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1、(10)申请公布号 CN 102843118 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 3 1 1 8 A *CN102843118A* (21)申请号 201110185841.0 (22)申请日 2011.07.04 H03K 5/00(2006.01) (71)申请人合康变频科技（武汉）有限公司 地址 430079 湖北省武汉市东湖开发区华工 科技园创新基地16栋B座 (72)发明人刘军锋 姜向龙 刘杰 夏永强 陈志勇 (74)专利代理机构北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 代理人王莹 (54) 发明名称 用于正交编码器的四倍频和辨向的方法及装 置。
2、 (57) 摘要 本发明公开了一种用于正交编码器的四倍频 和辨向方法及装置，所述方法包括：记录AB脉冲 信号的当前状态和前一次状态；分析AB脉冲信号 的当前状态与前一次状态并计数：如果AB脉冲信 号的状态变化同第一变化状态对应，则计数增加 1，方向信号为第一设定值；如果AB脉冲信号的状 态变化同第二变化状态对应，则计数减少1，方向 信号为第二设定值。所述装置包括存储模块，用于 记录AB脉冲信号的当前状态和前一个状态、以及 编码器方向信号；分析模块，用于对AB脉冲信号 当前状态和前一个状态的变化进行分析；计数模 块，用于根据所述分析模块的判断结果进行增计 数或减计数。本发明提高了正交编码器四倍频。
3、信 号的稳定性和抗干扰性。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/2页 2 1.一种用于正交编码器的四倍频和辨向方法，所述编码器产生与转速成正比的频率相 同、相位相隔90脉冲角的A、B两路正交编码脉冲，其特征在于，所述方法包括以下步骤： S1：记录所述AB脉冲信号的当前状态和前一次状态； S2：分析所述AB脉冲信号的当前状态与前一次状态并计数： 如果所述AB脉冲信号的当前状态相对于前一次状态的变化同预设的第一变化状态对 应，则计数增加1，所述编码器的方向信号。
4、为预设的第一设定值； 如果所述AB脉冲信号的当前状态相对于前一次状态的变化同预设的第二变化状态对 应，则计数减少1，所述编码器的方向信号为预设的第二设定值。 2.如权利要求1所述的用于正交编码器的四倍频和辨向方法，其特征在于，所述方法 还包括预设所述AB脉冲信号的第一变化状态和第二变化状态的步骤。 3.如权利要求2所述的用于正交编码器的四倍频和辨向方法，其特征在于，所述AB脉 冲信号的第一变化状态为按照00、10、11、01、00的顺序变化的状态，所述AB脉冲信号的第 二变化状态为按照01、11、10、00、01的顺序变化的状态。 4.如权利要求1所述的用于正交编码器的四倍频和辨向方法，其特征。
5、在于，所述方法 还包括预设所述编码器方向信号的第一设定值和第二设定值的步骤。 5.如权利要求4所述的用于正交编码器的四倍频和辨向方法，其特征在于，所述方向 信号的第一设定值为0；所述方向信号的第二设定值为1。 6.如权利要求1所述的用于正交编码器的四倍频和辨向方法，其特征在于，所述方法 还包括 S3：计算编码器转速的步骤。 7.如权利要求6所述的用于正交编码器的四倍频和辨向方法，其特征在于，所述计算 编码器转速的步骤包括： S31：记录前一次计数结果； S32：读取本次计数结果和方向信号； S33：将所述本次计数结果减去前一次计数结果得到位置差值； S34：将所述位置差值除以两次计数的时间差得。
