增量式光电编码器与单片机的接口设计

• 199•引言：在自动控制领域，电编码器常用于速度与位置的检测。

增量式编码器不能直接获得转动系统的速度和位置信息，只能通过处编码器输出的两路脉冲信号来计算这两个位置的相对角度差。

本文设计了一种通用的增量式编码器计数和辨向电路，可以将编码器输出的两路脉冲信号处理为倍频脉冲信号和转向电平信号，直接进入单片机处理器进行计数和判定旋转方向。

1.编码器接口电路原理增量式编码器跟随电机转动时，会输出 A 、B 两路脉冲信号，相位相差90°。

脉冲的个数代表转动角度，频率代表转动速度，A 、B 两相信号的超前或者滞后关系代表编码器的转动方向，如图1所示。

图1 增量式编码器信号输出2.编码器接口电路设计及仿真增量式编码器接口电路由积分电路、两个施密特非门电路、四个异或门电路和三个D 触发器组成，如图2所示。

一种增量编码器的接口电路设计湖南铁道职业技术学院 刘 彤 赵巧妮集美大学轮机工程学院 刘 传图2 增量式编码器接口电路A 、B 两相信号分别与各自经过积分电路的信号做异或运算，在A 相信号发生变化时，异或门U3A 输出端口将产生一个跳变沿，B 相信号发生变化时，异或门U3B 输出端口也将产生一个跳变沿。

异或门的跳变沿输出信号分别接入两个D 触发器的时钟触发端，为信号的判读提供时钟。

当A 相异或输出信号U3A 为D 触发器U4A 提供时钟脉冲，A 、B 两相信号进行异或经U3C 输出到D 触发器U4A 的D 端口。

如果A 相信号超前B 相信号90度，D 触发器U4A 的Q 端输出低电平的转动方向信号，如图3所示。

• 200•图3 A相超前B相90度方向信号仿真如果A 相信号滞后B 相信号90度，D 触发器U4A 的Q 端输出高电平的转动方向信号，如图4所示。

图4 B相超前A相90度方向信号仿真A 相跳变沿信号输出接D 触发器U5B 时钟触发端，B 相信号接U5B 的D 输入端，B 相跳变沿信号输出接D 触发器U5A 时钟触发端，A 相信号接U5A 的D 输入端，D 触发器U5A 和U5B 的输出端经异或门电路U3D ，在跳变沿的时钟下严格输出倍频信号，增加了计数脉冲数量，提高测量精度，倍频仿真波形如图5所示。

基于51单片机的光电编码器接口装置设计李敏;丁红昌;曹国华【摘要】光电编码器以其分辨率高、测量精度高、形式多样等优点,被广泛运用于现代工业、航天航空领域.在工程中对光电编码器信号的采集一般使用专用PCI卡,这无形中增加了工程的成本,本文介绍了一种基于AT89S52单片机的绝对式光电编码器的接口装置及软件设计,该装置使用LCM12684作为显示模块,实现了对绝对式光电编码器的数据采集、处理及输出.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】5页(P121-124,127)【关键词】绝对式光电编码器;51单片机;数据采集;LCM12864【作者】李敏;丁红昌;曹国华【作者单位】长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022;长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022;长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】TM5031 引言光电编码器是集光、机、电为一体的检测装置，因其具有测量精度高、抗干扰性强、适用性强等特点已广泛应用于现代工业及航天航空领域。

相对于增量式编码器，绝对式编码器以转角位置对应唯一数字编码、无累积误差以及具有记忆功能而广受欢迎，光电编码器信号输出形式以SSI(同步串行)RS－485接口较多，这种信号模式通常情况下不能为PC机直接接收。

