CN204666167U - 绝对值编码器信号处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种绝对值编码器信号处理装置，包括：读取电路，用于获取绝对值编码器输出的位置信号以及校验信息；脉冲计数电路，用于根据绝对值编码器输出的波形信号进行脉冲计数；以及位置处理电路，用于根据校验信息判断位置信号是否正确；位置处理电路还用于在位置信号正确时更新位置信息并将脉冲计数电路的计数值清零；位置处理电路还用于在位置信号错误时根据当前的位置信息以及计数值计算出正确的位置信号后更新位置信息并将脉该计数值清零。上述绝对值编码器信号处理装置，通过读取电路、脉冲计数电路以及位置处理电路即可实现对绝对值编码器输出的位置信号的处理，处理过程无需使用专门的FPGA芯片，生产成本较低。

Description

绝对值编码器信号处理装置

技术领域

本实用新型涉及电子通信技术领域，特别是涉及一种绝对值编码器信号处理装置。

背景技术

绝对值编码器具有每一个位置绝对唯一、抗干扰、无需掉电记忆、无需找参考点而且不用一直计数的优点，已经越来越广泛地应用于各种工业系统中的角度、长度测量以及定位控制中。传统的绝对值编码器位置的读取以及数据处理是利用FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片按照与绝对值编码器之间的协议来实现的，并需要利用专门总线将相关数据提供给后续处理设备。采用这种方案一般受FPGA芯片价格等影响，系统成本较高。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种成本较低的绝对值编码器信号处理装置。

一种绝对值编码器信号处理装置，用于对绝对值编码器输出的位置信号进行处理，包括：读取电路，用于与所述绝对值编码器连接并获取所述绝对值编码器输出的位置信号以及校验信息；脉冲计数电路，用于与所述绝对值编码器连接并根据所述绝对值编码器输出的波形信号进行脉冲计数；以及位置处理电路，与所述读取电路、所述脉冲计数电路连接，用于根据所述校验信息判断所述位置信号是否正确；所述位置处理电路还用于在所述位置信号正确时更新位置信息并将所述脉冲计数电路的计数值清零；所述位置处理电路还用于在所述位置信号错误时根据当前的位置信息以及所述脉冲计数电路的计数值计算出正确的位置信号后更新所述位置信息并将所述脉冲计数电路的计数值清零。

在其中一个实施例中，还包括：转换控制电路，与所述位置处理电路连接，用于根据正确的位置信号生成模拟量控制信号；模拟量生成电路，与所述转换控制电路连接，用于根据所述模拟量控制信号将所述正确的位置信号转换为模拟量信号后输出。

在其中一个实施例中，所述模拟量生成电路为脉冲宽度调制电路；所述模拟量控制信号用于调节所述脉冲宽度调制电路输出的脉冲信号的占空比。

在其中一个实施例中，还包括：输出电路，与所述模拟量生成电路连接，用于将所述模拟量信号输出给后续处理设备；采样校验电路，与所述模拟量生成电路的输出端、所述输出电路的输出端连接，用于将所述输出电路输出端的信号与所述模拟量生成电路输出端的信号进行比较后判断二者是否相同并在二者不相同时输出报错信息。

在其中一个实施例中，还包括通讯电路，与所述采样校验电路连接，用于将所述报错信息输出给后续处理设备。

在其中一个实施例中，所述读取电路、所述脉冲计数电路以及所述位置处理电路集成在一数字处理芯片内。

在其中一个实施例中，所述读取电路包括读取接口以及接口驱动电路；所述读取接口用于与所述绝对值编码器连接，并与所述接口驱动电路连接；所述接口驱动电路还与所述位置处理电路连接。

在其中一个实施例中，所述读取接口为串行外设接口。

上述绝对值编码器信号处理装置，通过读取电路、脉冲计数电路以及位置处理电路即可实现对绝对值编码器输出的位置信号的处理，处理过程无需使用专门的FPGA芯片，生产成本较低。

