用DSP實(shí)現增量式光電編碼器的細分

對光柵傳感器原始信號進(jìn)行細分是采用各類(lèi)光柵器件進(jìn)行高精度位置測量、角度測量過(guò)程中不可或缺的一個(gè)環(huán)節。細分方法多種多樣,針對各種現有的電子學(xué)細分方案并結合實(shí)際應用,本文采用軟件程序判卦限，查表細分方法,實(shí)現了針對測角傳感器信號的2048次細分。

關(guān)鍵詞：光柵傳感器, 測量, 細分

1 引言

目前,各類(lèi)伺服驅動(dòng)器及其應用中廣泛采用光柵裝置作為速度測量、位置測量的敏感元件。而且,廣泛采用兩路正交方波的形式,系統的實(shí)時(shí)性要求極高。因此,對于光柵編碼器的信號的細分等主要處理環(huán)節,一方面集中考慮提高分辨率的問(wèn)題,同時(shí),需要考慮實(shí)時(shí)性的問(wèn)題。

有很多采取純硬件進(jìn)行細分的方法,如,電阻鏈細分,空間細分,鎖相倍頻,還有兩種方法的結合使用等。上述幾種方法在實(shí)際應用中被廣泛采用,特別是電阻鏈細分,在低倍頻的情況下是一種很好的方案。但是在高倍頻的情況下,不可避免地出現大量使用比較器的情況,以及比較器死區(滯后區)問(wèn)題,難以調節?？臻g細分的方法中,主要解決的問(wèn)題是切割電平精準的問(wèn)題,其中的三角波切割三角波的方案有很多優(yōu)點(diǎn),可以改變使用過(guò)零比較造成的細分誤差。但是仍然存在大量使用比較器的問(wèn)題,調節起來(lái)比較繁瑣。鎖相倍頻細分的方法,一方面,成本較前兩種高,另一方面,受環(huán)境溫度的影響比較大,實(shí)際的應用中很少采用。

高速數字處理器件DSP的應用可以極大地改善系統的實(shí)時(shí)性,DSP中集成了16路10位A/D轉換，同時(shí)有豐富的硬件資源，比較器、定時(shí)器，和兩個(gè)專(zhuān)門(mén)用于產(chǎn)生PWM波的事件管理器。DSP中豐富的指令集為做除法提供了條件。設DSP（2407a）的時(shí)鐘頻率是40MHZ，除法程序可以在35個(gè)指令周期內執行完,兩路A/D轉換需要29個(gè)指令周期，查詢(xún)數據得細分值需要兩個(gè)指令周期。共69個(gè)指令周期，DSP中程序執行是流水線(xiàn)執行的，一個(gè)時(shí)鐘周期最多可以執行4條指令。則需要不到1.6us就可以得到精確的光柵位移值。對于一般的應用場(chǎng)合，用DSP細分可以足夠保證控制器500KHz的頻帶，和定位的精確性。

本文從原理上考慮在DSP中完成細分的方案,使用取絕對值,八卦限理論,利用DSP器件(速度為25納秒)對信號進(jìn)行邏輯運算和處理等一整套信號細分方案。

2 細分及框圖

通過(guò)軟件查詢(xún)的方式進(jìn)行細分。從光電編碼器輸出的兩路角位移信號首先進(jìn)行濾波整型，硬件辨向，提取整周期信號，得到粗位移；同時(shí)對兩路信號進(jìn)行A/D轉換，通過(guò)U函數得到計數脈沖，從而得到卦限值，通過(guò)V函數得到精位移的地址信號，查詢(xún)得到精位移。系統框圖如下：

輸入的兩路信號分別是x1=2.5*sin(fai)+2.5(v),x2=-2.5*cos(fai)+2.5(v);在DSP中有專(zhuān)門(mén)的16路A/D轉換電路，因而不用再設計A/D轉換電路。A/D轉換后得到y1=|2.5*sin(fai)|,y2=|-2.5*cos(fai)|。對其進(jìn)行卦限計數，

A/D轉換周期由軟件設定，而在硬件電路實(shí)現時(shí)，必須要考慮卦限信號，控制信號的高度同步，但在實(shí)際電路中是很難做到的。

如果將該數據與相位之間的對應關(guān)系用一張表來(lái)描述,就是我們所建立的細分表，放在DSP中的SRAM中，DSP中集成了2K×16的SRAM，足夠放置查詢(xún)表。兩者之間并不是一一對應關(guān)系。

（FAI）(t)=arctanθt∝sinxt/cosxt;

軟件流程圖如下：

軟件程序流程圖：

U函數取為U=y1*y2*(y2-y1);當U為零時(shí)，卦限信號就增加1

; ;;;;;;;;;;-------細分程序

XIFEN: LDP #0E1h;

CLRC SXM ; 抑制符號位擴展

LACC RESULT0,10

SACH X1 ; 存X1值

LACC RESULT1,10 ;

SACH X2; 存X2值

SETC SXM ;允許符號位擴展

LACL R1SIN;

SUB #JUNZHI ;(2.5V);

ABS