国际上普遍将编码器数据采集和角度信息处理电路集成在计算机上的PCI卡上，通过PCI总线将数据传输给计算机[1]，这种PCI卡具有较高的成本和较复杂的电路。

笔者以AT89S52单片机为核心，介绍了一种低成本的对绝对式光电编码器信号进行采集、传输、显示的接口装置。

2 AT89S52及编码器介绍2.1 AT89S52 性能介绍AT89S52是一种低功耗、高性能8位COMS微控制器，采用5V供电，具有8K在系统可编程Flash存储器，可方便下载或修改系统程序，256字节的RAM，32位I/O口，1个6向量2级中断结构，全双工串行口，1个看门狗定时器，3个16位定时器/计数器。

增量式光电编码器信号处理电路的设计与实现光电编码器是一种常见的位置检测装置，可以通过判断旋转轴的位移来测量出目标位置的具体值。

然而，在某些特殊的应用环境下，需要对光电编码器进行增量式测量，这时通过对编码器的信号进行特殊处理，从而实现精度更高的位置测量。

针对以上需求，本文将介绍一种增量式光电编码器信号处理电路的设计与实现方法。

一、需求分析在进行增量式光电编码器信号处理电路设计前，需要先明确具体的需求。

针对增量式光电编码器的测量要求，我们需要实现以下功能：1. 能够对编码器的信号进行较高频率的采样，以保证精度。

2. 能够处理编码器的A/B相信号，实现增量式测量。

3. 能够对编码器的Z相信号进行特殊处理，以完成一次完整的位置测量。

二、电路设计在明确了需求之后，我们可以开始进行电路设计。

具体的其中关键部分包括定时器、计数器、滤波器等，下面我们对这些部分进行详细介绍。

1. 定时器定时器是整个电路的核心部分，主要负责对编码器信号的采样。

我们可以通过将定时器设置为高频率的时钟源，从而实现对信号的高频采样。

在具体实现时，我们可以使用555定时器，将电容和电阻设置为合适的值，从而得到合适的定时器频率。

2. 计数器计数器负责实现增量式测量。

我们可以通过将A相和B相信号分别连接至计数器的计数端口，从而实现对编码器的增量式测量。

在具体实现时，我们可以使用74LS193计数器芯片进行实现。

3. 滤波器滤波器则负责对编码器的Z相信号进行特殊处理，完成一次完整的位置测量。

具体实现时，我们可以将Z相信号连接至RC滤波器，从而得到平滑的脉冲信号。

接着，将平滑后的脉冲信号连接至脉冲捕捉器，从而完成一次完整的位置测量。

三、实现效果通过以上电路设计，最终可以得到一种高精度、可靠的增量式光电编码器信号处理电路。

在具体实现时，我们需要注意以下几点：1. 设置合适的电路参数值。

2. 使用高品质的电子元器件，以保证可靠性和高精度性。

3. 进行系统调试和测试，以验证电路的稳定性和可靠性。

编码器输出的A向脉冲接到单片机的外部中断INT0，B向脉冲接到I/O端口P1.0。

当系统工作时，首先要把INT0设置成下降沿触发，并开相应中断。

当有有效脉冲触发中断时，进行中断处理程序，判别B脉冲是高电平还是低电平，若是高电平则编码器正转，加1计数；若是低电平则编码器反转，减1计数。

基于51单片机的直流电机PID闭环调速系统原理详解与程序(2013-08-04 01:18:15)转载▼标签：分类：单片机51单片机直流电机pidpcf8591基于51单片机的直流电机PID闭环调速系统1.电机转速反馈：原理：利用光电编码器作为转速的反馈元件，设电机转一周光电编码器发送N个PWM波形，利用测周法测量电机转速。

