编码器四倍频鉴相电路

光电码盘四倍频双向计数电路设计作者：徐榕龙江雄来源：《科技创新导报》2017年第32期摘要：光电码盘在转角测量机构中应用广泛，但成本较低的光电码盘的测量精度在某些应用领域中不能满足要求，设计电路提高基于光电码盘测角机构的测量精度能够解决这类问题，而且成本低、体积小。

本文简要介绍了光电码盘的工作原理，为提高光电码盘转角测量精度，对码盘输出信号进行四倍频分析，设计了脉冲四倍频电路模块和双向计数电路模块，仿真验证了电路的可行性。

关键词：光电码盘倍频双向计数中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（b）-0114-021 光电码盘简介光电码盘是一种通过光电转换将角位移量转换成脉冲或数字量的光电传感器，是一种集光、机、电一体的数字测角装置。

它的核心部分是高精度的计量光栅，由光学玻璃制成，在上面刻有许多同心码道，每个码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分。

它依靠计量光栅作为检测工具，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，通过电子检测装置检测输出脉冲信号，把位移或者角度信息转换成相应的模拟或者数字信号，其原理图如图1所示。

光电码盘每旋转1密位则输出一个周期脉冲，通过计算每次转动输出脉冲个数即可计算出转过的角度密位值，为辨别旋转方向，码盘提供相位相差90°的两相脉冲。

光电码盘结构简单、体积小、重量轻、分辨率高，因此在雷达、指挥仪、经纬仪、自动测量、遥感等领域应用十分广泛。

随着光电技术的迅速发展，光电码盘已经成为一种高精度角度传感器。

但在实际应用中，不同价格的光电码盘对转角的测量精度有所差别，精度高的码盘一般价格较贵，不适用于需要控制成本的转角测量系统，而对于便宜的光电码盘，直接利用码盘输出的脉冲进行计数所得到的结果不能满足所要求的精度。

本文通过分析码盘输出信号四倍频方案，设计码盘输出脉冲四倍频电路，并实验验证了该电路的倍频结果，将其应用于输出精度为1密位的码盘，可将测角显示精度提高到0.25密位。

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。

光电编码器电路图文章出处： 发布时间：| 35 次阅读| 0次推荐| 0条留言EPC－755A光电编码器具备良好的使用性能，在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强，并具有稳定可靠的输出脉冲信号，且该脉冲信号经计数后可得到被测量的数字信号。

因此，我们在研制汽车驾驶模拟器时，对方向盘旋转角度的测量选用EPC－755A光电编码器作为传感器，其输出电路选用集电极开路型，输出分辨率选用360个脉冲/圈，考虑到汽车方向盘转动是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。

图2给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路，鉴相电路用1个D触发器和2个与非门组成，计数电路用3片74LS193组成。

当光电编码器顺时针旋转时，通道A输出波形超前通道B输出波形90°，D触发器输出Q(波形W1)为高电平，Q(波形W2)为低电平，上面与非门打开，计数脉冲通过(波形W3)，送至双向计数器74LS193的加脉冲输入端CU，进行加法计数；此时，下面与非门关闭，其输出为高电平(波形W4)。

当光电编码器逆时针旋转时，通道A输出波形比通道B输出波形延迟90°，D触发器输出Q(波形W1)为低电平，Q(波形W2)为高电平，上面与非门关闭，其输出为高电平(波形W3)；此时，下面与非门打开，计数脉冲通过(波形W4)，送至双向计数器74LS193的减脉冲输入端CD，进行减法计数。

汽车方向盘顺时针和逆时针旋转时，其最大旋转角度均为两圈半，选用分辨率为360个脉冲/圈的编码器，其最大输出脉冲数为900个；实际使用的计数电路用3片74LS193组成，在系统上电初始化时，先对其进行复位(CLR信号)，再将其初值设为800H，即2048(LD信号)；如此，当方向盘顺时针旋转时，计数电路的输出范围为2048～2948，当方向盘逆时针旋转时，计数电路的输出范围为2048～1148；计数电路的数据输出D0～D11送至数据处理电路。

光电编码器的工作原理和应用电路1 光电编码器的工作原理光电编码器(Optical Encoder)俗称“单键飞梭”，其外观好像一个电位器，因其外部有一个可以左右旋转同时又可按下的旋钮，很多设备(如显示器、示波器等)用它作为人机交互接口。

