本發(fā)明屬于光電軸角編碼器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種增量式光電軸角編碼器數(shù)據(jù)處理裝置及處理方法。

背景技術(shù)：

光電軸角編碼器是測量角位移的光電傳感器。增量式光電軸角編碼器一般只需要三條碼道，用于產(chǎn)生計數(shù)脈沖。碼盤的外道和中間碼道具有數(shù)目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區(qū)(光柵)，但是兩道扇區(qū)相互錯開半個周期。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動時，它的讀數(shù)頭輸出信號是四路相位差為1/4周期的正弦信號，經(jīng)差分放大后輸出兩路相位差為1/4的正弦信號。正弦信號經(jīng)比較器整形后變?yōu)榉讲ㄐ盘?，方波信號?jīng)過解碼電路后送入單片機進行計數(shù)，單片機形成角度代碼輸出。

我們認(rèn)為與本發(fā)明最為接近的已有電路是由中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所研制開發(fā)的增量式光電軸角編碼器計數(shù)裝置，包括光電軸角編碼器輸出的兩路方波信號A相、B相、異或門電路74HC86和觸發(fā)器74HC74、最后形成脈沖信號和方向信號送入單片機處理。

由于增量式編碼器容易產(chǎn)生信號抖動，當(dāng)信號抖動較嚴(yán)重時，編碼器輸出的方波信號將出現(xiàn)頻繁的變化，由于單片機處理需要一定的時間，該計數(shù)裝置容易造成計數(shù)錯誤，可能出現(xiàn)多計數(shù)或者少計數(shù)的情況。采用軟件算法或硬件濾波方式雖然可以去除大多數(shù)信號抖動產(chǎn)生的影響，但仍不能保證計數(shù)完全正確。還有使用濾波方式時轉(zhuǎn)動的頻率會受到影響，轉(zhuǎn)動太快則產(chǎn)生有效脈沖信號會和毛刺一起被濾除，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動不被響應(yīng)，并且還不能保證完全消除抖動的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種增量式光電軸角編碼器數(shù)據(jù)處理裝置及處理方法，通過對增量式編碼器輸出的信號進行可靠的計數(shù)，再對編碼器輸出的正弦信號進行細分，從而提高編碼器的可靠性。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

增量式光電軸角編碼器數(shù)據(jù)處理裝置，該裝置包括：放大器、比較器、異或門和單片機：編碼器輸出兩路正交的正余弦波信號SIN和COS；所述COS分為兩路，一路直接進入單片機進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，另一路通過放大器放大和比較器比較轉(zhuǎn)換成方波信號，進入單片機作為計數(shù)信號；所述SIN分為兩路，一路直接進入單片機進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，另一路通過放大器放大和比較器比較轉(zhuǎn)換成方波信號，與單片機產(chǎn)生的控制信號一起通過門電路進行異或后進入單片機實現(xiàn)中斷功能。

增量式光電軸角編碼器數(shù)據(jù)處理方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：對經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換的兩路SIN和COS信號的結(jié)果進行計算，得到編碼器一個周期的細分值；同時COS通過放大器放大和比較器比較轉(zhuǎn)換成方波信號，進入單片機為低電平時，單片機進入中斷狀態(tài)并計數(shù)，單片機輸出控制信號取反后進入單片機為高電平，單片機退出中斷；

步驟二：單片機將細分值和計數(shù)值合并，得到編碼器角度值后輸出。

本發(fā)明的有益效果是：

1、電路設(shè)計簡單、可靠，所用元器件較少；

2、該電路既可以進行脈沖計數(shù)，也可以對增量式編碼器精碼信號進行細分，提高編碼器的分辨力；

3、該電路可以作為增量式編碼器的通用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

附圖說明

圖1本發(fā)明增量式光電軸角編碼器數(shù)據(jù)處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2本發(fā)明增量式光電軸角編碼器數(shù)據(jù)處理裝置電路設(shè)計圖。

