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1、(10)申请公布号 CN 102636194 A (43)申请公布日 2012.08.15 C N 1 0 2 6 3 6 1 9 4 A *CN102636194A* (21)申请号 201210122979.0 (22)申请日 2012.04.24 G01D 5/244(2006.01) G01B 7/30(2006.01) (71)申请人浙江大学 地址 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路 38号 (72)发明人沈建新 纪科辉 (74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人韩介梅 (54) 发明名称 正交正、余弦轴角编码器信号检测和转换电 路 (57) 摘要 本发。
2、明的正交正、余弦轴角编码器信号检测 和转换电路包括：单片机模块、区间判别电路和 编码器。该电路能够将编码器输出的正交正、余弦 波轴角信号值转换为可以用于计算电机转速、位 置的脉冲列信号。单片机模块根据编码器的信号 幅值和区间判别电路输出的信号，计算角度值，如 果计算出来的角度值位于方波脉冲信号周期前半 部分，则输出高电平，相反位于后半周期则输出低 电平，从而形成和正、余弦信号相对应的正交脉冲 列。角度的计算采用在误差允许范围内的直线线 性函数近似法计算。本电路适用于伺服系统的电 机运行速度和位置信息反馈和采集，具有占用的 计算资源少，硬件成本低，检测和转换速度快、精 度高的特点。 (51)In。
3、t.Cl. 权利要求书2页 说明书6页 附图3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 6 页 附图 3 页 1/2页 2 1. 正交正、余弦轴角编码器信号检测和转换电路，其特征在于包括：单片机模块(1)、 区间判别电路(2)和编码器(3)；区间判别电路(2)由正弦信号区间判别电路（2-1）和余 弦信号区间判别电路（2-2）组成，编码器(3)输出的正弦信号（Y1）分别与单片机模块(1) 的第一输入输出I/O口和正弦信号区间判别电路（2-1）的信号输入端相连，编码器(3)输 出的余弦信号（Y2）分别与单片机模块(1)的第二输入输出I/O口和余弦信。
4、号区间判别电 路（2-2）的信号输入端相连；正弦信号区间判别电路（2-1）输出的区间信号与单片机模块 (1)的第三输入输出I/O口相连，余弦信号区间判别电路（2-2）输出的区间信号与单片机模 块(1)的第四输入输出I/O口相连，单片机模块(1)的第五输入输出I/O口为正交脉冲列 （A）、（B）的输出端； 上述的正弦信号区间判别电路包括第一运算放大芯片（U1）、第一电压比较芯片（U 2） 及相应的外围元件；第一运算放大芯片（U1）的2脚与电阻R1、电阻R2和电阻R101的一端 共连，第一运算放大芯片（U1）的3脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电容C1的 一端相连并接地，电容C1的另一端。
5、与电阻R1的另一端相连，该连接点为正弦信号区间判别 电路的信号输入端；电阻R101的另一端连接直流偏置电压VB,电阻R2另一端与第一运算 放大芯片（U1）的1脚以及二极管D1的正极、二极管D2的负极、电阻R7的一端、电阻R14和 电阻R9的一端共相连，第一运算放大芯片（U1）的4、11脚分别连至+15V、-15V电压，二极 管D1的负极与电阻R8的一端和直流电压VCC相连，二极管D2的正极和地相连，电阻R8的 另一端与电阻R12的一端及第一电压比较芯片（U2）的7脚相连，电阻R12的另一端与电阻 R11的一端及第一电压比较芯片（U2）的5脚相连，电阻R11的另一端与电阻R13的一端及第 一电压。
