專利名稱：正交光電編碼器的任意整數(shù)分頻方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交解碼信號(hào)的任意整數(shù)分頻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種正交光電編碼器的任意整數(shù)分頻方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換的方式將運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(如電動(dòng)機(jī))的輸出軸的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，一般用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和方向。通常光電編碼器與電動(dòng)機(jī)等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)同軸安裝，隨電機(jī)軸一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成正比的兩路相位相隔90°電脈沖角，頻率相同的正交編碼脈沖，這種光電編碼器與電動(dòng)機(jī)等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所組成的結(jié)構(gòu)稱作正交光電編碼器。上述兩路正交編碼脈沖的頻率反映了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，二者之間的超前/滯后關(guān)系反映了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。 在交流伺服和高性能變頻器的應(yīng)用中，有時(shí)需要將電機(jī)的編碼器反饋信號(hào)降頻后，傳給上位機(jī)和控制器，用于位置控制或速度控制。為此，需要將正交編碼器的信號(hào)做分頻輸出，在交流伺服驅(qū)動(dòng)器或高性能變頻器上，一般都將正交編碼器的分頻輸出作為一項(xiàng)擴(kuò)展技術(shù)提供給用戶。數(shù)字邏輯信號(hào)的分頻一般采用循環(huán)計(jì)數(shù)的方法，這種方法對(duì)于單一信號(hào)的分頻效果很好，但用在正交編碼信號(hào)的分頻上，則難以保證分頻后的信號(hào)仍然保持90°的正交相位關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何實(shí)現(xiàn)任意整數(shù)的分頻，同時(shí)保證分頻后的信號(hào)仍然保持90°的正交相位關(guān)系。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種正交光電編碼器的任意整數(shù)分頻方法，所述方法包括以下步驟SI、利用參考時(shí)鐘對(duì)所述正交光電編碼器的輸入信號(hào)AB，即兩路脈沖A、B進(jìn)行同步采樣，根據(jù)輸入信號(hào)AB的狀態(tài)判斷所述正交光電編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；S2、根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向、預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)，以及輸出信號(hào)A’ B’，即兩路脈沖A’、B’的當(dāng)前狀態(tài)得到輸出信號(hào)A’ B’的下一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)，從而得到分頻后的脈沖信號(hào)A’、B，。優(yōu)選地，在步驟SI中進(jìn)行同步采樣之后得到輸入信號(hào)AB的當(dāng)前狀態(tài)now_state、前一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)pre_state以及前兩個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)pre_pre_state,根據(jù)狀態(tài)now_state與pre_state得到所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向。優(yōu)選地,根據(jù)狀態(tài)now_state與pre_pre_state判斷輸入信號(hào)AB的狀態(tài)是否發(fā)生變化，當(dāng)狀態(tài)now_state與pre_pre_state不相同時(shí),判定輸入信號(hào)AB的狀態(tài)發(fā)生變化。其中，步驟S2具體為用計(jì)數(shù)器記錄輸入信號(hào)AB狀態(tài)發(fā)生變化的次數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)時(shí)，將計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)發(fā)出一個(gè)指示輸出狀態(tài)改變的信號(hào)；此時(shí)再根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及輸出信號(hào)A’B’當(dāng)前的狀態(tài)，改變輸出信號(hào)A’B’的狀態(tài)得到輸出信號(hào)A’ B’的下一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)，從而得到分頻后的脈沖信號(hào)A’、B’。優(yōu)選地,所述參考時(shí)鐘為高頻時(shí)鐘。本發(fā)明還提供了一種與上述方法對(duì)應(yīng)的正交光電編碼器的任意整數(shù)分頻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括正交編碼信號(hào)辨向模塊，用于利用參考時(shí)鐘對(duì)所述正交光電編碼器的輸入信號(hào)AB,即兩路脈沖A、B進(jìn)行同步采樣，根據(jù)輸入信號(hào)AB的狀態(tài)判斷所述正交光電編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；輸出信號(hào)狀態(tài)機(jī)，用于在接收到指示輸出狀態(tài)改變的信號(hào)之后，根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向、預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)，以及輸出信號(hào)A’、B’，即兩路脈沖A’、B’的當(dāng)前狀態(tài)得到輸出信號(hào)A’ B’的下一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)，從而得到分頻后的脈沖信號(hào)A’、B’。
