磁旋转编码器四倍频电路分析与集成化设计 913G倍频电路

四倍频细分电路(含波形图)时间：2010-06-12 05:00:19 来源：作者：1.光电编码器原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。

这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。

光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。

由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。

此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90旱牧铰仿龀逍藕拧根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。

根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。

1.1增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90海佣煞奖愕嘏卸铣鲂较颍鳽相为每转一个脉冲，用于基准点定位。

它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。

其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

1.2绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。

这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。

显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。

目前国内已有16位的绝对编码器产品。

绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。

绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。

收稿日期:2006-11 作者简介:钞靖(1983—),女,硕士研究生,研究方向为数控系统及其运动控制等。

基于FPG A 的光电编码器四倍频电路设计钞　靖,王小椿,姜　虹(北京交通大学机电学院,北京100044) 摘要:分析光电编码器四倍频原理,提出了一种基于可编程逻辑器件FPG A 对光电编码器输出信号倍频、鉴相、计数的具体方法,有利于提高被控对象的测量精度和控制精度。

关键词:FPG A;光电编码器;四倍频中图分类号:TP212.14 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2007)06-0017-02Fourfold Frequency M ulti pli ca ti on C i rcu it D esi gn of I ncre m en t a lO pto 2electr i c Encoder Ba sed on FPGACHAO J ing,WANG Xiao 2chun,J I A NG Hong(Mechanical and Electrical Contr ol Engineering Depart m ent,Beijing J iaot ong University,Beijing 100044,China )Abstract:This article researches on the incre mental op t o 2electric encoder and analyze its f ourf old frequency multi 2p licati on p rinci p le,it gives a method based on FPG A t o multi p ly the signal of the incre mental op t o 2electric encoder,dif 2ferentiates its phase and counts its nu mber,the contr oled object πs p recisi on of measure and contr ol can be heightened .Key words:FPG A;incre mental op t o 2electric encoder;f ourf old frequency multi p licati on1　引言光电编码器是一种高精度的角位置测量传感器,由于其具有分辨率高、响应速度快、体积小、输出稳定等特点,被广泛应用于电机伺服控制系统中。

标题：STM32编码器4倍频原理目录1. STM32编码器接口简介2. 编码器的工作原理和应用3. STM32编码器4倍频原理4. STM32编码器4倍频的优势5. 结论1. STM32编码器接口简介STM32系列微控制器是由意法半导体推出的一类MCU产品，具有丰富的外设和强大的性能。

其中，编码器接口是STM32微控制器常见的外设之一，主要用于连接编码器传感器，实现位置或速度的测量和控制。

STM32编码器接口通常包含两个通道(A相和B相)和一个索引信号(Z 相)，用于测量编码器的旋转角度和速度。

STM32还提供了丰富的编码器接口工作模式和配置选项，以满足不同应用场景的需求。

2. 编码器的工作原理和应用编码器是一种用于测量旋转角度和速度的传感器，常见的编码器类型包括光电编码器和磁性编码器。

编码器的工作原理是利用编码盘上的光、电、磁信号来生成对应的数字脉冲输出，从而实现旋转角度和速度的测量。

在工业控制和自动化领域，编码器被广泛应用于电机位置控制、轴位移测量和运动控制等领域。

特别是在闭环控制系统中，编码器可以提供准确的位置反馈信号，从而实现精准的位置控制和运动控制。

3. STM32编码器4倍频原理在STM32微控制器中，编码器接口提供了多种工作模式和编码器计数模式。

其中，4倍频模式是一种常用的编码器计数模式，可以有效提高编码器的分辨率和测量精度。

在4倍频模式下，编码器接口可以将编码器信号的脉冲数量扩大4倍输出给微控制器的定时器，从而实现对编码器脉冲数量的有效倍增。

通过4倍频模式，可以在不改变编码器硬件结构的情况下，有效提高编码器的分辨率和灵敏度。

4. STM32编码器4倍频的优势使用STM32编码器4倍频模式具有以下优势：a. 提高分辨率：通过4倍频模式，可以将编码器信号的脉冲数量扩大4倍输出给微控制器的定时器，从而提高了编码器的分辨率和测量精度。

b. 提高灵敏度：4倍频模式可以将编码器的脉冲信号有效放大，从而提高了编码器的灵敏度和反馈精度，在闭环控制系统中具有重要作用c. 保持硬件兼容性：使用4倍频模式可以在不改变编码器硬件结构的情况下，有效提高了编码器的性能，同时保持了硬件的兼容性和稳定性。

