旋轉編碼器應用于角度定位或測量時,通常有A、B、Z三相輸出。旋轉編碼器的輸出波形見圖1。 |
A相和B相輸出占空比為50%的方波。編碼器每轉一周,A相和B相輸出固定數目的脈沖(如100個脈沖)。當編碼器正向旋轉時,A相比B相超前四分之一個周期;當編碼器反向旋轉時,B相比A相超前四分之一個周期。A相和B相輸出方波的相位差為90±45°。編碼器每轉一周,Z相輸出一個脈沖。由于編碼器每轉一周,A相和B相輸出固定數目的脈沖,則A相或B相每輸出一個脈沖,表示編碼器旋轉了一個固定的角度。當Z相輸出一個脈沖時,表示編碼器旋轉了一周。因此旋轉編碼器可以測量角位移及位移方向。 問題出在伺服系統停止工作時,若無鎖定,則旋轉軸受外力(如風力影響)可能自由晃動,因而引起編碼器輸出波形抖動,如圖2所示, |
從而引起誤計數。在這種情況下,就不能對波形進行正確計數。雖然可以通過軟件設置標志狀態,用記錄歷史狀態的變化來濾除誤計數,但是程序耗費頗大。因此,本人設計了一個抗抖動計數電路,它能夠自動消除抖動造成的誤計數。 |
1 抗抖動計數電路原理圖 圖3是抗抖動計數電路原理圖。 |
此電路濾除了旋轉編碼器輸出波形的抖動現象。該電路分為四個部分:譯碼電路U4A;互鎖電路U5A、U5B;正旋計數鏈J1、J3、J5和反旋計數鏈J2、J4、J6。U4A為二四譯碼器,U5A、U5B為與門,J1~J6為D觸發器。正旋計數鏈負責對編碼器正向旋轉的計數,反旋計數鏈負責對編碼器反向旋轉的計數。 |
2 抗抖動計數電路工作分析 圖4為二四譯碼器輸出的波形 |
譯碼器產生d、a、b、c四種不同的狀態。在圖3中當B=0、A=0時,譯碼器 Q0輸出為d狀態,d狀態為高電平。當B=0、A=1時,譯碼器Q1輸出為a狀態,a狀態為高電平。當B=1、A=1時,譯碼器 Q2輸出為b狀態,b狀態為高電平。b狀態不影響計數和方向確定,在圖3電路中沒有使用。當B=1、A=0時,譯碼器Q3輸出為c狀態,c狀態為高電平。
當旋轉編碼器正向旋轉時,譯碼器輸出的狀態順序為d、a、b、c、d、a、b、c……。如圖4所示。當B=0、A=0時,進入d狀態,與門U5A的Pin2=a=0(Pin是管腳的意思),于是U5A的輸出Pin3=0。D觸發器J1的R=d=1、S=0,因此J1被清0。與門U5B的Pin5=c=0,于是U5B的輸出Pin4=0。D觸發器J2的R=d=1、S=0,因此J2也被清0。這時J1、J2的端都為1,與門U5的 Pin1=Pin6=1,U5A和U5B都處于等待開門狀態。當進入狀態a時,Q1=a=1,U5A的Pin2=a=1。由于c=0所以J2的端仍為1,U5A的Pin1=1U5A的輸出Pin3=1。J1的R=d=0、S=1,因此J1被置1。J1的Q=1,=0。J1的Q=1,正旋標志送到了J3的D端。同時J1的端關閉了U5B。在下一個d出現之前,所有的c脈沖都不會改變J2的狀態。這就是說,J1、J3、J5組成的正旋計數鏈被打開,J2、J4、J6組成的反旋計數鏈被阻斷。U5A、U5B、J1、J2完成互鎖的功能。在進入狀態a時,J3的R=a=1、S=0,J3被清0,J5的R=a=1、S=0,J5被清0。在進入狀態c前,J3的R=a=0、S=0、D=1,J3處于待觸發狀態。J3的CLK=c,當c脈沖上升沿過后,D=1被打入J3的Q端,正旋標志送到了J5的D端。在進入狀態d前,J5的R=a=0、S=0,J5處于待觸發狀態。J5的CLK=d,當d脈沖上升沿過后,D=1被打入J5的Q端,正旋標志送到了正旋計數輸出端。正旋計數輸出端由低電平變為高電平。到此為止,完成了一次正旋計數。當由狀態d進入狀態a時,J5的R=a=1、S=0,J5被清0,正旋計數輸出端由高電平變為低電平。由此可知,當旋轉編碼器正向旋轉時,對應A相和B相的每一個完整周期,正旋計數輸出端都會產生相應的一個脈沖。 |
本人把此電路用于對天線云臺角度的定位與測量。 |