基于單片機的增量式光電編碼器接口的設計

1、!可通計數(shù)J相(%)向!計"#數(shù)值翻轉(zhuǎn)!別定時用于別!沿V方保持I*不變!由于%!I的輸出任意時刻只有一位輸出為低"與直接查詢編碼器E在狀態(tài)轉(zhuǎn)J輸出信號相比"換判斷時"將字節(jié)判斷轉(zhuǎn)換成位判斷"狀態(tài)判斷代碼由至少!條減少至%條"可以大大提高程序執(zhí)行效率!分別記錄原Ta2字節(jié)保存原狀態(tài)低兩位有效"狀態(tài)E其它位為$!J信號位"&$暫存新讀入狀態(tài)"用于判向計數(shù)!程序流程如圖!所示"關鍵代碼段如下#USRCA0TW0%!錯誤狀態(tài)%上一狀態(tài)為%時狀態(tài)判斷>TWA0b%#$%上一狀態(tài)為#時狀態(tài)判

2、斷>TWA0b#$%上一狀態(tài)為!時狀態(tài)判斷>TWA0b!#$E22%#$%計數(shù)值Z%圖!程序流程$CA00CS?$#$%保護現(xiàn)場STX&$"R$%查詢端口%根據(jù)原狀態(tài)跳轉(zhuǎn)至相應判向代碼段STX2R0&"!USRbSTXE"Ta2%USR"EZ2R0&%USRb#USR>TWA0b$%USR>TWA0b%USR>TWA0b#%USR>TWA0b!%>TWA0b$#%上一狀態(tài)為$時狀態(tài)判斷UAJ&$B!"CA0TW0%!狀態(tài)未改變UAJ&$BF"E22%!新

3、狀態(tài)為Z狀態(tài)UAJ&$B#"WJJ%!新狀態(tài)為V狀態(tài)%$&萬方數(shù)據(jù)USR;EX?;0E0?;WJJ%#%計數(shù)值V%;EX?;0E0?#STXTa2E"&$B$STXTa2J"&$B%CA0TW0#%恢復現(xiàn)場并中斷返回針對上述情況"有以下幾個需要注意的問題#/6查詢時間間隔的設置不小于最大中斷程序執(zhí)行的時間!+6程序上電復位時就應讀取編碼器信號初始化狀態(tài)保存至Ta2"同時清零Ta2的高H位!以便第一查詢周期正常查詢判向計數(shù)!06如果選擇%方式"去掉%"#"!狀態(tài)計數(shù)判向代碼段%選擇#方

4、式"去掉%"!狀態(tài)的計數(shù)判向代碼段%并修改相應的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)指令即可!56如果設定查詢時間間隔為1"光電編碼器的線數(shù)為2"則光電編碼器的最高轉(zhuǎn)速(-K21!以保證每一個狀態(tài)至少采樣#次"計數(shù)不丟失!26對于抖動脈沖"由于設置了查詢時間間隔"因此本身就具有一定的低通濾波作用!在查詢判向計數(shù)中的狀態(tài)判斷進一步提高了計數(shù)的可靠性!因此對前面描述的高頻抖動具有較強的去抖動能力!B"!中斷方式一般來說中斷方式要比工作在查詢方式下占用的系統(tǒng)資源少得多"而且可靠性會有所提高"所以這里提出一種中斷計數(shù)方式"

5、;選取#K譯碼器譯碼之后的信號作為中斷信號源"%方式選取b$"#方式選取b$和b#"K方式則譯碼K位輸出信號都做為中斷信號源!K方式電路如圖K所示!機械與電子(#$H)%#*"&點是#由于響應快!不可避免存在對于信號沿抖動誤響應"抗抖動能力較查詢方式差"這可以通過軟件延時讀取端口判向計數(shù)來提高可靠性!不管采取什么方法判向計數(shù)!其計數(shù)誤差可以保證在e%以內(nèi)"!數(shù)據(jù)輸出接口圖K!中斷方式電路光電編碼器的輸出信號EJ!接入GKa;%!I的輸入端EJ!c$!c%!c#!c!是%!I輸出信號b$!%!b#!b!通過單穩(wěn)電路的下

6、降沿微分信號!CA0%Yc$dc%dc#dc!作為觸發(fā)單片機中斷信號"中斷信號輸出脈寬可以通過調(diào)節(jié)&>參數(shù)設定"在中斷方式下!中斷請求的時序如圖F所示"圖F!中斷時序圖F給出了!種不同計數(shù)方式下中斷信號與編碼器信號及譯碼器信號的狀態(tài)關系!單片機從R$口讀取狀態(tài)信號與譯碼信號!判斷轉(zhuǎn)向并做計數(shù)!判向計數(shù)原理同上一節(jié)查詢方式!其處理代碼與查詢方式類似"設中斷程序執(zhí)行時間為1!則在中斷方式下!系統(tǒng)最高響應轉(zhuǎn)速(應滿足如下條件#(-K21與查詢方式相比較!中斷方式對于編碼器狀態(tài)的變化響應及時!此外單片機大部分時間處于空閑狀態(tài)!可以及時的完成數(shù)據(jù)輸出

