亨士樂(lè)編碼器的抗抖動(dòng)計(jì)數(shù)電路

當(dāng)亨士樂(lè)編碼器用于角度定位或測(cè)量時(shí)，它們通常具有A、B和2相輸出。編碼器的輸出波形如圖1所示。相位A和相位B輸出占空比為50%的方波。相位A和B每轉(zhuǎn)編碼器輸出固定數(shù)量的脈沖（例如100個(gè)脈沖）。如果Hengstler編碼器正向旋轉(zhuǎn)，相位A與相位B相比超過(guò)周期的第一個(gè)四分之一。相位A和相位B的輸出方波之間的相位差為90。由于相位A和B的編碼器每轉(zhuǎn)輸出固定數(shù)量的脈沖，因此相位A或相位B輸出指示編碼器已以固定角度旋轉(zhuǎn)的脈沖。如果兩個(gè)相位輸出一個(gè)脈沖，這表明編碼器已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了一個(gè)周期。因此，編碼器可能已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了一個(gè)周期，編碼器測(cè)量角位移和行進(jìn)方向。

問(wèn)題是，當(dāng)伺服系統(tǒng)停止工作時(shí)，如果沒(méi)有鎖定，旋轉(zhuǎn)軸會(huì)因外力（如風(fēng)力）而自由擺動(dòng)，導(dǎo)致亨士樂(lè)編碼器的輸出波形擺動(dòng)，如圖2所示，導(dǎo)致計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。在這種情況下，波形不能被正確計(jì)數(shù)。盡管可以通過(guò)軟件設(shè)置標(biāo)志狀態(tài)，并通過(guò)記錄歷史狀態(tài)的變化來(lái)過(guò)濾不正確的計(jì)數(shù)，但該程序相當(dāng)昂貴。所以我設(shè)計(jì)了一個(gè)抗抖動(dòng)計(jì)數(shù)電路。它可以自動(dòng)消除抖動(dòng)引起的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)。

1.防抖動(dòng)計(jì)數(shù)電路原理圖



圖3是抗抖動(dòng)計(jì)數(shù)電路的原理圖。該電路濾除了旋轉(zhuǎn)編碼器輸出波形的抖動(dòng)現(xiàn)象。該電路分為四個(gè)部分：解碼電路U4A、鎖定電路U5A、U5B、正向旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)鏈J1、J3、J5和反向旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)鏈J2、J4、J6。U4A是一個(gè)二四解碼器，U5A和U5B是與門，J1~J6是D觸發(fā)器。正向旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)鏈負(fù)責(zé)對(duì)編碼器的正向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行計(jì)數(shù)，而反向旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)鏈則負(fù)責(zé)對(duì)編碼器反向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2抖動(dòng)計(jì)數(shù)電路的工作分析









圖4顯示了24解碼器的波形輸出。解碼器產(chǎn)生四種不同的狀態(tài)：d、a、b和c。在圖3中，當(dāng)b=0和a=0時(shí)，解碼器輸出處于d狀態(tài)的Q0，并且d狀態(tài)處于高電平。在B＝0和A＝1時(shí)，解碼器Q1的輸入處于狀態(tài)A和狀態(tài)A高。在B＝1和A＝1時(shí)，解碼器Q2輸出狀態(tài)B并且狀態(tài)B為高。B狀態(tài)不影響計(jì)數(shù)和方向確定，也不用于圖3所示的電路。如果B＝1并且A＝0，則解碼器的輸出是處于c狀態(tài)的Q3并且處于高電平的c狀態(tài)。

當(dāng)亨士樂(lè)編碼器正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，解碼器的狀態(tài)序列為d、a、b、c、d、a，b、c*。如圖4所示。

如果B＝O且A＝0，則進(jìn)入d狀態(tài)，并且門U5A的引腳2為A＝0（引腳意味著引腳），因此輸出為U5A 0的引腳3。觸發(fā)器J1的R＝d＝1和S＝0，即J1被刪除為0，并且門U5B的引腳5＝c＝0，導(dǎo)致U5B的輸出引腳4＝0。觸發(fā)器J2的R＝d＝1和S＝0，即J2也被刪除為0。此時(shí)，J1和J2的Q端子均為1，且Pinl=Pin6=1（帶車門U5）。U5A和U5B都在等待門打開(kāi)。當(dāng)狀態(tài)a時(shí)，U5A出現(xiàn)QL=a=1和Pin2=a=1。