习题四4.1双闭环调速系统的ASR 和ACR 均为PI 调节器，设系统最大给定电压*nmU =15V ，转速调节器限幅值为*im U =15V ， n N =1500r/min ，N I =20A ，电流过载倍数为2，电枢回路总电阻R =2Ω，s K =20，e C =0.127V·min/r ，求：（1）当系统稳定运行在*n U =5V ，dL I =10A 时，系统的n 、n U 、*i U 、i U 和c U 各为多少？（2）当电动机负载过大而堵转时，*i U 和c U 各为多少？解： （1）150.01min/1500/minnm N U VV r n r α=== 5500/min 0.01min/nU Vn r V rα===*150.375/40im dm U V V A I Aβ===*0.37510 3.75i d U I V β==⨯= 0.37510 3.75i d U I V β==⨯=0.1275001024.17520e d c s C n I R U V K +⨯+⨯=== （2）堵转时，V I U dm i 15*==β， 0.1270402420e d c s C n I R U V K +⨯+⨯=== 4.2 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR ，ACR 均采用PI 调节器。

已知参数：电动机：N P =3.7kW ，N U =220V ，N I =20A ，N n =1000 r/min ,电枢回路总电阻R =1.5Ω,设cm im nmU U U ==** =8V ，电枢回路最大电流dm I =40A,电力电子变换器的放大系数s K =40。

试求：（1）电流反馈系数β和转速反馈系数α。

（2）当电动机在最高转速发生堵转时的,0d U c i i U U U ,,*值。

解:1）*80.32/40im dm U VV A I Aβ===80.008min/1000/minnm N U VV r n r α=== 2) 040 1.560d d dm U E I R I R V ∑∑=+⨯=⨯=⨯=这时： *8,0n n U V U ==，ASR 处于饱和，输出最大电流给定。

河南理工大学毕业设计（论文）题目基于光电增量式旋转编码器的四倍频检测电路设计姓名qq764604355学院计算机科学与技术学院专业通信工程班级07-4学号3107090204xx日期2011.3—2011.6指导教师李x摘要随着科学技术的飞速发展，光电编码器已被广泛应用于各种位置伺服控制系统当中，用来检测机械运动的位移、速度以及加速度等信息。

常见的光电编码器有绝对位置式和增量式两种。

光电增量式旋转编码器，通过检测转轴转过的角度，直接将位移信号转换成数字信号。

本文在原有输出低精度波形的基础上，进行四倍频电路的设计，在不增加硬件投入的前提下，提高精度和准确度，使此电路适合于位移检测精度较高的场合。

它主要包括判向电路和四倍频电路。

本文简要介绍了编码器的分类和原理，介绍了单稳态触发器SN74174N的特性及其功能，详细介绍了光电式旋转编码器的工作原理和功能，设计了四倍频检测电路，并采用Multisim对电路进行了仿真。

实验证明本系统稳定可靠，具有很大的实用价值。

关键词：光电编码器四倍频电路Multisim 数字电路仿真ABSTRACTAlong with the rapid development of science and technology, photoelectric encoder has been widely applied in position servo control system by all means and used to detect mechanical motion of displacement, velocity and acceleration and so on.There two kinds of photoelectric encoder we use the most is absolute position photoelectric encoder and incremental type.Photoelectric incremental revolving encoder displacement signal converted into digital signals by detecting the angle of shaft turned. This paper based on the original low precision output waveform then design frequency circuit of four times. Without any increase input in hardware and improving precision and accuracy, make this circuit be suitable for displacement detection precision occasion. It mainly includes circuit of four times and frequency circuit.This paper briefly introduces the principle, the classification and encoder .Then introduced the characteristics of single state flip-flop SN74174N and its function, introduces photoelectric revolving encoder。

编码器四倍频电路的单片机高速算法设计Fourfold Frequency Circuit Design of Encoder Based on MCU with Speedy Arithmetic收稿日期：2007-10-16作者简介：王子博（1986-）。

男，辽宁大连人，大连理工大学电子信息工程学院学生【摘要】文章针对增量式光电编码器输出信号的倍频鉴向处理问题，介绍了一种用单片机设计的编码器四倍额电路。

通过分析软件倍频鉴向的原理，详细介绍了一种新颖的高速处理算法。

该设计不仅电路简单，响应速度也比一般单片机设计方案大为提高。

【关键词】编码器；四倍频；单片机；高速算法【引言】增量式光电编码器是一种高精度的角位置测量传感器，具有体积小、精度高、响应速度快、性能稳定等优点，被广泛应用于数控机床、工业机器人等伺服控制系统中。