附图说明

图1为一实施例中的绝对值编码器信号处理装置的结构框图；

图2为另一实施例中的绝对值编码器信号处理装置的结构框图；

图3为一实施例中的绝对值编码器信号处理方法的流程图；

图4为另一实施例中的绝对值编码器信号处理方法的流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种绝对值编码器信号处理装置，用于对绝对值编码器输出的位置信号进行处理以便提供给后续处理系统。图1为一实施例中的绝对值编码器信号处理装置的结构示意图，包括读取电路110、脉冲计数电路120以及位置处理电路130。其中，读取电路110、脉冲计数电路120分别与位置处理电路130连接。

读取电路110用于与绝对值编码器连接以接收其输出的位置信号以及校验信息。绝对值编码器输出的校验信息是指其内部校验电路对输出的位置信号进行校验获得的校验码。具体地，读取电路110包括读取接口112以及接口驱动电路114。其中，读取接口112与接口驱动电路114连接，并通过绝对值编码器的DATA+、DATA-、CLK+以及CLK-端与绝对值编码器连接。在本实施例中，读取接口112采用串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)，绝对值编码器为EnDat绝对值编码器。因此，读取接口112根据其与EnDat绝对值编码器之间的协议(即EnDat协议)进行绝对值编码器位置信号以及校验信息的读取，从而获得位置信号以及校验信息。

脉冲计数电路120用于与绝对值编码器连接并根据绝对值编码器输出的波形信号进行脉冲计数。在本实施例中，绝对值编码器信号处理装置还包括模拟量处理电路140。模拟量处理电路140通过与绝对值编码器的模拟量正弦信号输出端A+、A-、B+以及B-连接，从而接收绝对值编码器自身带有的模拟量正弦信号。模拟量处理电路140将接收到的模拟量正弦信号处理为方波信号后输出给脉冲计数电路120进行脉冲计数。在本实施例中，脉冲计数电路120为正交编码脉冲计数电路(Quadrature Encoder Pulse，QEP)。

位置处理电路130用于接收读取电路110读取到的位置信号以及校验信息，并根据接收的校验信息判断读取到的位置信号是否正确。具体地，位置处理电路130会根据接收到的位置信号计算得到一个校验值，从而将该校验值与校验信息中获取到的校验值进行比较。若二者一致则表示校验正确，从而判断该位置信号为正确的位置信号，反之则该位置信号不正确。位置处理电路130还用于在位置信号正确时更新位置信息，即将当前正确的位置信号替换掉原有的位置信息中的位置信号。同时，位置处理电路130还会将脉冲计数电路120的计数值清零，以便进行下一次的位置信号读取。在一实施例中，绝对值编码器信号处理装置还包括存储电路，用于存储更新后的位置信息，即在未更新之前，存储单元中的位置信息为脉冲计数单元120计数开始时的位置信息(即绝对值编码器的初始位置)。

位置处理电路130还用于在判断出位置信号不正确时，根据当前的位置信息以及脉冲计数电路120的计数值计算得到正确的位置信号，从而在获得正确的位置信号后更新位置信息并对脉冲计数电路120的计数清零。位置处理电路130会在电路受到干扰导致位置信号错误时对位置信号进行处理，从而避免错误的位置信号对后续处理设备产生较大的影响，提高了系统的抗干扰能力。具体地，位置处理电路130计算正确的位置信号的公式如下：

       $P_{\mathrm{now}}=P_{\mathrm{old}}+K\×\frac{P_A}{K_A}---\left(1\right)$

其中，P_now表示正确的位置信号，P_old为当前的位置信号，从位置信息中可以直接读取获得，K为计数值，P_A为绝对值编码器旋转一周后位置信号的变化量，K_A为所述绝对值编码器旋转一周后所述脉冲计数电路的计数值的变化量。在一实施例中，也可以先判断脉冲计数电路120的计数值K是否为零，若为零，则表示绝对值编码器的位置未发生变化，不会对位置信息进行更新。在计数值K大于零时才通过上述公式进行计算得到正确的位置信号。在本实施例中，绝对值编码器旋转一周其位置信号的变化量P_A为65536，其旋转一周后脉冲计数电路120的计数值的变化量K_A为8192。因此，公式(1)为：

