基于單片機的磁性編碼器信號細分系統的設計

細分方案軟件部分設計

電子細分方案軟件流程圖如圖2所示。

在脈沖的輸出控制上需要解決如下兩個(gè)問(wèn)題：如何輸出細分脈沖以及如何控制細分脈沖的輸出速率。

編碼盤(pán)的轉速變化是連續的，不會(huì )發(fā)生突變，因此可以近似認為在一段極短的時(shí)間內，電機的轉速是恒定的，在此時(shí)間段內也就完全可以按照等時(shí)間間隔輸出脈沖。假設電機的速度響應時(shí)間為100毫秒，在恒定加速度下達到1000轉/分的轉速，程序的執行周期為3000微秒，在一個(gè)程序周期中，按勻速處理產(chǎn)生的角度誤差最大不超過(guò)0.27度，也就不會(huì )導致脈沖的誤輸出，完全可以保證精度要求。按照恒定速率在極短的時(shí)間內輸出細分脈沖可以大大簡(jiǎn)化程序設計，并可以大幅度提高系統的實(shí)習響應性能。

由于細分脈沖數目必須要等到下一次采樣完成后才能確定，因此脈沖的輸出在時(shí)間上必然會(huì )滯后一個(gè)程序周期。如果設定程序執行周期為3毫秒，按編碼盤(pán)每分鐘旋轉1000轉，每轉輸出1000個(gè)細分脈沖計算，則輸出信號最多會(huì )產(chǎn)生50個(gè)脈沖的滯后，相當于18o的機械角度誤差。如果編碼盤(pán)的轉速增加，該誤差會(huì )變得更大。同時(shí)，由于程序的執行周期不是一個(gè)固定值，因此由此所產(chǎn)生的信號滯后也將是一個(gè)變化的值。如果等到下一次的采樣完成后才輸出脈沖，則細分誤差會(huì )比較大，且無(wú)法控制。因此細分脈沖不能等到應輸出脈沖數目計算完成后才進(jìn)行。

為了解決以上兩個(gè)問(wèn)題，可以采用定時(shí)中斷控制脈沖的輸出。首先根據需要輸出的脈沖數目計算出輸出脈沖的時(shí)間間隔，以此時(shí)間間隔作為定時(shí)時(shí)間常數控制細分脈沖的輸出。這樣一方面可以保證脈沖輸出和輸出脈沖計算的同步進(jìn)行；另一方面也可以通過(guò)定時(shí)器控制脈沖輸出的速率，從而使得細分脈沖在最大程度上實(shí)現了實(shí)時(shí)輸出。

為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化程序設計，可以將程序執行周期設定為固定值，采用定時(shí)程序對程序的執行進(jìn)行監控，以保證每一個(gè)程序的執行周期都為設定值。這樣就可以建立查詢(xún)表格，根據應輸出的細分脈沖的數目直接確定出對應的定時(shí)時(shí)間常數。如此，將復雜的浮點(diǎn)運算程序簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的查表程序，縮短了程序執行周期，保證了細分脈沖輸出的實(shí)時(shí)性。

結論：

以上設計思想在編碼器信號細分系統設計中均得以應用，并成功實(shí)現了對編碼器輸出正弦波信號的1000細分，從實(shí)踐上證明了利用低成本的單片機系統完全可以在低分辨力的編碼器基礎上得到較高的分辨率。

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