6、比较芯片（U2）的9脚相连，电阻R13的另一端和地相连，电阻R7的另一端与第一电 压比较芯片（U2）的6脚和电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与二极管D3的正极相连， 二极管D3的负极与第一电压比较芯片（U2）的1脚、电阻R5的一端及电阻R6的一端相连， 电阻R5的另一端连至+15V电压，电阻R6的另一端与二极管D5的正极及二极管D4的负极 相连，该连接点（S1）与单片机模块(1)的第三输入输出I/O口相连；电阻R9的另一端与第 一电压比较芯片（U2）的4脚和电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端与二极管D6的正 极相连，二极管D6的负极与第一电压比较芯片（U2）的2脚、电阻R16的一端及。
7、电阻R17的 一端相连，电阻R16的另一端连至+15V电压，电阻R17的另一端与二极管D7的正极及二极 管D8的负极相连，该连接点（S2）与单片机模块(1)的第三输入输出I/O口相连；电阻R14 的另一端与第一电压比较芯片（U2）的8脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与二 极管D9的正极相连，二极管D9的负极与第一电压比较芯片（U2）的14脚、电阻R18的一端 及电阻R19的一端相连，电阻R18的另一端连至+15V电压，电阻R19的另一端与二极管D10 的正极及二极管D11的负极相连，该连接点（S3）与单片机模块(1)的第三输入输出I/O口 相连；第一电压比较芯片（U2）的3、12脚。
8、分别连至+15V、-15V电压； 上述的余弦信号区间判别电路包括第二运算放大芯片（U1）、第二电压比较芯片 （U2）及相应的外围元件；第二运算放大芯片（U1）的2脚与电阻R1、电阻R2和 电阻R101的一端共连，第二运算放大芯片（U1）的3脚与电阻R3的一端相连，电阻 R3的另一端与电容C1的一端相连并接地，电容C1的另一端与电阻R1的另一端相 连，该连接点为余弦信号区间判别电路的信号输入端；电阻R101的另一端连接直流偏置 电压VB,电阻R2另一端与第二运算放大芯片（U1）的1脚以及二极管D1的正极、二 权 利 要 求 书CN 102636194 A 2/2页 3 极管D2的负极、电阻R7的。
9、一端、电阻R14和电阻R9的一端共相连，第二运算放大 芯片（U1）的4、11脚分别连至+15V、-15V电压，二极管D1的负极与电阻R8的一端 和直流电压VCC相连，二极管D2的正极和地相连，电阻R8的另一端与电阻R12的一 端及第二电压比较芯片（U2）的7脚相连，电阻R12的另一端与电阻R11的一端及第 二电压比较芯片（U2）的5脚相连，电阻R11的另一端与电阻R13的一端及第二电压 比较芯片（U2）的9脚相连，电阻R13的另一端和地相连，电阻R7的另一端与第二电 压比较芯片（U2）的6脚和电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与二极管D3的 正极相连，二极管D3的负极与第二电压比较芯片（U2。
10、）的1脚、电阻R5的一端及电 阻R6的一端相连，电阻R5的另一端连至+15V电压，电阻R6的另一端与二极管D5 的正极及二极管D4的负极相连，该连接点（S1）与单片机模块(1)的第四输入输出I/ O口相连；电阻R9的另一端与第二电压比较芯片（U2）的4脚和电阻R15的一端相 连，电阻R15的另一端与二极管D6的正极相连，二极管D6的负极与第二电压比较芯 片（U2）的2脚、电阻R16的一端及电阻R17的一端相连，电阻R16的另一端连至 +15V电压，电阻R17的另一端与二极管D7的正极及二极管D8的负极相连，该连接点 （S2）与单片机模块(1)的第四输入输出I/O口相连；电阻R14的另一端与第二。