       $P_{\mathrm{now}}=P_{\mathrm{old}}+K\×\frac{65536}{8192}=P_{\mathrm{old}}+8K$

经过上述处理后，可以避免因为校验信息错误时位置信号突变的情况发生，提高了系统的可靠性。

上述绝对值编码器信号处理装置，通过读取电路110、脉冲计数电路120以及位置处理电路130即可实现对绝对值编码器输出的位置信号的处理，处理过程无需使用专门的FPGA芯片，生产成本较低。并且，上述装置会在数据校验失败(即校验信息错误)时根据脉冲计数电路120的计数值以及当前位置信息计算得到正确的位置信号，从而避免校验失败时位置信号突变的情况发生，提高了系统的可靠性。

图2为另一实施例中的绝对值编码器信号处理装置的结构框图，其包括接口电路212、接口驱动电路214、脉冲计数电路220、位置处理电路230以及模拟量处理电路240，还包括转换控制电路255、模拟量生成电路260、输出电路265、采样校验电路270以及通讯电路275。其中，接口电路212、接口驱动电路214、脉冲计数电路220、位置处理电路230以及模拟量处理电路240在前述实施例中已经详细介绍的部分，此处不赘述。

在本实施例中，位置处理电路230还用于将计算得到的位置信号转换为角度信号，其转换公式为：T为转换后的角度信号。位置处理电路230还用于根据该角度信号T生成两路正交的正弦信号瞬时值(一路为C相，一路为D相)，计算公式如下：

C＝sinT，D＝cosT

其中，C为第一正弦信号瞬时值，D为第二正弦信号瞬时值。

位置处理电路230产生的两路正交的正弦信号变化一周的周期与绝对值编码器转一圈的周期匹配。由于位置处理电路230产生的正弦信号瞬时值为数字量信号，需要转换为模拟量后输出。

转换控制电路255与位置处理电路230连接，用于根据两路正交的正弦信号瞬时值生成模拟量控制信号。模拟量生成电路260与转换控制电路255连接，用于根据转换控制电路255输出的模拟量控制信号将位置信号转换为模拟量信号后输出。在本实施例中，模拟量生成电路260为PWM脉冲宽度调制电路。因此，模拟量控制信号用于对脉冲信号的占空比进行调整，从而对输出的模拟量信号进行控制。具体地，模拟量控制信号可以根据以下公式计算获得：

      

      

其中，占空比为0时对应C、D相为负向最大值；占空比为50％时对应C、D相为零值；占空比为100％时对应C、D相为正向最大值。

通过上述电路可以将绝对值位置信号转换为反应实际位置的两路模拟量信号后通过输出电路265即可直接输出给后续处理设备进行进一步的信号处理，而无需使用专门总线来实现数据的传输，降低了对后续处理设备的要求，兼容性较好。在一实施例中，输出电路265为DA接口。

在本实施例中，绝对值编码器信号处理装置还会对输出的模拟量信号进行采样校验，从而确保输出的准确性。采样校验电路270与模拟量生成电路260的输出端以及输出电路265的输出端连接。采样校验电路270用于对输出电路265输出端的信号进行采样，并将采样值与模拟量生成电路260生成的模拟量信号进行比较，判断二者是否相同。可以理解，当二者的偏差在误差允许范围内时，可以认为二者为相同。采样校验电路270在判断出采样值与模拟量生成电路260生成的模拟量信号不相同时，输出报错信息，提示模拟量生成电路260后的电路可能出现问题，并保存该报错信息。通讯电路275与采样校验电路270连接，用于将报错信息输出给后续处理设备。通过对输出的模拟量信号进行采样校验可以提高输出的准确性，进一步提高系统的可靠性。在一实施例中，通讯电路275还与位置处理电路230连接，用于将校验信息的情况发送给后续处理设备，以便后续处理设备知晓绝对值编码器的工作情况。