具体实现：将定时器0设置在计数模式，用来统计一定的时间T内接受到的脉冲个数M个，而定时器0置在计时模式，用来计时T时间。

则如果T时间接受到M个PWM波形，而电机转一圈发出N个PWM波形，则根据测周法原理，电机的实际的转速为：real_speed=M/（N*T），单位转/秒。

若将定时器1置在计数模式，则PWM波形应该由P3^3脚输入。

代码实现：//定时器0初始化，用来定时10msvoid Init_Timer0(void){TMOD |= 0x01; //使用模式1，16位定时器，且工作在计时模式TH0=(65536-10000)/256; //定时10msTL0=(65536-10000)%6;EA=1; //总中断打开ET0=1; //定时器中断打开TR0=1; //定时器开关打开}// 计数器1初始化，用来统计定时器1计时250ms内PWM波形个数void Init_Timer1(void){TMOD |= 0x50; //使用计数模式1，16位计数器模式TH1=0x00; //给定初值，由0往上计数TL1=0x00;EA=1; //总中断打开ET1=1; //定时器中断打开TR1=1; //定时器开关打开}//定时器0的中断服务子函数，主要完成脉冲个数的读取，实际转速的计算和PID 控制以及控制结//果输出等工作void Timer0_isr(void) interrupt 1{unsigned char count;TH0=(65536-10000)/256; //重新赋值 10msTL0=(65536-10000)%6;count++;if (count==25) //如果达到250ms，则计算一次转速并进行一次控制运算{count=0;//清零以便于定时下一个250msTR1=0;//关闭定时器1，统计脉冲个数real_speed=(256*TH1+TL1)*4/N;//250ms内脉冲个数并由此计算转速TH1=0x00; //计数器1清零，重新开始计数TL1=0x00;TR1=1;OUT=contr_PID();//进入PID控制，PID控制子函数代码在后面给出write_add(0x40,OUT);//进行DA转换，将数字量转换为模拟量，后面会介绍到 }}2.PID控制：PID的基本原理在这里不作具体讲解，这里主要给出PID算法的实现，通过调节结构体中比例常数（Proportion）、积分常数（Integral）、微分常数（ Derivative）使得转速控制达到想要的精度。

增量型编码器信号类型及其接口探究摘要：在增量型编码器工作过程中，主要需要完成信号采集、处理和输出。

而不同类型编码器信号类型及其输出接口存在差异，未能正确选择将造成装置无法正常使用。

基于此，本文在分析增量型编码器原理基础上，对TTL、RS422等常见信号类型及接口进行了探究，为装置的选用提供参考。

关键词：增量型编码器；信号类型；输出接口引言：增量型编码器属于光电传感器，能够对机械运动和位移进行检测，将检测得到的模拟信号转换为数字信号，对位置、角度等参数进行测量。

在自动化系统中，该种编码器得到了广泛应用，能够与控制器、计数器、变频器等不同驱动装置连接，为数据采集和设备控制提供信号支撑。

而在不同领域使用，还要选择信号接口相匹配的编码器，因此还应加强装置信号类型及接口研究。

1增量型编码器工作原理在增量型编码器中，主要包含信号采集和信号处理两个部分。

其中，采集部分包含发光元件、码盘、主轴等元器件，用于将光信号转换为电信号，其中隐含运动信息。

信号处理部分由放大、整形和细分电路构成，能够将采集的信号转化为数字量，按照固定格式输出。

利用编码器进行运动测量，使用的码盘由测量和指示两种光栅盘构成，相对运动将产生90°相位角。

得到的信号为莫尔条纹正弦信号，通过运算放大器处理后可以输出正弦信号A和B，相位差为90°，分别为倍频脉冲信号和转向电信号[1]。

其中，脉冲用于对转动角度进行反映，频率用于对转动速度进行反映。

根据信号超前或滞后关系，能够分析得到转动角度。

作为高精密仪器，增量型编码器在使用过程中直接与自动化控制设备连接容易导致装置承受过大载荷，因此需要采用弹性或同步带等联轴器加强保护。

应避免刚性联接，并确保扭矩不超1N·m，对轴向偏角和同轴度也有一定要求。

但除此之外，增量型编码器也将输出不同信号，配备的接口存在兼容性问题。

在输出接口与接收端口无法匹配的情况下，将导致信号传输不稳问题的发生，在自动化控制系统中则反馈为设备不兼容。

46基于Arduino单片机的增量式编码器模拟装置设计基于Arduino单片机的增量式编码器模拟装置设计Desig n of In c reme ntal En coder An a log Device Based on Ardu ino赖永林方建文胡仁涛（大唐云南发电有限公司新能源分公司，云南昆明650000）李冰（华北电力大学自动化系，河北保定071000）摘要：为了实现风电机组停机检修时转速信号的采集，设计了一种增量式编码器模拟装置。