11、电压比 较芯片（U2）的8脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与二极管D9的正 极相连，二极管D9的负极与第二电压比较芯片（U2）的14脚、电阻R18的一端及电 阻R19的一端相连，电阻R18的另一端连至+15V电压，电阻R19的另一端与二极管 D10的正极及二极管D11的负极相连，该连接点（S3）与单片机模块(1)的第四输入 输出I/O口相连；第二电压比较芯片（U2）的3、12脚分别连至+15V、-15V电压。 权 利 要 求 书CN 102636194 A 1/6页 4 正交正、 余弦轴角编码器信号检测和转换电路 技术领域 0001 本发明涉及一种正交正、余弦轴角编码器信号检测和转。
12、换电路，属于伺服电机控 制技术领域。 背景技术 0002 伺服系统又称为随动系统，需要实时检测电机转子以及转子和定子的相对位置及 其变化，转子位置的检测精度决定了伺服电动机控制性能。近年来，正、余弦波信号编码器 以其成本相对低廉且能取得高精度的速度和位置检测精度的优势在高精度伺服系统的应 用逐渐增多。通常情况下，该类编码器的信号通过光学狭缝或采用霍尔磁元件得到，其原始 信号是转子角位置的正、余弦函数，正、余弦之间相位差90度，通过使用脉冲计数器测量正 弦或余弦波数量得到角度值，但是电机每转一圈只能获得和正弦波波数相等的脉冲数，因 而检测精度较低。为提高正弦信号编码器的速度和位置检测精度，使其适。
13、合应用于高性能 伺服系统，许多检测和转换电路和方法得以应用，但一般以DSP、FPGA为控制核心，外围还 需配置较大存储单元，硬件成本高，计算量大。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种适用于伺服系统、价格低廉、性价比高、检测和转换速度 快、精度高的正交正、余弦轴角编码器信号检测和转换电路。 0004 本发明的正交正、余弦轴角编码器信号检测和转换电路，包括：单片机模块、区间 判别电路和编码器；区间判别电路由正弦信号区间判别电路和余弦信号区间判别电路组 成，编码器输出的正弦信号分别与单片机模块的第一输入输出I/O口和正弦信号区间判别 电路的信号输入端相连，编码器输出的余弦信号分别与单片机模块。
14、的第二输入输出I/O口 和余弦信号区间判别电路的信号输入端相连；正弦信号区间判别电路输出的区间信号与 单片机模块的第三输入输出I/O口相连，余弦信号区间判别电路输出的区间信号与单片机 模块的第四输入输出I/O口相连，单片机模块的第五输入输出I/O口为正交脉冲列的输出 端； 0005 上述的正弦信号区间判别电路包括第一运算放大芯片、第一电压比较芯片及相应 的外围元件；第一运算放大芯片的2脚与电阻R1、电阻R2和电阻R101的一端共连，第一运 算放大芯片的3脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电容C1的一端相连并接地， 电容C1的另一端与电阻R1的另一端相连，该连接点为正弦信号区间判别电路的。
15、信号输入 端；电阻R101的另一端连接直流偏置电压VB，电阻R2另一端与第一运算放大芯片的1脚以 及二极管D1的正极、二极管D2的负极、电阻R7的一端、电阻R14和电阻R9的一端共相连， 第一运算放大芯片的4、11脚分别连至+15V、-15V电压，二极管D1的负极与电阻R8的一端 和直流电压VCC相连，二极管D2的正极和地相连，电阻R8的另一端与电阻R12的一端及第 一电压比较芯片的7脚相连，电阻R12的另一端与电阻R11的一端及第一电压比较芯片的 5脚相连，电阻R11的另一端与电阻R13的一端及第一电压比较芯片的9脚相连，电阻R13 说 明 书CN 102636194 A 2/6页 5 的另。
16、一端和地相连，电阻R7的另一端与第一电压比较芯片的6脚和电阻R4的一端相连，电 阻R4的另一端与二极管D3的正极相连，二极管D3的负极与第一电压比较芯片的1脚、电 阻R5的一端及电阻R6的一端相连，电阻R5的另一端连至+15V电压，电阻R6的另一端与 二极管D5的正极及二极管D4的负极相连，该连接点与单片机模块的第三输入输出I/O口 相连；电阻R9的另一端与第一电压比较芯片的4脚和电阻R15的一端相连，电阻R15的另 一端与二极管D6的正极相连，二极管D6的负极与第一电压比较芯片的2脚、电阻R16的一 端及电阻R17的一端相连，电阻R16的另一端连至+15V电压，电阻R17的另一端与二极管 D。