6、到速度值； S35：根据所述方向信号确定所述速度值的符号。 8.一种实现权利要求1-7中任一项所述用于正交编码器的四倍频和辨向方法的装置， 其特征在于，包括： 第一存储模块，用于记录AB脉冲信号的当前状态； 第二存储模块，用于记录AB脉冲信号的前一个状态； 分析模块，用于对分别记录在所述第一和第二存储模块中的AB脉冲信号当前状态和 前一个状态的变化进行分析，判断所述变化是否与预设的第一变化状态或第二变化状态对 应； 计数模块，用于根据所述分析模块的判断结果进行增计数或减计数； 第三存储模块，用于记录所述分析模块分析后得到的编码器方向信号。 9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括。
7、： 第四存储模块，用于记录所述计数模块的前一个计数结果； 运算模块，用于得到所述技术模块的本次计数结果与所述第四存储模块记录的前一次 权 利 要 求 书CN 102843118 A 2/2页 3 计数结果之间的位置差值，并根据所述位置差值和计数时间差计算编码器的速度值。 权 利 要 求 书CN 102843118 A 1/4页 4 用于正交编码器的四倍频和辨向的方法及装置 技术领域 0001 本发明涉及一种正交编码器测速技术领域，尤其涉及一种用于正交光电编码器的 四倍频和辨向方法。 背景技术 0002 光电编码器是一种通过光电转换的方式将运动机构(如电动机)输出轴的机械几 何位移量转换成脉冲或。
8、数字量的传感器，一般用于检测电动机等运动机构的速度和位置。 通常光电编码器与电动机等运动机构同轴安装，随电机轴一起旋转，产生与转速成正比的 A、B两路频率相同、相位相隔90脉冲角的正交编码脉冲，称作“正交光电编码器”。A、B脉 冲信号的频率反映了电机轴的转动速度，两者之间的超前/滞后关系反映了电机轴的转动 方向。为了提高反馈检测的精度和辨别方向，在实际应用中，通常需要对A、B脉冲信号进行 四倍频和辨向处理。 0003 传统正交脉冲的四倍频处理有如下两种方法： 0004 1、将A、B脉冲信号经由一个RC充放电电路，改变它们的边沿跳变时间，使其跳变 沿产生延时，得到A1、B1脉冲，然后将A、B和A。
9、1、B1经过逻辑处理电路，得到四倍频脉冲和 方向信号。 0005 2、采用分立式数字逻辑器件，用D触发器获得A、B脉冲信号的延时信号A1、B1，再 经过逻辑处理和综合，得到四倍频脉冲和方向信号。 0006 第一种方法，由RC充放电电路控制A、B脉冲信号的边沿延时。一方面，由于RC电 路的延时特性对输入信号频率敏感，而实际应用中A、B脉冲信号的频率变化范围较大，必 然导致RC电路延时特性不一致，另一方面，RC电路的电阻和电容参数，均易受环境因素影 响，也将影响延时特性。上述两种原因，都将引起四倍频以后的脉冲宽度不稳定。第二种方 法，采用D触发器，可以得到固定延时的信号A1、B1，但该延时时间仍然。
10、不能反映A、B脉冲 信号的频率变化，导致经过后续四倍频逻辑电路处理后得到的四倍频信号的脉冲宽度仍然 无法稳定。 发明内容 0007 (一)要解决的技术问题 0008 本发明要解决的技术问题是：提供一种用于正交编码器的四倍频和辨向的方法及 装置，以避免四倍频后脉冲宽度因A、B脉冲信号频率变化而产生不稳定的现象。 0009 (二)技术方案 0010 为解决上述问题，本发明提供了一种用于正交编码器的四倍频和辨向方法，所述 编码器产生与转速成正比的频率相同、相位相隔90脉冲角的A、B两路正交编码脉冲，所 述方法包括以下步骤： 0011 S1：记录所述AB脉冲信号的当前状态和前一次状态； 0012 S2。
11、：分析所述AB脉冲信号的当前状态与前一次状态并计数： 说 明 书CN 102843118 A 2/4页 5 0013 如果所述AB脉冲信号的当前状态相对于前一次状态的变化同预设的第一变化状 态对应，则计数增加1，所述编码器的方向信号为预设的第一设定值； 0014 如果所述AB脉冲信号的当前状态相对于前一次状态的变化同预设的第二变化状 态对应，则计数减少1，所述编码器的方向信号为预设的第二设定值。 0015 优选地，所述方法还包括预设所述AB脉冲信号的第一变化状态和第二变化状态 的步骤。 0016 优选地，所述AB脉冲信号的第一变化状态为按照00、10、11、01、00的顺序变化的 状态，所述A。