7、!實時性更高$!%"缺+機械與電子萬方數(shù)據(jù),#$H%#(上述編碼器的接口方法限制于單片機的處理速度!一般一個單片機只適合負責一個通道的數(shù)據(jù)采集!因此在選擇單片機的時候!可以根據(jù)具體的需要選擇具有特定輸入輸出接口小封裝的單片機!以滿足數(shù)據(jù)采集的要求的同時使系統(tǒng)成本最小"標準串口#通常的小封裝F%單片機都帶有串口!多通道數(shù)據(jù)采集時!可以掛接在&K"F網(wǎng)絡上!%#通道數(shù)據(jù)采集可以應用&#!#網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)"RC接口#選用%KRCA小封裝的R"IaR>I%#單片機!帶有;RC接口!可以應用于;RC總線接口系統(tǒng)中"CC>

8、;接口#選用R"IaR>I%G單片機則帶有CC>接口!可以應用于CC>總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集中等"用戶可根據(jù)具體應用選擇擴展各種數(shù)據(jù)接口方式"!結(jié)束語原理驗證實驗采用E0"I;F#單片機!外部晶振為%B$FI#SDL"采用查詢方式!Ab#$%信號發(fā)生器與GKa;GK及GKa;$K構(gòu)成模擬光電編碼器信號發(fā)生器"此時系統(tǒng)最高無誤差計數(shù)頻率為#DL左右!對于F$線的光電編碼器!最大無誤差計數(shù)轉(zhuǎn)速約為HH$*&94."實驗表明!在應用的低速被動式機器人系統(tǒng)中!編碼器的轉(zhuǎn)速不超過#$*&94.的情況下!這種

9、設計方法是完全可行的"參考文獻#$%!R)88)(E*.=&)9-.!/)8B傳感器和信號調(diào)節(jié)B#版$S%B張!倫!譯B北京#清華大學出版社!#$!B$#%!陳興文!劉!燕B基于_RE技術消除光電編碼器抖動干擾的設計$U%B組合機床與自動化加工技術!#$F!#(#!V!KB$!%!涂時亮B單片微機S>F%用戶手冊$S%B上海#復旦大學出版社!%II#B作者簡介#許!理!%I"#V(!男!湖南岳陽人!華中科技大學機電系碩士研究生!研究方向為機械電子工程)趙英俊!%IFGV(!男!湖北武漢人!華中科技大學機電系教授!研究方向為機械電子工程"*%*bKN基

10、于單片機的增量式光電編碼器接口的設計作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次數(shù)：許理， 趙英俊， XU Li， ZHAO Ying-jun華中科技大學,湖北,武漢,430074機械與電子MACHINERY & ELECTRONICS2006，(12)3次參考文獻(3條)1.Pallas Areny Ramon.張倫 傳感器和信號調(diào)節(jié) 20032.陳興文.劉燕 基于FPGA技術消除光電編碼器抖動干擾的設計期刊論文-組合機床與自動化加工技術 2005(2)3.涂時亮 單片微機MCS 51用戶手冊 1992相似文獻(10條)1.學位論文 蔣利勇 基于單片機的光電編碼器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

11、設計 2007光電編碼器作為一種角度傳感器，它以高精度計量圓光柵為檢測元件，通過光電轉(zhuǎn)換，將輸入的角位置信息轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字代碼。由于光電編碼器可與計算機及顯示裝置相連接，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字測量與數(shù)字控制，而且與其它同類用途的傳感器相比，具有精度高，測量范圍廣，體積小、使用可靠，易于維護等優(yōu)點，具有較高的性能價格比，因此已普遍應用在雷達、機器人、數(shù)控機床等諸多領域，是自動化設備理想的角度傳感器。 根據(jù)形成代碼的方式不同，光電編碼器分為增量式和絕對式兩大類。與增量式編碼器相比，絕對式編碼器具備抗干擾能力強，擁有固定零點，掉點后再啟動無需重新標定，無累計誤差的優(yōu)點，因而其應用領域逐步得到推廣。絕對式

12、編碼器信號輸出主要有并行輸出和串行輸出。相對于并行輸出，采用SSI(同步串行輸出)輸出規(guī)范的絕對式編碼器輸出連接線少，傳輸距離遠，對于編碼器的保護和可靠性大大提高，一般高位數(shù)的絕對式編碼器大多采用這種數(shù)據(jù)輸出方式。 對于國內(nèi)的編碼器用戶，在工程實踐中用到采用SSI(同步串行輸出)輸出規(guī)范的絕對式編碼器，往往需要解決編碼器與上位機及其他設備的接口不匹配問題，否則無法讀取編碼器采集到位置信息。 本文通過對光電編碼器輸出信號處理與提取方法的研究，設計基于單片機的光電編碼器數(shù)據(jù)采集平臺，既可實現(xiàn)對增量式編碼器的數(shù)據(jù)采集，同時，通過對絕對式編碼器同步串行輸出規(guī)范的研究，使數(shù)據(jù)采集平臺能夠完成對其數(shù)據(jù)的讀