17、7的正极及二极管D8的负极相连，该连接点与单片机模块的第三输入输出I/O口相连；电 阻R14的另一端与第一电压比较芯片的8脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与 二极管D9的正极相连，二极管D9的负极与第一电压比较芯片的14脚、电阻R18的一端及 电阻R19的一端相连，电阻R18的另一端连至+15V电压，电阻R19的另一端与二极管D10 的正极及二极管D11的负极相连，该连接点与单片机模块的第三输入输出I/O口相连；第一 电压比较芯片的3、12脚分别连至+15V、-15V电压； 0006 上述的余弦信号区间判别电路包括第二运算放大芯片、第二电压比较芯片及相应 的外围元件；第二运算放大芯。
18、片的2脚与电阻R1、电阻R2和电阻R101的一端共连， 第二运算放大芯片的3脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电容C1的一端相 连并接地，电容C1的另一端与电阻R1的另一端相连，该连接点为余弦信号区间判别电 路的信号输入端；电阻R101的另一端连接直流偏置电压VB，电阻R2另一端与第二运算 放大芯片的1脚以及二极管D1的正极、二极管D2的负极、电阻R7的一端、电阻R14 和电阻R9的一端共相连，第二运算放大芯片的4、11脚分别连至+15V、-15V电压，二极 管D1的负极与电阻R8的一端和直流电压VCC相连，二极管D2的正极和地相连，电阻 R8的另一端与电阻R12的一端及第二电压比较芯。
19、片的7脚相连，电阻R12的另一端与 电阻R11的一端及第二电压比较芯片的5脚相连，电阻R11的另一端与电阻R13的一 端及第二电压比较芯片的9脚相连，电阻R13的另一端和地相连，电阻R7的另一端与第 二电压比较芯片的6脚和电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与二极管D3的正极相 连，二极管D3的负极与第二电压比较芯片的1脚、电阻R5的一端及电阻R6的一端相 连，电阻R5的另一端连至+15V电压，电阻R6的另一端与二极管D5的正极及二极管 D4的负极相连，该连接点与单片机模块的第四输入输出I/O口相连；电阻R9的另一端 与第二电压比较芯片的4脚和电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端与二极管D。
20、6的 正极相连，二极管D6的负极与第二电压比较芯片的2脚、电阻R16的一端及电阻R17 的一端相连，电阻R16的另一端连至+15V电压，电阻R17的另一端与二极管D7的正极 及二极管D8的负极相连，该连接点与单片机模块的第四输入输出I/O口相连；电阻R14 的另一端与第二电压比较芯片的8脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与二极 管D9的正极相连，二极管D9的负极与第二电压比较芯片的14脚、电阻R18的一端及 电阻R19的一端相连，电阻R18的另一端连至+15V电压，电阻R19的另一端与二极管 D10的正极及二极管D11的负极相连，该连接点与单片机模块的第四输入输出I/O口相 连；第二。
21、电压比较芯片的3、12脚分别连至+15V、-15V电压。 0007 本发明中的区间判别电路是将正、余弦波信号放大和调整后，按每个区间的角度 宽度/4将每个正、余弦波周期0，2分为8个区间，并输出可用于判别区间的高低电 说 明 书CN 102636194 A 3/6页 6 平信号。单片机模块将宽度为/4的区间分为N等分(N是一个正整数，每个等分为一个 方波脉冲信号周期)，再根据编码器的信号幅值和区间判别电路输出的信号，计算相应的角 度值。如果计算出来的角度值位于方波脉冲信号周期前半部分，则输出高电平，相反后位于 半周期则输出低电平，从而形成和正、余弦信号相对应的脉冲列。角度的计算采用在误差允 许。