对编码器输出信号的处理，是测控系统要解决的常见问题。

编码器通常有A相、B相、Z信号等三路输出信号。

Z信号是一个代表零位的脉冲信号，可用于调零、对位，一般不须作额外处理。

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之后再进行有效利用。

编码器的Ａ、Ｂ相输出信号如图１所示。

A、B相信号是相位相差90º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。

对Ａ、Ｂ相信号典型的处理是：将信号四倍频，并分离出正转脉冲P+与反转脉冲P-，再进行计数，最后得到被测对象的位置。

倍频鉴向有多种方法，并且各具特色。

概括来讲，用数字电路方案的，速度高，但硬件复杂；用单片机方案的，硬件较简单，但响应速度较低。

本文提出的四倍频单片机设计方案，采用了独特的高速算法，结合功能先进速度快的A VR系列的单片机，具有硬件电路简单，并且响应速度高的双重优点。

图1编码器的Ａ、Ｂ相输出信号及倍频鉴向后的正、反转脉冲输出【倍频与鉴向原理】如图ｌ所示，编码器正转时，ＡＢ相电平状态的变化顺序为：00->10->11->01->00…；编码器反转时，变化顺序为：00->01->11->10->00…。

标题：FOC 磁编码器在旋转控制系统中的应用随着现代工业技术的不断发展，磁编码器作为一种高精度、不受环境干扰的角度测量装置，在工业自动化控制系统中得到了越来越广泛的应用。

其中，FOC 磁编码器作为一种新型的磁编码器，在旋转控制系统中具有独特的优势。

本文将重点分析FOC 磁编码器在旋转控制系统中的应用，从其工作原理、优势特点、应用案例等方面进行深入探讨。

一、FOC 磁编码器的工作原理FOC 磁编码器是一种基于磁感应原理的角度测量装置。

其工作原理是利用固定在旋转轴上的磁栅和安装在外部固定位置的霍尔传感器之间的磁场变化来实现角度测量。

通过磁场的变化，FOC 磁编码器可以精确地测量出旋转轴的角度，并输出相应的数字信号。

二、FOC 磁编码器的优势特点1. 高精度：FOC 磁编码器采用了先进的霍尔传感器技术，能够实现高精度的角度测量，通常可以达到几十个角度的分辨率。

2. 抗干扰能力强：FOC 磁编码器采用了磁栅和霍尔传感器结合的方式，不受外部环境磁场的影响，抗干扰能力强，适用于复杂的工业环境。

3. 快速响应：FOC 磁编码器采用了高速数字信号处理技术，能够实现快速的角度测量和输出，适用于高速旋转控制系统。

4. 耐用稳定：FOC 磁编码器采用了高质量的磁感应元件和工艺，具有良好的耐用性和稳定性，可以长期稳定地工作。

三、FOC 磁编码器在旋转控制系统中的应用案例1. 机器人关节控制系统：FOC 磁编码器可以配合机器人关节驱动系统，实现对机器人关节角度的精确控制和监测，提高机器人的运动精度和稳定性。

2. 电动汽车驱动系统：FOC 磁编码器可以应用在电动汽车的驱动系统中，实现对电机旋转角度的精准控制，提高电动汽车的能效和动力性能。

3. 工业生产线旋转装置：FOC 磁编码器可以用于工业生产线上的旋转装置的控制系统中，监测旋转角度并实现精准的位置控制，提高生产线的自动化程度和生产效率。

四、总结FOC 磁编码器作为一种新型的角度测量装置，在旋转控制系统中具有独特的优势和广阔的应用前景。

编码器工作原理,光电编码器的工作原理分析关键字：编码器工作原理,光电编码器的工作原理分析编码器工作原理绝对脉冲编码器:APC增量脉冲编码器:SPC两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件.旋转编码器是用来测量转速的装置。

它分为单路输出和双路输出两种。

技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。

单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。

增量型编码器与绝对型编码器的区分编码器如以信号原理来分，有增量型编码器,绝对型编码器。

增量型编码器(旋转型)工作原理:由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。

编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。

信号输出:信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。

信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。

旋转编码器的分辨率与精度引用小精灵的旋转编码器的分辨率与精度关于传感器的分辨率与精度的理解，可以用我们所用的机械三指针式手表打这样一个比喻：时针的分辨率是小时，分针的分辨率是分，秒针的分辨率是秒，眼睛反应快的，通过秒针在秒间的空格，我们甚至能分辨至约0.3秒，这是三针式机械指针手表都可以做到的；而精度是什么，就是每个手表对标准时间的准确性，这是每个手表都不同的，或者在使用的不同时间里都不同的（越走越快的或越走越慢的），大致在1秒至30秒之间。

