編碼器四倍頻鑒相電路

1、編碼器原理及四倍頻電路 張萍萍編碼器結(jié)構(gòu) 碼盤(pán)用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)軸的角位移，光柵用于垂直運(yùn)動(dòng)碼盤(pán)用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)軸的角位移，光柵用于垂直運(yùn)動(dòng) 標(biāo)尺光柵安裝于機(jī)床固定部位，指示光柵（碼盤(pán)）安裝于移動(dòng)部位上。光柵走過(guò)一段距離（碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)一定角度）就發(fā)出一個(gè)脈沖。 編碼器按檢測(cè)原理分為：光電式、磁式、感應(yīng)式、電容式，按信號(hào)輸出形式分為增量式和絕對(duì)式。目前數(shù)控機(jī)床的伺服電機(jī)上多采用增量式。編碼器原理 以碼盤(pán)為例，首先從編碼器出來(lái)的有3組正/余弦信號(hào)：A+、A-、B+、B-、Z+、Z-，其中AB兩組信號(hào)是位置檢測(cè)脈沖信號(hào)，Z相信號(hào)是碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周輸出信號(hào)，用于系統(tǒng)清零。 如果電機(jī)正轉(zhuǎn)，則A組信號(hào)比B組信號(hào)提前90O相

2、位，如果電機(jī)反轉(zhuǎn)，則反之。輸出信號(hào)處理1 1、初始輸出信號(hào)、初始輸出信號(hào) 輸出信號(hào)處理輸出信號(hào)處理采用如下低通濾波電路：2 2、濾波、濾波 輸出信號(hào)處理輸出信號(hào)處理 由于線接收器具有減法器、放大器、滯回比較器等特性，因而差分信號(hào)經(jīng)過(guò)線接收器后可以變成單端的方波信號(hào)。 此時(shí)的方波信號(hào)電平并不一定符合FPGA能夠處理的電平，因而可再經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器將電壓轉(zhuǎn)換為合理電壓（3.3v)。3 3、轉(zhuǎn)換為單端方波信號(hào)、轉(zhuǎn)換為單端方波信號(hào) 輸出信號(hào)處理輸出信號(hào)處理 編碼器每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定角，就對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，若將AB信號(hào)四倍頻，即在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生四個(gè)脈沖信號(hào)，則將測(cè)量精度提高了四倍。四倍頻鑒相電路 單純的A相

3、或者B相信號(hào)不含有方向信息，AB信號(hào)具有相位超前/落后的關(guān)系，反映了旋轉(zhuǎn)方向。為什么要四倍頻鑒相？為什么要四倍頻鑒相？方法一：利用A、B信號(hào)與其延遲信號(hào)的邏輯關(guān)系輸出脈沖信號(hào)，最終一路輸出正脈沖，一路輸出負(fù)脈沖 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路 正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)脈沖=BBABAABABBAA反轉(zhuǎn)脈沖= 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路 反轉(zhuǎn)BAABBABAABAA 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路加一減一基于FPGA的電路設(shè)計(jì)方法二：利用A、B與其延遲信號(hào)產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，再利用計(jì)數(shù)脈沖作為時(shí)鐘信號(hào)對(duì)AB進(jìn)行一定延遲后比較得到方向信號(hào) 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路 正轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖

4、四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路 正轉(zhuǎn)方向信號(hào)方向信號(hào) 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路 反轉(zhuǎn)方向信號(hào)方向信號(hào) 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路方向計(jì)數(shù)基于FPGA的電路設(shè)計(jì) 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路危危 機(jī)機(jī)當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向不停變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生計(jì)數(shù)誤差輸出的方向信號(hào)有尖脈沖 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路仿真波形圖A與B信號(hào)經(jīng)延遲后并不一定同步 原原 因因?qū)Ψ较蛐盘?hào)進(jìn)行濾波 解解 決決 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路換向方向信號(hào)不能準(zhǔn)確反映相應(yīng)計(jì)數(shù)脈沖 原原 因因 對(duì)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行延遲 （延遲時(shí)間大于方向信號(hào)） 解解 決決 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路改善后的FPGA電路設(shè)計(jì)改善后的仿真波形圖 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路 四倍頻鑒相電路四倍頻鑒相電路比