13、取與編碼轉(zhuǎn)換。并且通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)字通信模塊將編碼器檢測到的位置信息傳送到上位機及其他外部設備，以解決前面所提到接口不匹配問題。此外，通過RS232/485通信轉(zhuǎn)接模塊，可將多個單片機編碼器數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)與一臺上位機組成主從分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)對多個編碼器數(shù)據(jù)的遠程采集與監(jiān)控。2.期刊論文 光電編碼器的單片機減振電路設計 -國外電子測量技術2005,24(8)分析了光電編碼器的振動機理及影響,設計了用單片機進行控制的減振電路.并用FPGA模擬單片機減振電路,給出其仿真波形,從而驗證了單片機減振電路的實用性.3.期刊論文 唐中燕.楊曉紅.楊靜 基于單片機的智能型光電編碼器計數(shù)器 -儀器儀

14、表用戶2001,8(5)介紹了一種對光電編碼器的輸出脈沖進行處理的方法,給出了基于單片機的集倍頻、鑒向、計數(shù)于一體的智能型計數(shù)器原理及其硬件電路和軟件的設計.4.期刊論文 唐中燕.楊靜 基于單片機智能型光電編碼器計數(shù)器 -電子測量技術2001(3)文中介紹了一種對光電編碼器的輸出脈沖進行處理的方法,給出了基于單片機的集倍頻、鑒向、計數(shù)于一體的智能型計數(shù)器原理及其硬件電路和軟件的設計.5.期刊論文 王雁平 基于F330D單片機的光電編碼器設計與制作 -傳感器世界2008,14(4)低速光電編碼器在許多機械傳動中被應用,基于單片機控制的光電編碼器具有結(jié)構(gòu)簡單可靠性高的特點,既可以數(shù)字量輸出又可以模

15、擬量輸出,本文詳細的介紹了該裝置的設計和調(diào)試過程.6.期刊論文 向艷穩(wěn).修吉平 光電編碼器信號抗干擾算法 -計算機測量與控制2003,11(8)單片機與光電編碼器接口在許多場合得到應用,但在單片機接收光電編碼器信號過程中,由于環(huán)境的影響,往往會出現(xiàn)一些機械抖動干擾和電氣干擾,從而造成誤計數(shù).文章提出了一個新算法,可以有效地消除抖動和干擾的影響.通過實際運行證明,該方法可靠性好,成本低廉.7.期刊論文 劉得芳.馬紅.王斌.張傳英.劉得軍.LIU De-fang.MA Hong.WANG Bin.ZHANG Chuan-ying.LIU De-jun 光電編碼器輸出脈沖可逆計數(shù)的一種實用方法 -組

16、合機床與自動化加工技術2006(7)高精度位置控制系統(tǒng)常用光電編碼器作為直線位移檢測傳感器.由于監(jiān)測的位移通常是正反兩個方向變化的,因此,要用光電編碼器輸出脈沖反映并記錄這種雙向的位移變化,就要實現(xiàn)對脈沖進行可逆計數(shù),既要能加計數(shù),又要能減計數(shù).文中介紹了一種利用80C32單片機內(nèi)部計數(shù)器T2對光電編碼器輸出脈沖的加減計數(shù)的具體實現(xiàn)方法,該方法已在油田試井深度監(jiān)測系統(tǒng)中得到應用,實踐證明該方法既節(jié)省了硬件資源,又能得到很好的計數(shù)效果,是一種簡單實用的脈沖可逆計數(shù)方法.8.期刊論文 李紅果.LI HONGGUO 一種光電編碼器位置檢測系統(tǒng)研究與應用 -微計算機信息2008,24(5)針對位置檢測

17、的需要,提出了一種光電編碼器位置檢測系統(tǒng).首先闡述了光電編碼器的工作原理,并對基于MSP430單片機位置檢測系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)進行了詳細的論述.結(jié)論證明,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)簡單,效果良好.9.期刊論文 曾祥斌.Zeng Xiangbin CYFP型游車防碰儀的設計 -石油儀器2009,23(4)文章介紹了CYFP型游車防碰儀的硬件和軟件結(jié)構(gòu),工作原理,該儀器應用于鉆井作業(yè)中,在游車上下移動中完成自動剎車功能,防止游車上碰天車,下軋平臺,從而減少鉆井作業(yè)工程中安全事故的發(fā)生.10.期刊論文 趙建玉.梁立新.黃明鍵.Zhao Jianyu.Liang Lixin.Huang Mingjian 用光電編碼器測量直線位移 -山東建材學院學報2000,14(2)分析了用光電編碼器測量直線位移的原理, 介紹了用數(shù)字電路和單片機兩種實現(xiàn)直線位移的測量方法.