在一实施例中，接口驱动电路214、脉冲计数电路220、位置处理电路230、转换控制电路255、模拟量生成电路260、采样校验电路270以及通讯电路275均集成在一数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)芯片中，从而替代FGPA芯片来实现对绝对值编码器输出的位置信号的处理，降低了生产成本同时提高了装置的集成度。

图3为一实施例中的绝对值编码器信号处理方法的流程图，包括以下步骤：

S310，读取绝对值编码器输出的位置信号以及校验信息。

从绝对值编码器的DATA+、DATA-、CLK+以及CLK-端读取其位置信号以及校验信息。

S320，根据校验信息判断位置信号是否正确。

根据读取到的位置信号计算校验码，并判断计算得到的校验码与校验信息中的校验码是否一致，若一致则表示位置信号正确。反之，如果校验码不一致，表示校验失败，位置信号错误。若位置信号正确则直接执行步骤S340，反之则执行步骤S330及其后续步骤。

S330，根据当前的位置信息以及脉冲计数电路的计数值计算出正确的位置信号。

计算正确的位置信号的公式如下：

       $P_{\mathrm{now}}=P_{\mathrm{old}}+K\×\frac{P_A}{K_A}$

其中，P_now表示正确的位置信号，P_old为当前的位置信号，从位置处理电路中的位置信息中可以直接读取获得，K为计数值，P_A为绝对值编码器旋转一周后位置信号的变化量，K_A为所述绝对值编码器旋转一周后所述脉冲计数电路的计数值的变化量。在本实施例中，绝对值编码器旋转一周其位置信号的变化量P_A为65536，其旋转一周后脉冲计数电路120的计数值的变化量K_A为8192。因此，上述公式转化为：

       $P_{\mathrm{now}}=P_{\mathrm{old}}+K\×\frac{65536}{8192}=P_{\mathrm{old}}+8K$

经过上述处理后，可以避免因为校验信息错误时位置信号突变的情况发生，提高了系统的可靠性。

S340，更新位置信息并将脉冲计数电路的计数值清零。

在判断出位置信号正确或者计算出正确的位置信号后对位置信息进行更新，即将正确的位置信号替换掉位置信息中原有的位置信号，同时将脉冲计数电路的计数值进行清零，便于下一次位置信号的处理。

上述绝对值编码器信号处理方法，处理过程无需使用专门的FPGA芯片，生产成本较低。并且，在数据校验失败(即校验信息错误)时根据脉冲计数电路的计数值以及当前位置信息计算得到正确的位置信号，从而避免校验失败时位置信号突变的情况发生，提高了系统的可靠性。

在一实施例中，上述绝对值编码编码器信号处理方法中还包括步骤S350～390，如图4所示。

S350，将计算得到的位置信号转换为角度信号并根据所述角度信号生成两路正交的正弦信号瞬时值。

转换过程的计算公式为：：T即为转换后的角度信号；P_A为绝对值编码器旋转一周后位置信号的变化量。两路正交的正弦信号瞬时值(一路为C相，一路为D相)，计算公式如下：C＝sinT，D＝cosT。其中，C为第一正弦信号瞬时值，D为第二正弦信号瞬时值。

S360，根据生成的两路正交的正弦信号瞬时值生成模拟量控制信号。

在本实施例中，是通过PWM脉冲宽度调制电路来实现数字量的正弦信号值到模拟量信号的转变，因此模拟量控制信号用于控制PWM脉冲宽度调制电路(模拟量输出电路)输出的脉冲信号的占空比。具体地，模拟量控制信号可以根据以下公式计算获得：