22、范围内的直线线性函数近似法。 0008 本发明有益效果在于： 0009 本发明的正交正、余弦轴角编码器信号检测和转换电路硬件成本低，占用计算资 源少，检测和转换速度快、精度高，可以方便用于估算带正、余弦轴角编码器的电机转子的 运行位置，旋转方向和运动速度，适用于绝大多数的伺服系统。特别适用于对速度精度检测 要求较高的伺服系统，如高精度数控机床工作台伺服进给系统、雷达天线自动跟踪系统、光 电精密跟踪系统、低速伺服系统等。 附图说明 0010 图1是正交正、余弦轴角编码器信号检测和转换电路的构成示意图。 0011 图2是正弦信号区间判别电路图。 0012 图3是余弦信号区间判别电路图。 0013 。
23、图4单片机模块图。 0014 图5正、余弦函数对应区间分布图。 0015 图6正交脉冲列A、B输出示意图，其中：a)图为脉冲列A，b)图为脉冲列B。 具体实施方式 0016 下面结合实例和附图对本发明实现方法和原理进一步说明。 0017 参照图1，本发明的正交正、余弦轴角编码器信号检测和转换电路包括：单片机模 块1、区间判别电路2和编码器3；区间判别电路2由正弦信号区间判别电路2-1和余弦信 号区间判别电路2-2组成，编码器3输出的正弦信号Y1分别与单片机模块1的第一输入 输出I/O口和正弦信号区间判别电路2-1的信号输入端相连，编码器3输出的余弦信号Y2 分别与单片机模块1的第二输入输出I/。
24、O口和余弦信号区间判别电路2-2的信号输入端相 连；正弦信号区间判别电路2-1输出的区间信号与单片机模块1的第三输入输出I/O口相 连，余弦信号区间判别电路2-2输出的区间信号与单片机模块1的第四输入输出I/O口相 连，单片机模块1的第五输入输出I/O口为正交脉冲列A、B的输出端。 0018 单片机模块采用Cygnal公司的C8051F330/1单片机(见图4)，该单片机具有17 个输入/输出I/O管脚，每个管脚可以被配置为模拟或数字输入/输出I/O口，1个16位计 数器，1个10位模/数转换器ADC。本实例中第一输入输出I/O口由单片机的P1.7管脚组 成；第二输入输出I/O口由单片机的P1。
25、.6管脚组成；第三输入输出I/O口由单片机的P1.0、 P1.1、P1.2管脚组成；第四输入输出I/O口由单片机的P1.3、P1.4、P1.5管脚组成；第五输 入输出I/O口由单片机的P0.4、P0.5管脚组成。 0019 正弦信号区间判别电路如图2所示，包括第一运算放大芯片U1、第一电压比较芯 片U2及相应的外围元件；第一运算放大芯片U1的2脚与电阻R1、电阻R2和电阻R101的一 端共连，第一运算放大芯片U1的3脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与电容C1的 说 明 书CN 102636194 A 4/6页 7 一端相连并接地，电容C1的另一端与电阻R1的另一端相连，该连接点为正弦信。
26、号区间判别 电路的信号输入端；电阻R101的另一端连接直流偏置电压VB，电阻R2另一端与第一运算 放大芯片U1的1脚以及二极管D1的正极、二极管D2的负极、电阻R7的一端、电阻R14和 电阻R9的一端共相连，第一运算放大芯片U1的4、11脚分别连至+15V、-15V电压，二极管 D1的负极与电阻R8的一端和直流电压VCC相连，二极管D2的正极和地相连，电阻R8的另 一端与电阻R12的一端及第一电压比较芯片U2的7脚相连，电阻R12的另一端与电阻R11 的一端及第一电压比较芯片U2的5脚相连，电阻R11的另一端与电阻R13的一端及第一电 压比较芯片U2的9脚相连，电阻R13的另一端和地相连，电阻。