以Arduino UNO控制板为核心，通过串口触摸屏对模拟参数进行设置，利用单片机数字IO端口输出模拟正交脉冲信号。

实验结果表明，该信号模拟装置可靠性强，简单易用，有效实现了增量式编码器信号的模拟。

关键词:Arduino；增量式编码器；正交脉冲信号曰串口触摸屏Abstract:"order to realize the acquisition of speed signal when the wind turbine is shut down for maintenance,an in­cremental encoder simulation device is designed in this paper.With Arduino UNO control board as the core,the analog aram-eters are set through the serial touch screen,and the quadrature pulse signal is output through the digital IO port of micro-computer.The experimental results show that the signal simulation device is reliable,simple and easy to use,and can effec­tively simulate the incremental encoder signal.Keywords:Arduino,Incremental Encoder,quadrature pulse,serial touch screen在风力发电系统中，编码器的应用广泛，主要用来将高精度速度和精确的位置反馈给主控，保证风机正常运行，在风力发电系统中起着重要的作用［1］遥如变桨与偏航系统的电机转速与位置反馈、转子轴的转速反馈、发电机轴端速度反馈、滑环处的转速与位置反馈等,均采用增量式编码器来实现数据采集遥在对风电机组检修或故障维修时，需要采集旋转设备的转速或位置来检测风机设备是否存在故障及故障类型，根据《风力发电厂运行规程》［2］,《风机检修维护管理规定》，“风电机组维护检修时,必须使风电机组处于停机状态”，因此在对风机停机检修时，无法实现直接对旋转设备速度和位置的读取。

一种增量编码器的接口电路设计增量编码器是一种常用于测量旋转或线性位移的传感器。

它通过检测和计算传感器输出的变化量来测量物体的位移。

以下是一种基于Arduino的增量编码器接口电路设计。

Arduino是一种开源的微控制器平台，具有广泛的应用领域。

它可以和各种传感器、执行器以及其他电子元件进行通信和集成。

在增量编码器接口电路设计中，Arduino将用于读取传感器的输出并计算物体的位移。

设计需求：1.适用于增量式光电编码器。

2.稳定的电源供应。

3. 可通过Arduino读取并处理编码器输出。

电路设计：1. 电源供应电路：使用稳定的5V电源。

可以使用一个电源适配器或者将Arduino板上的5V引脚连接到电源线路上。

2. 增量编码器连接：将编码器的输出端连接到Arduino板上的两个数字引脚（例如2和3）。

编码器通常具有两个输出信号（A相和B相），它们的相位差可以用来确定位移的方向。

3. 电源接地：将Arduino板上的地引脚连接到电源地线上。

这样做可以确保接地连接，以减少电磁干扰和噪声。

4. Arduino编程：使用Arduino IDE编写程序来读取和处理编码器的输出。

在程序中，首先需要初始化两个数字引脚作为输入，并将它们设置为中断源。

接着，编写中断处理函数，该函数在每个脉冲到达时被触发。

在函数中，通过读取两个引脚的当前状态和上一个状态来判断编码器方向的变化，并对位移进行计算。

以下是一个简单的Arduino程序示例：```cint pinA = 2;int pinB = 3;volatile long count = 0;void setupinMode(pinA, INPUT);pinMode(pinB, INPUT);attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pinA), encoderInterrupt, CHANGE);attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pinB), encoderInterrupt, CHANGE);void loo//读取位移值并进行处理long displacement = count; // 保存当前位移值//在这里可以对位移进行其他处理，例如输出、显示等void encoderInterrupint stateA = digitalRead(pinA);int stateB = digitalRead(pinB);if (stateA == stateB)count++;} elsecount--;}```上述程序中，`pinA`和`pinB`分别是连接编码器输出的两个引脚。