      

      

其中，占空比为0时对应C、D相为负向最大值；占空比为50％时对应C、D相为零值；占空比为100％时对应C、D相为正向最大值。

通过将绝对值位置信号转换为反应实际位置的两路模拟量信号后可以直接输出给后续处理设备进行进一步的信号处理，而无需使用专门总线来实现数据的传输，降低了对后续处理设备的要求，装置的兼容性较好。

S370，根据模拟量控制信号生成模拟量信号后通过输出电路输出给后续处理设备。

PWM脉冲宽度调制电路在模拟量控制信号的控制下对输出信号的占空比进行调整从而使得输出的模拟量信号能够反映绝对值编码器的实际位置。

S380，检测输出电路输出端的信号并判断输出电路输出端的信号与生成的模拟量信号是否相同。

通过判断输出电路输出的信号与生成的模拟量信号是否相同来判断模拟量信号的后续处理电路如输出电路等是否存在问题，从而确保输出信号的准确性，提高系统的可靠性。如果二者相同，则不用进行任何操作，结束操作；如果不相同，则表示后续电路可能出现问题，执行步骤S390。

S390，输出报错信息。

将报错信息输出给后续处理设备，以便后续处理设备知晓绝对值编码器的工作情况。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种绝对值编码器信号处理装置，用于对绝对值编码器输出的位置信号进行处理，其特征在于，包括：

读取电路，用于与所述绝对值编码器连接并获取所述绝对值编码器输出的位置信号以及校验信息；

脉冲计数电路，用于与所述绝对值编码器连接并根据所述绝对值编码器输出的波形信号进行脉冲计数；以及

位置处理电路，与所述读取电路、所述脉冲计数电路连接，用于根据所述校验信息判断所述位置信号是否正确；所述位置处理电路还用于在所述位置信号正确时更新位置信息并将所述脉冲计数电路的计数值清零；

所述位置处理电路还用于在所述位置信号错误时根据当前的位置信息以及所述脉冲计数电路的计数值计算出正确的位置信号后更新所述位置信息并将所述脉冲计数电路的计数值清零。

2.根据权利要求1所述的绝对值编码器信号处理装置，其特征在于，还包括：

转换控制电路，与所述位置处理电路连接，用于根据正确的位置信号生成模拟量控制信号；

模拟量生成电路，与所述转换控制电路连接，用于根据所述模拟量控制信号将所述正确的位置信号转换为模拟量信号后输出。

3.根据权利要求2所述的绝对值编码器信号处理装置，其特征在于，所述模拟量生成电路为脉冲宽度调制电路；所述模拟量控制信号用于调节所述脉冲宽度调制电路输出的脉冲信号的占空比。

4.根据权利要求2所述的绝对值编码器信号处理装置，其特征在于，还包括：

输出电路，与所述模拟量生成电路连接，用于将所述模拟量信号输出给后续处理设备；

采样校验电路，与所述模拟量生成电路的输出端、所述输出电路的输出端连接，用于将所述输出电路输出端的信号与所述模拟量生成电路输出端的信号进行比较后判断二者是否相同并在二者不相同时输出报错信息。

5.根据权利要求4所述的绝对值编码器信号处理装置，其特征在于，还包括通讯电路，与所述采样校验电路连接，用于将所述报错信息输出给后续处理设备。

6.根据权利要求1所述的绝对值编码器信号处理装置，其特征在于，所述读取电路、所述脉冲计数电路以及所述位置处理电路集成在一数字处理芯片内。

7.根据权利要求1所述的绝对值编码器信号处理装置，其特征在于，所述读取电路包括读取接口以及接口驱动电路；所述读取接口用于与所述绝对值编码器连接，并与所述接口驱动电路连接；所述接口驱动电路还与所述位置处理电路连接。

8.根据权利要求7所述的绝对值编码器信号处理装置，其特征在于，所述读取接口为串行外设接口。