一款低成本光电编码器倍频鉴向器设计.docx

Compu e Know edge and Techno ogy 电脑知识与技术第 10 卷第 23 期2014 年 8 月()Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.10, No.23, August 2014/Tel:+86-551款低成本光电编码器倍频鉴向器设计杨景昱(黑河学院 物理化学系，黑龙江 黑河 164300)摘要: 利用光电编码器的倍频鉴向原理，提出一种简化算法，并将其用于 STC15F101 系列低成本单片机上，实现低成本光电编码器倍频鉴向功能。关键词：光电编码器；倍频；鉴向器中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2014)23-5562-02DOI:10.14004/ki.ckt.2014.02211 概述光电编码器一种利用光电转换器件将输出轴的旋转位移量转换成脉冲的传感器，由于其具有构造简单，寿命长，抗干扰能力 强，可靠性高等优点，广泛应用于各种电机伺服控制系统中。光电编码器中又以结构简单的增量式光电编码器应用最广。2 编码器四倍频检测原理编码器通常有 A 相、B 相、Z 信号等三路输出信号。Z 信号是零位的脉冲信号，可用于调零、消除累计误差。A、B 相信号则包含 了被测对象的旋转方向、旋转角度等信息，通常要经过倍频鉴向处理后再进行有效利用。编码器的 A、B 相输出信号如图 1 所示。A、B 相信号是相位差相差 90 度的正交方波脉冲串，每个脉冲代表被测对象旋转了一定 的角度，A、B 之间的相位关系则反映了被测对象的旋转方向。当 A 相超前 B 相，转动方向为正转；当 B 相超前 A 相则为反转。图 1 正交解码 AB 相模式时序图对 A、B 相信号典型处理方式主要是判断旋转方向并记录相应方向的脉冲数，从而计算所需的速度、位移等信息。因 A、B 相信号相位相差 90 度，故在 A、B 信号的上升、下降沿分别计数一次，即可实现四倍频功能。为了消除信号抖动,利用定时器产生 1us 定时中断, 每 1us 采样一次,按奈奎斯特采样定律,则最高可识别周期 2us 的信号,即500KHz,对 2500pulse/r 的高精度编码器,可测转速 12000 转/min3 程序实现从上述原理可看出，检测编码器状态本质就是检测信号变化情况，其由前一时刻和当前时刻共同决定，AB 相电平共有 00，01，10，11 四种情况，将前后两时刻 AB 信号进行组合，发现可归纳成如下四种情况。表 1 编码器状态列表收稿日期：2014-07-19作者简介：杨景昱（1981-），男，吉林扶余人，本科，讲师，主要研究方向为单片机及嵌入式应用。本栏目责任编辑：梁 书计算机工程应用技术5562情况分类前 一 时 刻 AB相电平（AB0）当前时刻 AB相电平（AB1）二者组合处理方式无变后状态无变化, 说明电机未转动到 检测位置010101011010101011111111异常变B 相同时发生变化，应是干扰信号 所致，转至异常处理或不处理011001101001100111001100第 10 卷第 23 期 (2014 年 8 月)Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术根据上表，分类整理后形成如下程序。void T0_isr() interrupt 1//工作于 16 位自动重装模式，定时时间 1uS{ Static unsigned char ab0,ab1;ab0=ab1; ab1=P10x03; switch(ab02||ab1){ case 2: case 4: case 11:case 13: P_count++; //正转脉冲计数Speed=T_count; //正转速度值, 即两个信号间时间间隔, 单位 uST_count=0;break;case 1: case 7: case 8:case 14: P_count--; //反转脉冲计数Speed=-T_count; //反转速度值, 即两个信号间时间间隔, 单位 uST_count=0;break;}T_count++;}4 应用实例利用该方法实现的光电码盘测速、计数功能，具有程序简单，单片机资源占用率低，稳定可靠等优点。采用 STC15F101 系列 8 引脚单片机，配合施密特触发器对信号进行整形，可方便实现对双码盘的测量，并可通过软件模拟串口方式将结果传至上位机，电 路如图 2 所示。图 2 STC15F101w 双路光电码盘检测电路原理图（下转第 5565页）本栏目责任编辑：梁书计算机工程应用技术5563顺时针变转脉冲，说明电机按顺时