12、B脉冲信号的第二变化状态为按照01、11、10、00、01的顺序变化的状态。 0017 优选地，所述方法还包括预设所述编码器方向信号的第一设定值和第二设定值的 步骤。 0018 优选地，所述方向信号的第一设定值为0；所述方向信号的第二设定值为1。 0019 优选地，所述方法还包括S3：计算编码器转速的步骤。 0020 优选地，所述计算编码器转速的步骤包括： 0021 S31：记录前一次计数结果； 0022 S32：读取本次计数结果和方向信号； 0023 S33：将所述本次计数结果减去前一次计数结果得到位置差值； 0024 S34：将所述位置差值除以两次计数的时间差得到速度值； 0025 S35。
13、：根据所述方向信号确定所述速度值的符号。 0026 另一方面，本发明还提供了一种实现上述用于正交编码器的四倍频和辨向方法的 装置，包括： 0027 第一存储模块，用于记录AB脉冲信号的当前状态； 0028 第二存储模块，用于记录AB脉冲信号的前一个状态； 0029 分析模块，用于对分别记录在所述第一和第二存储模块中的AB脉冲信号当前状 态和前一个状态的变化进行分析，判断所述变化是否与预设的第一变化状态或第二变化状 态对应； 0030 计数模块，用于根据所述分析模块的判断结果进行增计数或减计数； 0031 第三存储模块，用于记录所述分析模块分析后得到的编码器方向信号。 0032 优选地，所述装置。
14、还包括： 0033 第四存储模块，用于记录所述计数模块的前一个计数结果； 0034 运算模块，用于得到所述技术模块的本次计数结果与所述第四存储模块记录的前 一次计数结果之间的位置差值，并根据所述位置差值和计数时间差计算编码器的速度值。 0035 (三)有益效果 0036 本发明用于正交编码器的四倍频和辨向方法克服了传统正交光电编码器四倍频 和辨向方法的弊端，利用A、B脉冲信号的状态变化实现四倍频和辨向，避免了四倍频后脉 冲宽度因A、B脉冲信号频率变化而产生不稳定的现象，同时，基于状态转换的判断可以提 高抗干扰性能。 附图说明 0037 图1为根据本发明实施例的正交光电编码器以第一方向转动时，A。
15、、B脉冲信号的 说 明 书CN 102843118 A 3/4页 6 状态示意图； 0038 图2为根据本发明实施例的正交光电编码器以第二方向转动时，A、B脉冲信号的 状态示意图； 0039 图3为根据本发明实施例的AB脉冲信号状态转换示意图； 0040 图4为根据本发明实施例正交光电编码器四倍频和辨向逻辑后仿真波形图； 0041 图5为根据本发明实施例微控制器的采样程序流程图。 具体实施方式 0042 下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。 0043 一种用于正交编码器的四倍频和辨向方法，所述编码器产生与转速成正比的频率 相同、相位相隔90脉冲角的A、B两路正交编码脉冲信号，设定所述。
16、编码器以第一方向转 动时AB脉冲信号处于第一变化状态；设定所述编码器以与所述第一方向相反的第二方向 转动时所述AB脉冲信号处于第二变化状态；设置编码器方向信号dir的第一设定值和第二 设定值。所述AB脉冲信号的第一变化状态为按照00、10、11、01、00的顺序变化的状态，所 述AB脉冲信号的第二变化状态为按照01、11、10、00、01的顺序变化的状态。图1和图2所 示，分别为本发明实施例的正交光电编码器以第一方向和第二方向转动时，A、B脉冲信号的 状态分析示意图。 0044 本实施例中设定所述第一方向为正向，方向信号dir的第一设定值为0；所述第二 方向为反向，方向信号dir的第二设定值为。
17、1。 0045 记录所述AB脉冲信号的当前状态和前一次状态； 0046 分析所述AB脉冲信号的当前状态与前一次状态并计数： 0047 如果所述AB脉冲信号的当前状态相对于前一次状态的变化同所述第一变化状态 对应，即AB脉冲信号以00到10、或10到11、或11到01、或01到00的状态变化，则计数 Timer增加1，所述编码器的方向信号dir为0； 0048 如果所述AB脉冲信号的当前状态相对于前一次状态的变化同所述第二变化状态 对应，即AB脉冲信号以按照01到11、或11到10、或10到00、或00到01的状态变化，则计 数Timer减少1，所述编码器的方向信号dir为1。 0049 如图3。
