1、本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐精品文档碱性玫瑰精 整理2011 年 10 月 2 号如需购买 碱性玫瑰精 ，请留下以下联系方式备用电话：0317-7896222 0317-7896333 传真：0317-7727900河北省东光宏浩染料 网址：联系人：刘雨桐本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐通过基于光电编码器的数字电路实现直线位移高精度测量的一种方法王锋山东电力建设第二工程
2、公司电仪工程处摘要:本文主要介绍了用光电编码器实现大直线位移高精度测量的一种方法。主要是通过数字电路实现。数字电路首先对光电编码器输出信号进行辨向-；通过符号及加减控制电路实现对计数器的控制-；倍频电路对光电编码器的输出信号进行倍频-；起到提高测量的精度和消除信号抖动作用-；倍频后的的信号输入计数器计数-；并通过 LED 显示器显示测量结果。关键词：直线位移-；光电编码器 -；数字电路1、光电编码器在位移测量中的应用原理光电编码器是一种高精度的角位移传感器。因其具有直接输出数字量、响应快、精度高、抗干扰能力强、分辨率高、输出稳定等特点。用光电编码器测量直线位移时-；需用传动机构将直线位移转换为
3、光电编码器的转动角度。设当被测物体上升时-；光电编码器正转-；此时 A 相超前 B 相 14 个周期；当被测物体下降时-；光电编码器反转-；A 相落后 B 相 14 个周期-；如图 1 所示.图 1 光电编码器输出波形若被测物体停在某一位置时-；位移为零。以此为基准-；被测物体上升时-；位移增加；下降时-；位移减小。当位移减少到零而被测物体再继续下降时-；位移变为负且数值增加；当被测物体再上升时-；位移减小但仍为负.当位移减到零后,-；位移变为正.可见位移测量不仅要知道位移的大小-；还要知道位移的正负。因此-；利用光电编码器测直线位移时-；符号判别及加减运算判别是关键。在使用光电编码器时,符号
4、的判断和加减运算的判别,既可以通过数字电路来实现,也可以通过当今流行的单片机来实现.这里介绍了通过数字电路实现增量式编码器测位移的方法.2、数字电路的原理数字电路主要包括以下几部分：编码器输出的相位相差 90 的信号经过细分倍频电路一0方面可以提高测量的精度-；如果编码器一圈输出 N 个脉冲-；其分辨率 360 /N-；经过四0倍频细分后即可达到 360 /4N。另一方面可起到消除信号抖动的作用。0细分后信号一路形成计数信号接入计数器-；另一信号警方向判别控制电路-；形成方向和加减信号-；接入计数器-；计数结果及正负经驱动电路由 LED 显示。过程如图 2。 本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代
5、专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐图 2 数字电路原理图3、倍频细分电路的设计光电编码器的输出波形如图 3图 3 光电编码器的输出波形由图 3 可知-；将 A、B 两相信号进行异或操作-；则 AB 信号是 A、B 两相信号的二倍频。如果通过各计数器对 AB 信号的上升沿、下降沿分别进行计数 -；计数值代表了码盘转过的角度-；则此时计数角度的脉冲当量 P=360/4N-；这就实现了倍频- ；使光电编码器的分频提高了四倍。图 4倍频细分电路如图 4 74F86 异或门输出既为 A、B 二信号的二倍频方波。用单稳电路单稳 C
6、D4538（上）检出二倍频方波前沿-；单稳 CD4538（下）检出其后沿-；二者在 74F32 逻辑“或”后即可得到四倍频脉冲串。为了保证电路工作稳定可靠-；二个单稳电路使用了集成化单稳计数脉冲形成编码器 细分倍频方向判别与加减控制计数、显示A B 本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐CD4538。倍频后还可以消除抖动干扰。图 5CD4538 单稳态触发器4、辨向电路的设计在实际工作中-；被测物体移动的方向不是固定的。而方向是位移的要素之一。因此-；为了判别移动的方向-；必须利用编码器输
7、出的两路相为差为 90 度的输出信号。(1) 正反转辨别电路根据光电编码器正反转时, A 相与 B 相的相位差关系-；将 A 相与 B 相分别接到 D 触发器 D 端与 CLK 端-；如下图 6。 正反转检测电路所示,不难看出正转时,Q=1:反转时-；Q=0 。即当被测物体上升时 -；Q=1, =0。下降时 -；Q=0-； =1使用了 7474 触发QQ器图 6 正反专检测电路 （2） 符号判断及加减计数控制电路增量式编码器以物体起始运动点为零点-；在零点两方分别为正负。此处假设物体是上下移动的-；向上为正- ；向下为负。物体运动时-；我们不仅要计数位置的绝对值-；还要知道它的正负区间。符号判
8、断及加减计数电路如图 7。本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐图 7 符号判断及加减计数控制电路原理图图 8 符号判断及加减计数控制电路实际连接图图 7 中 Q 和 两信号来自 D 触发器。Xo 为计数器所有输出端逻辑“或”后的信号。Fh 为输出正负信号。 Gk 为加减控制信号设当位移为零时-；Xo=1 -；当位移不为零,Xo=0. 与非门 YF1-YF4 组成符号控制。当Fh=1 时 -；符号显示为正；Fh=0 时- ；符号显示为负。位移为零时-；Xo=1-；Fh=YF2=Q。当位移不