同样的，在旋转编码器的使用中，分辨率与精度是完全不同的两个概念。

编码器的分辨率，是指编码器可读取并输出的最小角度变化，对应的参数有：每转刻线数（line）、每转脉冲数（PPR）、最小步距（Step）、位（Bit）等。

编码器的精度，是指编码器输出的信号数据对测量的真实角度的准确度，对应的参数是角分（′）、角秒（″）。

分辨率：线（line），就是编码器的码盘的光学刻线，如果编码器是直接方波输出的，它就是每转脉冲数（PPR）了但如果是正余弦（sin/cos）信号输出的，是可以通过信号模拟量变化电子细分，获得更多的方波脉冲PPR 输出（图2），编码器的方波输出有A相与B 相，A相与B相差1/4个脉冲周期，通过上升沿与下降沿的判断，就可以获得1/4脉冲周期的变化步距（4倍频），这就是最小测量步距（Step）了，所以，严格地讲，最小测量步距就是编码器的分辨率。

例如，德国海德汉的ROD426的3600线编码器，方波输出，就是3600ppr，脉冲周期0.1度，通过A相B相4倍频后，可获得0.025度的测量步距；而其海德汉提供的精度参数为18角秒（0.005度）。

分辨率数值大于精度数值。

如果是德国海德汉的 ROD486的3600线的正余弦信号输出，可进行25倍的电子细分，获得90000的脉冲（ppr），0.004度的脉冲周期，通过A/B相的四倍频，可获得0.001度最小测量步距的分辨率，而海德汉提供的原始编码器的精度还是18角秒（0.005度），(不含细分误差）。

4倍频芯片电路
4倍频芯片电路是一种用于将输入信号的频率提高到原来的四倍的电路。

它的工作原理是利用谐振现象，即当一个电路的频率等于其固有频率时，电路中的电流和电压将达到最大值。

4倍频电路通常使用一个非线性元件，如二极管或晶体管，将输入信号中的低频分量通过非线性现象转换成高频分量。

然后使用一个滤波器滤除原始信号和高频倍数的混频信号外的其他频率分量，保留原始信号和4倍频信号。

在实际应用中，4倍频电路通常用于提高测量设备的分辨率和精度，例如在光栅测量、编码器测量等领域中。

通过将低频信号转换为高频信号，可以更容易地处理和测量信号，从而提高测量设备的性能。

需要注意的是，4倍频电路的设计和实现需要考虑许多因素，例如非线性失真、噪声、干扰等。

因此，在进行电路设计和优化时需要进行仔细的考虑和实验验证。

伺服编码器4倍频的原理伺服编码器是一种测量旋转角度或线性位移的设备，它通过将运动转换为电信号，并发送给控制器或计算机，以实现精确的位置反馈。

其中，4倍频的伺服编码器是一种特殊类型的编码器，其原理是通过将固定信号的频率放大4倍来提高测量的精确性和分辨率。

伺服编码器通常由一个光电转换器和编码盘组成。

光电转换器通常是由光电二极管（LED）和光敏二极管（光敏二极管）组成，用于接收和转换光信号。

编码盘则是一种固定在旋转轴上的盘状结构，它具有一系列等间隔的开口和条纹，用于生成光信号。

当编码盘旋转时，光信号通过光敏二极管接收，光电转换器将光信号转换为电信号。

接收到的电信号通常是一个正弦波或方波信号，并具有固定的频率和振幅。

这个固定频率就是编码器的基准频率。

在4倍频编码器中，接收到的基准频率信号经过一个电路进行的放大，将其频率放大4倍。

具体来说，该电路通常是一个频率倍增器，它使用时钟信号和计数器来增加信号的频率。

频率倍增器中的时钟信号用于触发计数器，计数器将时钟信号的数量记录下来，并用这些计数值来生成新的信号。

例如，当计数器记录了100个时钟脉冲时，它就会生成一个新的信号，其频率是基准频率的4倍。

这样，放大后的信号就可以提供更高的角度或位移分辨率，使得伺服系统更加精确和稳定。

4倍频的伺服编码器在许多应用中都有广泛的应用。

比如，在机械加工领域，它被用于提高数控机床的精度和速度控制能力。

在自动化和机器人技术中，它被用于实现精确的定位和控制。

在医疗设备和航空航天等高精度领域，它也被广泛应用于精密测量和控制。

总之，4倍频的伺服编码器通过放大基准频率信号来提高精密度和分辨率。

它的原理是借助频率倍增器的功能来实现信号的放大，从而提高伺服系统的控制性能。

通过使用4倍频的伺服编码器，可以实现更精确和稳定的运动控制，满足各种精度要求的应用需求。