述参考时钟4与所述可编程逻辑器件1通过线路连接，所述参考时钟同步采样A信号和B信号。
所述复杂可编程逻辑器件1包括两个寄存器5，两个所述寄存器5分别与所述参考时钟4通过线路连接，两个所述寄存器分别保存A信号和B信号的当前状态和上一个时钟周期的状态。
所述复杂可编程逻辑器件1还包括双向计数器6，所述双向计数器6与所述参考时钟4通过线路连接，所述双向计数器记录A信号和B信号状态变化的次数。
所述双向计数器6为16位双向计数器
所述复杂可编程逻辑器件1还包括双向三态数据收发器7，所述双向三态数据收发器通过线路与所述微控制器2连接。
所述线路3包括数据总线、地址总线和读/写控制信号总线，所述数据总线、地址总线和读/写控制信号总线的两端分别与所述复杂可编程逻辑器件1和微控制器2连接。
所述复杂可编程逻辑器件1通过Verilog HDL建立逻辑模块。
实施例2：
如图2至图4所示，正交编码器正转时，A信号超前B信号90°，正交编码器正转时，B信号超前A信号90°；当正交编码器正转，如图2所示，AB的状态变化为正交编码器反转，如图3所示，AB的状态变化为用两个位寄存器5保存A信号和B信号的当前状态和前一次状态，用一次16位双向计数器(Timer)6记录A信号和B信号状态变化的次数，当AB信号状态沿正向变化时，计数器增计数，当AB信号状态沿反向变化时，计数器减计数；在图4中，当A信号和B信号的状态变化过程为时，AB状态每变化一次，计数器加1，同时方向信号输出为正(0)；当AB状态变化过程为时，AB状态每变化一次，计数器减1，同时方向信号输出为负(1)，其他任何状态变化，双向计数器(Timer)6和方向信号(dir)都不改变。这样，可以防止编码器抖动时，引起的错误状态和计数，提高了抗干扰性能；双向计数器6的计数结果和方向信号就是编码器的四倍频结果和辨向信号。
实施例3：
如图1至图5所示，本实用新型的逻辑功能全部由复杂可编程逻辑器件(CPLD)1实现，微控制器(MCU)2按一定的采样周期，每隔一段时间读取复杂可编程逻辑器件1内双向计数器(Timer)6的计数结果和方向信号dir。微控制器2和复杂可编程逻辑器件1之间的数据交换通过数据总线、地址总线和读/写控制信号来完成，微控制器2一般带有数据总线、地址总线和读/写控制信号，没有总线的微控制器2可以通过I/O端口来模拟，而复杂可编程逻辑器件1内部则需要另外设计双向三态数据收发器7。
在复杂可编程逻辑器件7内部，首先利用参考时钟(clk)4同步采样A信号和B信号，并用两个寄存器5分别保存A信号和B信号的当前状态和上一个时钟周期的状态。
其中，图5中的pa、pb为编码器脉冲信号A、B，clk的上升沿同步采集A信号和B信号的状态，now_state为A信号和B信号当前状态，pre_state为A信号和B信号在上一个时钟周期时的状态。
然后，根据now_state，pre_state的不同状态，得到四倍频计数结果和方向信号，为了时序的同步，仍然在clk的上升沿完成状态的判断，
其中，cnt_out为双向16位计数器的计数结果，作为寄存器保存下来；dir是方向信号，0为正向，1为负向。
最后，由微控制器2按照一定的采样周期，每隔相同的时间，读取一次cnt_out和dir，则dir就是编码器的旋转方向，cnt_out为四倍频后的位置信息。如果，需要得到速度信息，则微控制器2在采样程序中将cnt_out保存一次，记为cnt_out_1，cnt_out_1即为上一次的位置信息，再将当前位置信息cnt_out减去cnt_out_1，得到在一个采样周期(T)内的位置差Δp＝cnt_out-cnt_out_1，那么速度为v＝Δp/T，该速度即为四倍频后得到的速度值。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统，其特征在于：包括复杂可编程逻辑器件(1)和微控制器(2)，所述复杂可编程逻辑器件(1)与所述复杂可编程逻辑器件(2)通过线路(3)连接；
还设置有参考时钟(4)，所述参考时钟(4)与所述可编程逻辑器件(1)通过线路连接；
所述复杂可编程逻辑器件(1)包括两个寄存器(5)，两个所述寄存器(5)分别与所述参考时钟(4)通过线路连接。
2.根据权利要求1所述一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统，其特征在于：所述复杂可编程逻辑器件(1)还包括双向计数器(6)，所述双向计数器(6)与所述参考时钟(4)通过线路连接。
3.根据权利要求2所述一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统，其特征在于：所述双向计数器(6)为16位双向计数器。
4.根据权利要求1所述一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统，其特征在于：所述复杂可编程逻辑器件(1)还包括双向三态数据收发器(7)，所述双向三态数据收发器(7)通过线路与所述微控制器(2)连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统，其特征在于：所述线路(3)包括数据总线、地址总线和读/写控制信号总线，所述数据总线、地址总线和读/写控制信号总线的两端分别与所述复杂可编程逻辑器件(1)和微控制器(2)连接。
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| CN201520282165.2U CN204595555U (zh) | 2015-05-04 | 2015-05-04 | 一种正交光电编码器的四倍频和辨向系统 |
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Cited By (1)
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| CN108336993A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-07-27 | 深圳市四方电气技术有限公司 | 编码器分频电路 |
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2015
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