9、为零时 -；Xo=1- ；则 Fh 与/Fh 状态保持不变。Xo与非门 YF5-YF10 组成加减计数控制电路。GK=YF8=QFh+ -；在位移为正的区间QFh-；被测物体上升时- ；Gk=1-；做加法运算-；下降时-；Gk=0-；做减法运算。在位移为负的区间- ；被测物体上升时,Gk=0,做减法运算,下降时,Gk=1, 做加法运算.GK,/Gk 控制可逆计数器加减-；可实现位移的加减运算。电路中的与非门使用了集成芯片 7400。它含有四个与非门-；所以使用了三个集成芯本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7
10、723188 刘雨桐片。具体连接电路如图 8。图中已将正负信号 Fh 和/Fh 连接 LED 数码管。数码管用 7407驱动。当信号为正即 Fh=1 时-；显示 0；当信号为负即 Fh=0 时-；显示-。5、计数及显示电路的设计光电编码器的输出信号分别经过倍频电路和符号、加减控制电路后-；最后进入计数器-；并由显示器显示计数结果。这也是测量电路的最后一步。（1）计数电路由于测量位移中既有加又有减-；所以计数器应选择可逆计数器。同时出于对性能和接线上的考虑-；此处选用了同步可逆计数器 74LS190。它是单时钟十进制计数器。图 9 同步十进制加/减计数器 74LS190A、B、C 、D 为输入端
11、-；工作时都接地。Qa、Qb、Qc、Qd 为输出端 -；接数码器译码器。CLK 为计数脉冲输入端-；此处接倍频电路输出四倍频信号。D/U 加减控制端-；高电平时减-；低电平十加。此处接加减控制 /Gk。LOAD 为置数端- ；正常工作时为高电平。当为低电平时将 A,B,C,D 置入计数器。此处将其设为计数器清零开关。CTEN 端正常工作时为低电平。MAX/MIN 为进位/借位端。当进位/借位时产生高电平。RCO 端功能于 MAX/MIN 相似-；只是当进位/借位时产生低电平。计数器连接一个计数器不能满足计数的要求-；此处为了达到位移量要求-；需要六个计数器连接-；可达到一百万的计数容量。连接方
12、式有并行连接和串行连接。并行连接各计数器工作时同步的-；而串行连接计数器工作不是同步的。此处我们选择了串行连接。本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐图 10 两片计数器串接方式图 10 仅是两片计数器连接图-；更多计数器连接同理。图中 Gk 为加减控制端。Cp为计数脉冲。清 0 端平时高电平-；当位低电平时-；计数器置入零。当第一片计数器加到.9 或见到 0 时- ；MAX/MIN 端产生高电平-；使第二 CLK 计入脉冲加 1 或减 1。（2）显示电路显示器采用 LED 七端字符数码管
13、-；我们选用了共阴极的 BS201。它在数码管右下角增设了一个小数点-；形成了所谓的八段数码管外形图 等效电路BS201 数码管译码器选用了 7447 七段显示译码器。图 117447 显示译码器为等测试端。只要它为低电平-；被驱动的数码管七段同时点亮-；以检查各段是否正LT本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐常。平时应置为高电平。为灭零端。可将多余的零熄灭。RBI/ 为灭灯输入/灭零输出。O用 7447 可以直接驱动共阴极的半导体数码管。图 12 给出了用 7447 驱动 BS201l
14、 半导体数码管的连接方法。图 12 用 7447 驱动 BS201 的连接方法将灭零输入端与灭零输出端配合使用-；即可实现多位数码显示系统的灭零控制。图示出了灭零控制的连接方法。只需在整数部分把高位的 与低位 的相连-；在小数RBOI部分将低位的 面与高位的 相连-；就可以把前、后多余的零熄灭了。在这种连接RBORBI方式下-；整数部分只有高位是零-；而且被熄灭的情况下-；低位才有灭零输入信号。同理-；小数部分只有在低位是零-；而且被熄灭时-；高位才有灭零输入信号。图 12 有灭零控制的 8 位数码显示系统结束语至此-；数字电路的各部分设计已经完成。各部分的原理和电路图已在各节介绍。整个数字电
15、路的总成电路图见附录 1。本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐6、参考书籍1、 童诗白.模拟电子技术基础-；高等教育出版社-；19982、 中国集成电路大全接口集成电路,北京：国防工业出版社-；19863、 自动化仪表.1999 年 第 1 期 第 20 卷 Vol.20 No.1 19994、 赵哲身.光电旋转编码器的软件鉴相及其使用技巧,自动化仪表,1998.2-17-18 5、 李谋.位置检测与数显技术,机械工业出版社,1993.本文档由 碱性玫瑰精 整理提供 代专利下载 1 元/篇 QQ 1410007848买 染料 及包装机械 请致电：0317-7723188 刘雨桐附录 11、 数字电路系统图
