光电编码器输出脉冲的几种计数方法

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1、光电编码器输出脉冲的几种计数方法阅览次数：6722作者：潘明东单位：华东理工大学机械工程学院1引言　　在位置控制系统中，为了提高控制精度，准确测量控制对象的位置是十分重要的。目前，检测位置的办法有两种：其一是使用位置传感器，测量到的位移量由变送器经A/D转换成数字量送至系统进行进一步处理。此方法虽然检测精度高，但在多路、长距离位置监控系统中，由于其成本昂贵，安装困难，因此并不适用；其二是使用光电编码器[1]。光电编码器是高精度控制系统常用的位移检测传感器。当控制对象发生位置变化时，光电编码器便会发

2、出A、B两路相位差90度的数字脉冲信号。正转时A超前B90度，反转时B超前A90度。脉冲的个数与位移量成比例关系，因此通过对脉冲计数就能计算出相应的位移。该方法不仅使用方便、测量准确，而且成本较低，因此在电力拖动系统中，经常采用第二种位置测量方法。　　使用光电编码器测量位移，准确无误的记数起着决定性作用。由于在位置控制系统中，电机既可以正转，又可以反转，所以要求计数器既要能够实现加计数，又要能够实现减计数。相应的计数方法可以用软件来实现，也可以用硬件来实现。　　使用软件方式对光电编码器的脉冲进行方

3、向判别和计数降低了系统控制的实时性，尤其当使用光电编码器的数量较多时，并且其可靠性也不及硬件电路。但是用软件计数外围电路比较简单,所以在计数频率不高的情况下，使用软件计数还是有一定优势的。对编码器中输出的两路脉冲进行计数主要分两个步骤，首先要对编码器输出的两路脉冲进行鉴相，即：判别电机是正转还是反转；其次是进行加减计数，正转时加计数，反转时减计数。2鉴相原理　　脉冲鉴相的方法比较多，既可以用软件实现，也可以用一个D触发器实现。下图是编码器正反转时输出脉冲的相位关系。　　由图中编码器输出波形可以看出

4、，编码器正转时A相超前B相90度.在A相脉冲的下降沿处，B相为高电平；而在编码器反转时，A相滞后B相90度，在A相脉冲的下降沿处，B相输出为低电平。这样，编码器旋转时通过判断B相电平的高低就可以判断编码器的旋转方向[2]。3用软件实现脉冲的鉴相、计数　　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

5、；若是低电平则编码器反转，减1计数。4用硬件实现脉冲的鉴相、计数　　硬件计数在执行速度上有软件计数不可比拟的优势，通常采用多个可预置4位双时钟加减计数器74LS193级联组成的加减计数电路。P0-P3为计数器的4位预置数据端，与数据输入锁存器相接；QA-QD为计数器的4位数据输出端，与数据输出缓冲器相接；MR为清零端与上电清零脉冲相接；PL为预置允许端，由译码控制电路触发；CU为加脉冲输入端，CD为减脉冲输入端；TCU为进位输出端，TCD为借位输出端。如下图所示：　　当CU和CD中一个输入脉冲时，

6、另一个必须处于高电平，才能进行计数工作。而从编码器直接输出的A、B两路脉冲不符合要求，不能直接接到计数器的输入端。但我们可以利用这两路脉冲之间的相位关系对其进行鉴相后再计数。下图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，A相超前B相90°，D触发器输出/Q(W1)为高电平，Q(W2)为低电平，上面与非门打开，计数脉冲通过(W3)，送至双向计数器74LS193的加脉冲输入端CU，进行加法计数；

7、此时，下面与非门关闭，其输出为高电平(W4)。当光电编码器逆时针旋转时，A相比B相延迟90°，D触发器输出/Q(W1)为低电平，Q(W2)为高电平，上面与非门关闭，其输出为高电平(W3)；此时，下面与非门打开，计数脉冲通过(波W4)，送至双向计数器74LS193的减脉冲输入端CD，进行减法计数[3]。5利用单片机内部计数器实现可逆计数　　对以上两种计数方法进行分析可知，用纯软件计数虽然电路简单，但是计数速度慢，难以满足实时性要求，而且容易出错，用外接加减计数芯片的方法，虽然速度快，但硬件电路复杂，

8、由上图可以看出要做一个12位计数器需要5个外围芯片，成本也较高。那么我们能否用单片机内部的计数器来实现加减计数呢。我们知道，8051片内有两个16位的定时器：定时器0和定时器1,8052还有一个定时器2,这三个定时器都可以作为计数器来用。但8051内部的计数器是加1计数器，所以不能直接应用，必须经过适当的软件编程，来实现其“减”计数功能。硬件电路如下：　　我们可以把经过D触发器之后的脉冲,即方向控制脉冲（DIR）接到单片机的外部中断INT0端，同时经过反向器后再接到另一个外部中断I