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1、第30卷第8期电子工程师Vol.30No.82004年8月ELECTRONICENGINEERAug.2004光电编码器输出脉冲的几种计数方法潘明东(华东理工大学机械工程学院,上海市200237)=摘要>光电编码器是高精度位置控制系统常用的一种位移检测传感器。在位置控制系统中,由于电机既可能正转,也可能反转,所以要对与其相连的编码器输出的脉冲进行计数,要求相应的计数器既能实现加计数,又能实现减计数,即进行可逆计数。其计数的方法有多种,包括纯粹的软件计数和硬件计数。文中分别对这两种常用的计数方法进行了分析,对其优缺点进行了对比,最后提出了一种新的计数方法,利用8051单片机内部的计数
2、器实现对光电编码器输出脉冲的加减可逆计数,既节省了硬件资源,又能得到较高的计数频率。关键词:光电编码器,计数器,加减计数,位置控制中图分类号:TP2110引言1鉴相原理在位置控制系统中,为了提高控制精度,准确测量脉冲鉴相的方法比较多,既可以用软件实现,也可控制对象的位置是十分重要的。目前,检测位置的方以用一个D触发器实现。图1是编码器正反转时输出法有两种。一种方法是使用位置传感器,测量到的位脉冲的相位关系。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[1]不适用。另一种方法是使用光电
3、编码器。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,光电编码器便会发出A、B两路相位差90b的数字脉冲信号。正转时A超前B为90b,反转时B超前A为90b。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。图1编码器输出波形该方法不仅使用方便、测量准确,而且成本较低,在电力拖动系统中经常采用这种位置测量方法。由图1中编码器输出波形可以看出,编码器正转使用光电编码器测量位移,准确无误的计数起着时A相超前B相90b,在A相脉冲的下降沿处,B相为决定性作用。由于在位置控制系统中,电机既可以正高电平;而在编码器反转时,A相滞后B相90b,
4、在A相转,又可以反转,所以要求计数器既能实现加计数,又脉冲的下降沿处,B相输出为低电平。这样,编码器旋能实现减计数。相应的计数方法可以用软件实现,也转时通过判断B相电平的高低就可以判断编码器的可以用硬件实现。旋转方向[2]。使用软件方式对光电编码器的脉冲进行方向判别2用软件实现脉冲的鉴相和计数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,且其可靠性也不及硬件电路。但编码器输出的A向脉冲接到单片机的外部中断其外围电路比较简单,所以在计数频率不高的情况下,INT0,B向脉冲接到I/O端口P1.0,如图2所示。当系使用软件计数仍有一定的优势。对编码器中输出的两统工作时,
5、首先要把INT0设置成下降沿触发,并开相路脉冲进行计数主要分两个步骤:首先要对编码器输应中断。当有效脉冲触发中断时,执行中断处理程序,出的两路脉冲进行鉴相,即判别电机是正转还是反转;判别B脉冲是高电平还是低电平。若是高电平,则编其次是进行加减计数,正转时加计数,反转时减计数。码器正转,加1计数;若是低电平,则编码器反转,减1计数。收稿日期:2004-05-18#69##计算机与自动化技术#电子工程师2004年8月图2软件方法的计数与判向电路3用硬件实现脉冲的鉴相和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
6、电路。如图3所示,P0、P1、P2、P3为计数器的4位预置数据端,与数据输入锁存器相接;QA、QB、QC、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。图4光电编码器输出脉冲的鉴相及其计数4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,虽然图3加减计数芯片74LS193速度快,但硬件电路复杂,由图4可以看出,要
7、制作一个12位计数器需要5个外围芯片,成本较高。我们可当CU和CD中一个输入脉冲时,另一个必须处于以用单片机内部的计数器来实现加减计数。单片机高电平,才能进行计数工作。而从编码器直接输出的8051片内有2个16位定时器(定时器0和定时器1),A、B两路脉冲不符合要求,不能直接接到计数器的输单片机8052还有一个定时器(定时器2),这3个定时入端,但可以利用这两路脉冲之间的相位关系对其进器都可以作为计数器使用。但单片机8051内部的计行鉴相后再计数。数器是加1计数器,所