所述系統(tǒng)還包括正交編碼信號(hào)狀態(tài)改變記錄模塊，用于使用計(jì)數(shù)器記錄輸入信號(hào)AB狀態(tài)發(fā)生變化的次數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)時(shí)，將計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)發(fā)出一個(gè)指示輸出狀態(tài)改變的信號(hào)。(三)有益效果本發(fā)明能夠產(chǎn)生如下有益效果該方法通過同步采樣，得到編碼器輸入信號(hào)AB (即A、B兩路脈沖)的狀態(tài)，再根據(jù)需要分頻的倍數(shù)，在輸出信號(hào)A’、B’(即A’、B’兩路脈沖)中插入相應(yīng)數(shù)量的對(duì)應(yīng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了任意整數(shù)的分頻，由于輸出信號(hào)A’ B’狀態(tài)的更新是與信號(hào)AB的狀態(tài)變化同步的，因此在實(shí)現(xiàn)任意整數(shù)的分頻同時(shí)保證了分頻后的信號(hào)A’B’仍然保持90°的正交相位關(guān)系。該系統(tǒng)中使用狀態(tài)機(jī)，大大降低了邏輯競(jìng)爭(zhēng)的風(fēng)險(xiǎn)和亞穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)。


圖I為說明本發(fā)明原理的示意圖一；圖2為說明本發(fā)明原理的示意圖二 ；圖3為本發(fā)明的方法流程圖；圖4本發(fā)明的正交光電編碼器的信號(hào)辨向狀態(tài)圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的三分頻時(shí)序仿真結(jié)果截圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。假定正交光電編碼器正轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖A超前脈沖B 90°，正交光電編碼器反轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖B超前脈沖A 90°。本發(fā)明的原理如下當(dāng)正交光電編碼器正轉(zhuǎn)，
如圖I所示，輸入信號(hào)AB的狀態(tài)變化為—Y ，二分頻以后，輸出信號(hào)A’ B’的狀態(tài)變化為廣00一10一丨0一一…丨—(j丨;正交編碼器反轉(zhuǎn)，如圖2所示，AB的狀態(tài)變化為 ' ^10^Τ，二分頻以后，輸出信號(hào)A’B’的狀態(tài)變化為ο^ο,^π^11 ^!ο^,ο^οο^οο (任意整數(shù))分頻后，正轉(zhuǎn)時(shí)，輸出信號(hào)A’B’的狀態(tài)變
I^ n 個(gè) ^I I^ η 個(gè) ^I I^ 11 個(gè) ^I I^ η 個(gè) ^I
化為οο—……~*·οο~*·ιο~^……~*·ιο~*·ιι~^……~*·ιι~*·οι~^……~ οι 反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出信號(hào)Α，B，的
t_I ，
I- η 個(gè)-1 I- η 個(gè)-1 I- D 個(gè)-1 I- η 個(gè)-1
狀態(tài)變化為……—01—11— ······ —11 — 10—……—10—00—……-H-OO 由此可見，為了實(shí)
t_I·
· O
現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)AB的任意整數(shù)(η)分頻，只需在原有信號(hào)的基礎(chǔ)上，使其每種狀態(tài)重復(fù)出現(xiàn)η次即可。因此，如圖3所示，本發(fā)明的方法采用如下方案SI、利用高頻時(shí)鐘(elk)對(duì)所述正交光電編碼器的輸入信號(hào)ΑΒ，即兩路脈沖Α、Β進(jìn)行同步采樣，采樣之后得到輸入信號(hào)AB的當(dāng)前狀態(tài)now_state、前一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)pre_state以及前兩個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)pre_pre_state,可以用三個(gè)2位寄存器分別保存這三種狀態(tài)，在elk的上升沿根據(jù)狀態(tài)now_state與pre_state得到信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。根據(jù)狀態(tài)now_state與pre_pre_state判斷輸入信號(hào)AB的狀態(tài)是否發(fā)生變化，當(dāng)狀態(tài)now_state與pre_prostate不相同時(shí)，判定輸入信號(hào)AB的狀態(tài)發(fā)生變化。其中，利用高頻時(shí)鐘進(jìn)行采樣能夠提高采樣精度。S2、用計(jì)數(shù)器記錄輸入信號(hào)AB狀態(tài)發(fā)生變化的次數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)時(shí)，將計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)發(fā)出一個(gè)指示輸出狀態(tài)改變的信號(hào)；此時(shí)再根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)以及輸出信號(hào)A’ B’當(dāng)前的狀態(tài)，改變輸出信號(hào)A’ B’的狀態(tài)得到輸出信號(hào)A’ B’的下一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)，從而得到分頻后的脈沖信號(hào)A’、B’。改變輸出信號(hào)A’B’的狀態(tài)的方式如圖4所示，例如，正交光電編碼器正轉(zhuǎn)，且輸出信號(hào)A’B’當(dāng)前的狀態(tài)為00時(shí)，輸出信號(hào)A’ B’的下一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)即為10。本發(fā)明還提供了一種與上述方法對(duì)應(yīng)的正交光電編碼器的任意整數(shù)分頻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括正交編碼信號(hào)辨向模塊，用于利用參考時(shí)鐘對(duì)所述正交光電編碼器的輸入信號(hào)AB,即兩路脈沖A、B進(jìn)行同步采樣，根據(jù)輸入信號(hào)AB的狀態(tài)判斷所述正交光電編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，得到轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)；輸出信號(hào)狀態(tài)機(jī)，用于在接收到指示輸出狀態(tài)改變的信號(hào)之后，根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)、預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)，以及輸出信號(hào)A’ B’，即兩路脈沖A’、B’的當(dāng)前狀態(tài)得到輸出信號(hào)A’ B’的下一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)，從而得到分頻后的脈沖信號(hào)A’、B’。正交編碼信號(hào)狀態(tài)改變記錄模塊，用于使用計(jì)數(shù)器記錄輸入信號(hào)AB狀態(tài)發(fā)生變化的次數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)時(shí)，將計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)發(fā)出一個(gè)指示輸出狀態(tài)改變的信號(hào)。