18、所示为根据本发明实施例的AB脉冲信号状态转换示意图。AB脉冲信号除 了按照第一或第二变化状态变化以外，其他任何状态变化，计数Timer和方向信号dir都不 改变。这样，可以防止编码器抖动时，引起的错误状态和计数，提高了抗干扰性能。计数模 块的计数结果和方向信号就是编码器的四倍频结果和辨向信号。 0050 图4为根据本发明正交光电编码器四倍频和辨向逻辑后仿真波形图，其中pa、pb 为编码器脉冲信号A、B，参考时钟信号clk的上升沿同步采集AB的状态，dir是方向信号， db是计数值。 0051 所述方法还包括编码器转速的计算，包括： 0052 记录前一次计数结果cnt_out_1； 0053 读。
19、取本次计数结果cnt_out和方向信号dir； 0054 将所述本次计数结果cnt_out减去前一次计数结果cnt_out_1得到位置差值dp； 0055 将所述位置差值dp除以两次计数的时间差T得到速度值V； 说 明 书CN 102843118 A 4/4页 7 0056 根据所述方向信号dir确定所述速度值V的符号。 0057 本实施例的正交编码器的四倍频和辨向装置，由复杂可编程逻辑器件CPLD和微 控制器MCU实现。其中上述方法的逻辑功能全部由所述CPLD实现，所述CPLD具有A、B脉 冲信号输入端和时钟输入端。所述MCU与CPLD之间连接有数据总线、地址总线和控制总线， 用于进行MCU。
20、和CPLD之间的数据交换；或者，没有总线的MCU可以通过I/O端口来模拟，而 CPLD内部则需要另外设计双向三态数据收发器，来实现二者之间的数据交换。 0058 所述正交编码器的四倍频和辨向装置包括： 0059 第一存储模块，用于记录AB脉冲信号的当前状态； 0060 第二存储模块，用于记录AB脉冲信号的前一个状态； 0061 分析模块，用于对分别记录在所述第一和第二存储模块中的AB脉冲信号当前状 态和前一个状态的变化进行分析，判断所述变化是否与预设的第一变化状态或第二变化状 态对应； 0062 计数模块，用于根据所述分析模块的判断结果进行增计数或减计数； 0063 第三存储模块，用于记录所述。
21、分析模块分析后得到的编码器方向信号； 0064 第四存储模块，用于记录所述计数模块的前一个计数结果； 0065 运算模块，用于得到所述技术模块的本次计数结果与所述第四存储模块记录的前 一次计数结果之间的位置差值，并根据所述位置差值和计数时间差计算编码器的速度值。 0066 如图5所示，为位置计数结果cnt_out、方向信号dir以及速度值V的采样和处理 流程图。MCU按一定的采样周期，每隔一段时间T读取计数模块的计数结果cnt_out和方向 信号dir。 0067 如果需要得到速度信息，则MCU在上一周期的采样程序中将计数模块当前计数值 cnt_out保存一次，记为cnt_out_1，在当前采。
22、样周期中，所述cnt_out_1即为上一次的位置 信息。再将当前位置信息cnt_out减去上一次的位置信息cnt_out_1，得到在一个采样周 期T内的位置差dpcnt_out-cnt_out_1，那么速度为vdp/T，该速度即为编码器四倍 频后得到的速度值。 0068 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 说 明 书CN 102843118 A 1/2页 8 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102843118 A 2/2页 9 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102843118 A 。