下面以美国Greyhill公司生产的光电编码器为例，介绍其工作原理及使用方法。

光电编码器的内部电路如图1所示，其内部有1个发光二极管和2个光敏三极管。

当左右旋转旋钮时，中间的遮光板会随旋钮一起转动，光敏三极管就会被遮光板有次序地遮挡，A、B相就会输出图2所示的波形；当按下旋钮时，2、3两脚接通，其用法同一般按键。

当顺时针旋转时，光电编码器的A相相位会比B相超前半个周期；反之，A相会比B相滞后半个周期。

通过检测A、B两相的相位就可以判断旋钮是顺时针还是逆时针旋转，通过记录A或B相变化的次数，就可以得出旋钮旋转的次数，通过检测2、3脚是否接通就可以判断旋钮是否按下。

其具体的鉴相规则如下：1.A为上升沿，B=0时，旋钮右旋；2.B为上升沿，A=l时，旋钮右旋；3.A为下降沿，B=1时，旋钮右旋；4.B为下降沿，A=O时，旋钮右旋；5.B为上升沿，A=0时，旋钮左旋；6.A为上升沿，B=1时，旋钮左旋；7.B为下降沿，A=l时，旋钮左旋；8.A为下降沿，B=0时，旋钮左旋。

通过上述方法，可以很简单地判断旋钮的旋转方向。

在判断时添加适当的延时程序，以消除抖动干扰。

2 WinCE提供的驱动模型WinCE操作系统支持两种类型的驱动程序。

一种为本地驱动程序，是把设备驱动程序作为独立的任务实现的，直接在顶层任务中实现硬件操作，因此都有明确和专一的目的。

本地设备驱动程序适合于那些集成到Windows CE平台的设备，诸如键盘、触摸屏、音频等设备。

另一种是具有定制接口的流接口驱动程序。

它是一般类型的设备驱动程序。

流接口驱动程序的形式为用户一级的动态链接库(DLL)文件，用来实现一组固定的函数称为“流接口函数”，这些流接口函数使得应用程序可以通过文件系统访问这些驱动程序。

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。

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。

图4　硬件扩展框图机进行通信,单片机将接收到的字模信息写入到片外RAM 中,再进行扫描显示就可以按照预定内容和滚动方式在显示屏中显示出来。

硬件框图如图4所示。

3　结语本显示系统电路简单,成本较低,且能灵活修改,克服了其它小条屏显示系统的缺陷,并已经过实验验证,取得了理想的显示效果。

因其原理简单易懂,造价低兼,有较大的市场推广价值,也适合教学实验使用。

　第4期　2005年8月工矿自动化　Industry and Mine Automation No.4　Aug.2005　文章编号:1671-251X (2005)04-0069-03编码器倍频、鉴相电路在FPGA 中的实现张宝泉,　杨世兴,　赵永秀(西安科技大学电控学院,陕西西安　710054) 摘要:V HDL 是系统设计领域最佳的硬件描述语言。

文章针对用于位置与速度反馈测量的光电编码器信号的特点,介绍了运用V HDL 在FP GA 中实现编码器倍频、鉴相电路的方法,它对提高编码器分辨率与实现高精度、高稳定性的信号检测及位置伺服控制具有一定的现实意义。

关键词:编码器;倍频;鉴相;FP GA ;V HDL 中图分类号:TM301;TP312 文献标识码:BImplementation of t he Circuit s ofFrequency 2multiplier and Phasedemodulation of Encoder in FP GAZHAN G Bao 2quan ,　YAN G Shi 2xing ,　ZHAO Y ong 2xiu(College of Elect rical and Control Engineering ,Xi ’an University of Science and Technology ,Xi ’an 710054,China ) Abstract :V HDL is t he best hardware descriptio n language in t he field of system design.Based 2on t he feat ures of p hotoelect ric encoder signal used in feedback measurement of position and velocity ,t he met hod by which t he circuit s of frequency 2multiplier and p hasedemodulation is designed in t he FP GA by V HDL was int roduced in t his paper.It has imp roved resolving power of coder and realized signal detection and po sition servo co nt rol of high accurate and high stable.K ey w ords :encoder ,f requency 2multiplier ,p hasedemodulation ,FP GA ,V HDL 0　引言V HDL 诞生于1982年,于1987年被IEEE 和美国国防部确认为标准的硬件描述语言,即IEEE STD1076。

光电编码器原理及应用电路————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：光电编码器原理及应用电路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度的脉冲信号。

图1 光电编码器原理示意图根据检测原理，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度的脉冲信号，Z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。