本發(fā)明的實(shí)施方案可以在CPLD上實(shí)現(xiàn)，所有模塊均可以用Verilog HDL來建立。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的三分頻時(shí)序仿真結(jié)果截圖，仿真工具為modelsim，圖中，Now表示仿真時(shí)間；clk表示高頻時(shí)鐘，所以其對(duì)應(yīng)的曲線為接近黑色陰影。以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種正交光電編碼器的任意整數(shù)分頻方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 51、利用參考時(shí)鐘對(duì)所述正交光電編碼器的輸入信號(hào)AB，即兩路脈沖A、B進(jìn)行同步采樣，根據(jù)輸入信號(hào)AB的狀態(tài)判斷所述正交光電編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向； 52、根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向、預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)，以及輸出信號(hào)A’B’，即兩路脈沖A’、B’的當(dāng)前狀態(tài)得到輸出信號(hào)A’ B’的下一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)，從而得到分頻后的脈沖信號(hào)A’、B’。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在步驟SI中進(jìn)行同步采樣之后得到輸入信號(hào)AB的當(dāng)前狀態(tài)now_state、前一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)pre_state以及前兩個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)pre_pre_state,根據(jù)now_state和pre_state得到所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于，根據(jù)狀態(tài)now_state與pre_pre_state判斷輸入信號(hào)AB的狀態(tài)是否發(fā)生變化，當(dāng)狀態(tài)now_state與pre_pre_state不相同時(shí),判定輸入信號(hào)AB的狀態(tài)發(fā)生變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S2具體為用計(jì)數(shù)器記錄輸入信號(hào)AB狀態(tài)發(fā)生變化的次數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)時(shí)，將計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)發(fā)出一個(gè)指示輸出狀態(tài)改變的信號(hào)；此時(shí)再根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及輸出信號(hào)A’B’當(dāng)前的狀態(tài)，改變輸出信號(hào)A’B’的狀態(tài)得到輸出信號(hào)A’B’的下一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)，從而得到分頻后的脈沖信號(hào)A’、B’。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述參考時(shí)鐘為高頻時(shí)鐘。
6.一種正交光電編碼器的任意整數(shù)分頻系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 正交編碼信號(hào)辨向模塊，用于利用參考時(shí)鐘對(duì)所述正交光電編碼器的輸入信號(hào)AB，即兩路脈沖A、B進(jìn)行同步采樣，根據(jù)輸入信號(hào)AB的狀態(tài)判斷所述正交光電編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向； 輸出信號(hào)狀態(tài)機(jī)，用于在接收到指示輸出狀態(tài)改變的信號(hào)之后，根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向、預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)，以及輸出信號(hào)A’ B’，即兩路脈沖A’、B’的當(dāng)前狀態(tài)得到輸出信號(hào)A’ B’的下一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)，從而得到分頻后的脈沖信號(hào)A’、B’。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 正交編碼信號(hào)狀態(tài)改變記錄模塊，用于使用計(jì)數(shù)器記錄輸入信號(hào)AB狀態(tài)發(fā)生變化的次數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)時(shí)，將計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)發(fā)出一個(gè)指示輸出狀態(tài)改變的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及正交解碼信號(hào)的任意整數(shù)分頻技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種正交光電編碼器的任意整數(shù)分頻方法及系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟S1、利用參考時(shí)鐘對(duì)所述正交光電編碼器的輸入信號(hào)AB，即兩路脈沖A、B進(jìn)行同步采樣，根據(jù)輸入信號(hào)AB的狀態(tài)判斷所述正交光電編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；S2、根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向、預(yù)設(shè)的分頻系數(shù)，以及輸出信號(hào)A’B’，即兩路脈沖A’、B’的當(dāng)前狀態(tài)得到輸出信號(hào)A’B’的下一個(gè)時(shí)鐘時(shí)的狀態(tài)，從而得到分頻后的脈沖信號(hào)A’、B’。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)任意整數(shù)的分頻，同時(shí)保證分頻后的信號(hào)仍然保持90°的正交相位關(guān)系。
文檔編號(hào)G01D5/36GK102840874SQ20111016938
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者劉軍鋒, 姜向龍, 劉杰, 夏永強(qiáng), 陳志勇 申請(qǐng)人:合康變頻科技(武漢)有限公司