圖3本發(fā)明增量式光電軸角編碼器數(shù)據(jù)處理裝置主程序方法流程圖。

圖4本發(fā)明增量式光電軸角編碼器數(shù)據(jù)處理裝置中斷程序方法流程圖。

圖5本發(fā)明的各路信號波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

如圖1所示，增量式光電軸角編碼器數(shù)據(jù)處理裝置，包括放大器、比較器、異或門和單片機。編碼器輸出兩路正交的正余弦波信號SIN和COS；所述COS分為兩路，一路直接進入單片機進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，另一路通過放大器放大和比較器比較轉(zhuǎn)換成方波信號，進入單片機作為計數(shù)信號；所述SIN分為兩路，一路直接進入單片機進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，另一路通過放大器放大和比較器比較轉(zhuǎn)換成方波信號，與單片機產(chǎn)生的控制信號一起通過門電路進行異或后進入單片機實現(xiàn)中斷功能。

如圖2所示，從編碼器頭部輸出的兩路正交的正余弦信號SIN和COS：SIN信號分為兩路，一路信號通過R₉和第一電容6濾波后進入單片機8的1腳進行AD轉(zhuǎn)換，另一路信號經(jīng)過第一放大器1進行信號跟隨后送入第一比較器3的輸入引腳1，R₁和R₂產(chǎn)生比較電壓后送入第一比較器3的輸入引腳2，反饋電阻R₃分別與第一比較器3的2腳和3腳相連，上拉電阻R₄的一端與電源VCC相連，另一端與第一比較器3的3腳以及異或門5的1腳相連，異或門5的輸出引腳3與單片機8的中斷引腳18相連，異或門5的輸入引腳2與單片機8的通用IO引腳19相連；COS信號分為兩路，一路通過R₁₀和第二電容7濾波后進入單片機8的2腳進行AD轉(zhuǎn)換，另一路信號經(jīng)過第二放大器2進行信號跟隨后送入第二比較器4的輸入引腳6，R₅和R₆產(chǎn)生比較電壓后送入第二比較器4的輸入引腳7，反饋電阻R₇分別與第二比較器4的7腳和6腳相連，上拉電阻R₈的一端與電源VCC相連，另一端與第二比較器4的5腳以及單片機8的通用引腳22相連。

單片機的處理方法分為主程序和中斷脈沖計數(shù)程序，中斷脈沖計數(shù)程序負(fù)責(zé)對脈沖進行計數(shù)，主程序先對SIN和COS信號進行AD轉(zhuǎn)換。根據(jù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果計算得到編碼器一個信號周期的細分值X，然后將細分值X和脈沖計數(shù)值N進行合并，根據(jù)需要將得到的編碼器角度值進行輸出。主程序工作程序流程圖如圖3所示，細分值X的計算公式如公式(1)所示。

編碼器的兩路正余弦波信號SIN和COS通過放大器和比較器后轉(zhuǎn)化為方波信號A和B。在中斷計數(shù)程序中，只有當(dāng)B為低電平時單片機8才進行計數(shù)，如果單片機8輸出至異或門5的控制信號DIR為低電平時，表明方波信號A為下降沿中斷，計數(shù)器加1；如果單片機8輸出至異或門5的控制信號DIR為高電平時，表明方波信號A為上升沿中斷，計數(shù)器減1。然后將DIR取反后退出中斷；如果進入中斷時B為高電平信號，則此時將不進行計數(shù)，直接將單片機8輸出至異或門5的控制信號DIR進行取反后退出中斷，中斷計數(shù)程序流程圖如圖4所示。采用該種計數(shù)方法充分考慮了單片機執(zhí)行程序需要一定時間的因素，當(dāng)在某位置方波脈沖A出現(xiàn)頻繁變化時，單片機并不需要對每個變化的脈沖計數(shù)，只需要按照圖4所示的流程圖進行加減計數(shù)即可，如果信號A一直頻繁的變化，則計數(shù)器也頻繁的加1和減1，并不會多計數(shù)或者少計數(shù)。當(dāng)編碼器移動到信號A穩(wěn)定時，則計數(shù)脈沖的數(shù)值也會穩(wěn)定且準(zhǔn)確，各網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號處的信號波形圖如圖5所示。