27、R7的另一端与第一电压比较 芯片U2的6脚和电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与二极管D3的正极相连，二极管D3 的负极与第一电压比较芯片U2的1脚、电阻R5的一端及电阻R6的一端相连，电阻R5的另 一端连至+15V电压，电阻R6的另一端与二极管D5的正极及二极管D4的负极相连，该连接 点S1与单片机模块的第三输入输出I/O口相连；电阻R9的另一端与第一电压比较芯片U2 的4脚和电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端与二极管D6的正极相连，二极管D6的负 极与第一电压比较芯片U2的2脚、电阻R16的一端及电阻R17的一端相连，电阻R16的另 一端连至+15V电压，电阻R17的另一端与二极管。
28、D7的正极及二极管D8的负极相连，该连 接点S2与单片机模块的第三输入输出I/O口相连；电阻R14的另一端与第一电压比较芯片 U2的8脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与二极管D9的正极相连，二极管D9的 负极与第一电压比较芯片U2的14脚、电阻R18的一端及电阻R19的一端相连，电阻R18的 另一端连至+15V电压，电阻R19的另一端与二极管D10的正极及二极管D11的负极相连， 该连接点S3与单片机模块的第三输入输出I/O口相连；第一电压比较芯片U2的3、12脚分 别连至+15V、-15V电压。 0020 余弦信号区间判别电路如图3所示，包括第二运算放大芯片U1、第二电压比较 芯。
29、片U2及相应的外围元件；第二运算放大芯片U1的2脚与电阻R1、电阻R2和电阻 R101的一端共连，第二运算放大芯片U1的3脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另 一端与电容C1的一端相连并接地，电容C1的另一端与电阻R1的另一端相连，该连接 点为余弦信号区间判别电路的信号输入端；电阻R101的另一端连接直流偏置电压VB，电 阻R2另一端与第二运算放大芯片U1的1脚以及二极管D1的正极、二极管D2的负 极、电阻R7的一端、电阻R14和电阻R9的一端共相连，第二运算放大芯片U1的4、 11脚分别连至+15V、-15V电压，二极管D1的负极与电阻R8的一端和直流电压VCC相 连，二极管D2的正极和地相。
30、连，电阻R8的另一端与电阻R12的一端及第二电压比较 芯片U2的7脚相连，电阻R12的另一端与电阻R11的一端及第二电压比较芯片U2 的5脚相连，电阻R11的另一端与电阻R13的一端及第二电压比较芯片U2的9脚相 连，电阻R13的另一端和地相连，电阻R7的另一端与第二电压比较芯片U2的6脚和电 阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与二极管D3的正极相连，二极管D3的负极与第 二电压比较芯片U2的1脚、电阻R5的一端及电阻R6的一端相连，电阻R5的另一端 连至+15V电压，电阻R6的另一端与二极管D5的正极及二极管D4的负极相连，该连接 点S1与单片机模块的第四输入输出I/O口相连；电阻R9的另一。
31、端与第二电压比较芯片 U2的4脚和电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端与二极管D6的正极相连，二极 管D6的负极与第二电压比较芯片U2的2脚、电阻R16的一端及电阻R17的一端相 说 明 书CN 102636194 A 5/6页 8 连，电阻R16的另一端连至+15V电压，电阻R17的另一端与二极管D7的正极及二极管 D8的负极相连，该连接点S2与单片机模块的第四输入输出I/O口相连；电阻R14的另 一端与第二电压比较芯片U2的8脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与二极 管D9的正极相连，二极管D9的负极与第二电压比较芯片U2的14脚、电阻R18的一 端及电阻R19的一端相连，电。
