機械測量中旋轉編碼器與單片機的通用接口(07-100)

2020-11-24 電子產品世界

　　在準備」Freescale」杯全國大學生智能車比賽中我們開始的時候是採用紅外傳感器來測量速度，但是它受環境的幹擾很大，且響應頻率很小，還達不到1K Hz，為了提高速度測量精度和響應頻率，減小環境的幹擾，決定採用了旋轉編碼器，我們成功地開發了單片機與旋轉編碼器的最簡硬體接口。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/92060.htm

　　旋轉編碼器及其工作原理

　　旋轉編碼器是用來測量角度的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。單路輸出是指旋轉編碼器的輸出是一組脈衝，而雙路輸出的旋轉編碼器輸出兩組相位差90度的脈衝，通過這兩組脈衝不僅可以測量轉速，還可以判斷旋轉的方向。

　　它將測量到的角度量轉換為數字脈衝信號輸出，用來檢測被檢對象的角位移、角速度、角加速度、線位移、線速度和線加速度等，因而，應用十分廣泛。旋轉編碼器有絕對式和增量式兩種。絕對式所測量到的角位置是絕對位置;而增量式所測量的是轉動體角位移的累計量。

　　旋轉編碼器有一個中心有軸的光電碼盤，其上有環形通、暗的刻線，有光電發射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差(相對於一個周波為360度)，將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩定信號;另每轉輸出一個Z相脈衝以代表零位參考位。

　　由於A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈衝，可獲得編碼器的零位參考位。

　　信號輸出有正弦波(電流或電壓),方波(TTL、HTL),集電極開路(PNP、NPN),推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅動(對稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。編碼器的脈衝信號一般連接計數器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關頻率有低有高。如單相聯接，用於單方向計數，單方向測速。B兩相聯接，用於正反向計數、判斷正反向和測速。 A、B、Z三相聯接，用於帶參考位修正的位置測量。A、A- 、B、B- 、Z、Z-連接，由於帶有對稱負信號的連接，電流對於電纜貢獻的電磁場為0，衰減最小，抗幹擾最佳，可傳輸較遠的距離。

　　為方便用戶使用，旋轉編碼器信號有電壓、NPN、PNP、T、D多種輸出方式。不同輸出方式的抗電磁幹擾的能力也不同。因而，可根據使用的具體要求選擇恰當輸出形式的旋轉編碼器。本設計採用旋轉編碼器的單相聯接輸出方波。

　　旋轉編碼器與單片機的接口

　　由於工程實踐和比賽的需要，我們研究開發了一種單片機與旋轉編碼器直接接口的方法。此方法就是直接將旋轉編碼器信號端與Freescale 的S12的單片機的輸入捕捉/輸出比較通道(IOC)極為簡潔，由此構成的系統極為簡單而可靠性很高。旋轉編碼器A相輸出信號，故可使用單片機的IOC1(IOC0～IOC7任意一個都可以)與之相接。實際使用時，根據旋轉編碼器信號線的長度及電磁幹擾的程度，可以在旋轉編碼器與單片機之間增加光電耦合器，或整形門電路，以抵抗幹擾，調理旋轉編碼器的輸入信號。我們在使用中採用了電壓輸出形式的旋轉編碼器，而且信號線很短，接口電路見圖1。

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