基于单片机增量式编码器的分光计设计李成龙【摘要】This article introduces spectrometer,which uses incremental encoder as Angle measuring device and single chip as the core. With modern technology of photoelectric encoder measurement,this design innovates traditional measurement mode and makes instrument get more accuracy angle data more conveniently.%介绍了以单片机为核心，运用增量式编码器作为测角器件的分光计。

该设计采用现代的光电编码测量技术，革新了传统仪器的测量方式，能使仪器更方便的读取精度更高的角度数据。

【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】3页(P54-56)【关键词】分光计;单片机;旋转编码器【作者】李成龙【作者单位】安徽理工大学，安徽淮南 230001【正文语种】中文【中图分类】O4-33分光计能精确测量光线偏转角度，是一种基本的精密光学仪器［1］，分光计的使用也是各大高校的光学实验必修的实验项目。

如折射率的测定、测定光栅常量等等。

传统仪器用的是机械式角度测读装置，其游标读数盘精密铸造的造价高、体积大而笨重，在较暗的光学实验室内，读数费力，容易读错。

本设计采用STC89C52系列单片机与YGN320型增量式编码器相结合，废弃了游标盘，充分利用现代的传感器技术实现了较高精度的角度测量。

所用的测量系统体积小、精度高、纯数字化显示，无论是测量方式、测量手段还是仪器的构造都有很大程度的革新。

在国内高教仪器市场上前景非常广阔。

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°，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位［2］。

增量式光电脉冲编码器的单片机计数器金建新华中理工大学机械学院　武汉市　430074 【摘要】文中重点讨论基于单片机的光电脉冲编码器计数器的软件倍频和辨向原理,并从编码盘条纹和位置检测元件的空间分布原理出发给出了在编码器输出A、B正交方波的前提下最多只能4倍频的结论,最后介绍了集倍频、辨向、计数于一体的单片机计数器原理,该计数器具有消除抖动误计数、倍频数可选、计数长度无限制的特点。

关键词:光电脉冲编码器　基于单片机的计数器　软件倍频　软件辨向The Counter B ased on Embed-Controllerfor Incremental Opto-E lectric E ncoderJin JianxinSchool of Mechanical Engineering,HUST,Wuhan,430074 Abstract:This article mainly discusses the double frequency and discerning direction with software method of the counter based on embed-controller for incremental opto-electric encoder,besides by the argumentation of the space location relationship of stripe of the encoder and the movement detect2 ing component,it comes to the conclusion that under the condition of that the encoder outputs only A、B phase square,at most a quadruple frequency can be achieved,then introduces a counter based on embed-controller,which is charactered by no shaking error counting,a optional double frequency time and no limit to the counting length,with all the functions such as double frequency、discerning direction and counting。

增量式光电编码器与单片机的接口设计
车恒; 徐辛酉
【期刊名称】《《可编程控制器与工厂自动化(PLC FA)》》
【年(卷),期】2006(000)001
【摘要】本文介绍了增量式光电编码器的工作原理。

给出了其与单片机的接口电路,分析了产生误码的原因,并给出了改进方案。

【总页数】3页(P126-127,85)
【作者】车恒; 徐辛酉
【作者单位】武汉大学动机学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于单片机和增量式光电编码器脉冲检测电路的设计 [J], 周祥才
2.基于单片机的增量式光电编码器接口的设计 [J], 许理;赵英俊
3.基于AVR单片机的SPI接口设计与实现 [J], 杨启帆;赵腊才
4.基于MODBUS协议的单片机与触摸屏通讯接口设计 [J], 欧阳崇伟;杨秋萍;李疆
5.单片机控制蓝牙模块硬件接口设计 [J], 董国钢
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