由于c＝0，J2的Q端子仍然是1，U5A的Pinl是l，并且U5A的輸出Pin3是1。J1的R-d是OS＝1，所以J1被設(shè)置為l。Q＝l，對(duì)于J1為Q0。J1的Q＝l和正向旋轉(zhuǎn)符號(hào)被發(fā)送到J3的D端。J1的Q端已關(guān)閉U5B。直到下一個(gè)d，所有的c脈沖都不會(huì)改變J2的狀態(tài)。這意味著由J1、J3和J5組成的正向自旋計(jì)數(shù)鏈打開(kāi)，而由J2、J4和J6組成的反向自旋計(jì)數(shù)鏈被阻斷。U5A、U5B、J1、J2完成鎖定功能。當(dāng)進(jìn)入狀態(tài)a時(shí)，J3的R＝a＝l，s＝0，J3被刪除0，J5的Ra＝1，s＝1，J5變?yōu)?。在進(jìn)入狀態(tài)c之前，J3的R＝a＝、S0、D＝1和J3處于待觸發(fā)的等待狀態(tài)。J3的CLK是c，并且在c脈沖的上升沿之后，D＝1被插入J3的Q端，并且正向旋轉(zhuǎn)標(biāo)志被發(fā)送到J5的D端。

當(dāng)亨士樂(lè)編碼器以相反的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，解碼器發(fā)出的狀態(tài)序列是d，c，b，a，d，c、b，a……這種情況的分析方法與正向旋轉(zhuǎn)相同，此處不再描述。

這就像一場(chǎng)接力賽。四個(gè)站d、a、b、c和四個(gè)裁判被均勻地放在一個(gè)封閉的圓形軌道上，只允許一個(gè)人上升。點(diǎn)d是起點(diǎn)和終點(diǎn)以及入口和出口點(diǎn)。救生員把救生圈從一站開(kāi)到下一站。裁判D的職責(zé)是：操作員走到A（前方），并簽名：“有人，前方”；轉(zhuǎn)到C（向后）并簽名：“對(duì)面的人”。其他裁判的責(zé)任是向到達(dá)本站的運(yùn)動(dòng)員發(fā)放簽證（柜臺(tái)）并吊銷他們的簽證。裁判的評(píng)分規(guī)則是：以其他裁判為基礎(chǔ)

簽證是完整的，并有標(biāo)記，陽(yáng)性加一分，陰性減一分，然后簽證被吊銷。如果不是所有的簽證都可用，將不會(huì)獲得積分，簽證將被吊銷。當(dāng)操作員在斜坡上奔跑或坐著時(shí)，裁判會(huì)閉上眼睛。

例如，在圖2中，當(dāng)從狀態(tài)d進(jìn)入狀態(tài)a時(shí)，正向旋轉(zhuǎn)標(biāo)志被發(fā)送到J3的d端。之后，a、b、a、b，a和b沒(méi)有效果，但J3和J5被重復(fù)刪除。如果從該狀態(tài)進(jìn)入狀態(tài)d，則正向旋轉(zhuǎn)標(biāo)志被發(fā)送到正向旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，而J1和J2被清零。在從狀態(tài)d進(jìn)入狀態(tài)C之后，反向旋轉(zhuǎn)標(biāo)志被發(fā)送到J4的d端。同時(shí)，在J3的Q端插入D=0，此時(shí)J5的D端為零。在從狀態(tài)c返回到狀態(tài)d之后，計(jì)數(shù)器旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)重量被釋放。然而，由于J5的零D端子，D脈沖不計(jì)數(shù)，盡管狀態(tài)D在此處再次出現(xiàn)。

圖5顯示了防抖動(dòng)計(jì)數(shù)電路的輸出波形。該電路的計(jì)數(shù)頻率可達(dá)10MH2。A和B相應(yīng)在輸入前進(jìn)行整形，必要時(shí)進(jìn)行電氣分離。

我使用這個(gè)電路來(lái)定位和測(cè)量在線旋轉(zhuǎn)角度。天線頭有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，傾角為0至90度，方位角為0至354度。亨士樂(lè)編碼器使用只讀存儲(chǔ)器E6A2。該Hengstler編碼器在相位A或相位B中每轉(zhuǎn)輸出100個(gè)脈沖。可以得出結(jié)論，對(duì)于通過(guò)抗抖動(dòng)計(jì)數(shù)電路輸出的每個(gè)脈沖，編碼器以3.6度的角度旋轉(zhuǎn)。增加變速箱可以提高角度測(cè)量的準(zhǔn)確性。將防抖動(dòng)電路的正向和反向旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器輸出連接到微控制器的中斷管理，并在其下降沿發(fā)生時(shí)向微控制器發(fā)送中斷。微控制器將處理后的角度信息發(fā)送到屏幕上顯示，完成天線樞轉(zhuǎn)角的定位和測(cè)量。這種天線角度顯示系統(tǒng)在實(shí)踐中工作穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)計(jì)數(shù)誤差。

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