32、阻R18的另一端连至+15V电压，电阻R19的另一端与二 极管D10的正极及二极管D11的负极相连，该连接点S3与单片机模块的第四输入输 出I/O口相连；第二电压比较芯片U2的3、12脚分别连至+15V、-15V电压。 0021 正弦信号区间判别电路中的第一运算放大芯片和余弦信号区间判别电路中的第 二运算放大芯片均采用TL084芯片，正弦信号区间判别电路中的第一电压比较芯片和余弦 信号区间判别电路中的第二电压比较芯片均采用LM339芯片， 0022 正/余弦信号区间判别电路的电压阀值由电阻分压得到，电路中的二极管起限幅 和保护作用。区间判别电路根据正、余弦信号幅值的大小输出高低电平组合信号，并。
33、输入单 片机。 0023 区间判别电路工作原理(参见表1)：每个正、余弦波周期0，2可分为8个 区间(如图5所示)，每个区间的宽度为/4。表1中第1-4行为正、余弦信号y 1 ，y 2 值 与区间号及角度的对应关系。编码器输出的正交正、余弦信号值经运算电路后调整为Y 1 (VCC/2)sin+VCC/2和Y 2 (VCC/2)cos+VCC/2。电压比较芯片的阀值分别设为 对应图2中为a、b、c三点和图 3中为a、b、c三点，(其中a为电阻R8、与电阻R12及第一电压比较芯片U2的7脚 连接点，b为电阻R11与电阻R12及第一电压比较芯片U2的5脚连接点，c为电阻R11与 电阻R13及第一电压。
34、比较芯片U2的9脚连接点；a为电阻R8与电阻R12及第二电压 比较芯片U2的7脚连接点，b为电阻R11与电阻R12及第二电压比较芯片U2的5 脚连接点，c为电阻R11与电阻R13及第二电压比较芯片U2的9脚连接点)。a、b、 c三点对应表1中y 1 的数值分别为a、b、c三点对应表1中y 2 的数值分别为当信号值超过阀值时，所对应的电压比较芯片输出低 电平，信号值不超过阀值时，电压比较芯片输出高电平。表1第5、第6行为区间判别电路输 出电平与区间号的对应关系，表中“1”表示高电平，“0”表示低电平。 0024 表1区间判别电路原理 0025 说 明 书CN 102636194 A 6/6页 9。
35、 0026 单片机模块工作原理如下： 0027 电机旋转时，编码器输出正交正、余弦信号，单片机C8051F330/1中A/D转换器对 信号进行实时采样，将采样到信号函数值 0028 0029 其中A为编码器输出信号幅值，B为偏移量，经标幺化计算后得到 0030 0031 根据区间判断电路的区间号，从正、余弦波信号中选取图5中粗黑线所示的曲线 段作为信号转换的源值。如图6所示，将区间0，/4分为N等分(N是一个正整数)，每 个等分为一个方波脉冲周期，根据表2对应的线性函数计算出来的角度值位于周期前半部 分，则输出高电平，相反后半周期为低电平，从而形成脉冲列A(见图6a)。假设由信号值计 算出来的。
36、角度为 m ，令M8N m /，对M取整，若结果为0或偶数则输出高电平，若为奇 数则输出低电平。而对于脉冲列B(见图6b)，只需将A脉冲所对应的周期区间前移1/4脉 冲周期即可，即取M 1 M+0.5，然后对M 1 取整，同样结果为0或偶数则输出高电平，若M 1 为 奇数则输出低电平。 0032 表2区间与对应的线性函数 0033 0034 线性函数如下： 0035 yk (1) 0036 y-k(-/2) (2) 0037 y-k(-) (3) 0038 yk(-3/2) (4) 0039 yk(-2) (5) 0040 角度值计算采用由表2对应的采用线性函数近似法，下面对近似的误差做下分 。
37、析。图6中正弦信号函数为y 1 sin ，直线函数yk，ksi n(/4)/(/4)0.9002， 令yy 1 -y，在0，/4区间，y最大值为0.02988，此时0.4504弧度，y 1 0.4352，y0.4054。在此，令yy 1 0.4352，代入公式yk中可以算出对应的角 度为0.4834弧度，也就是说在0，/4区间用将正、余弦函数用线性直线函数y近 似的话最大会产生0.03弧度的误差，只需取N(/4)/0.0326.2的正整数，近似产生 的误差就在一个脉冲信号的周期范围内，也就是误差小于整个传感器的检测精度，可以忽 略不计，但采用线性直线函数计算角度方法极大简化算法。根据上面的方法，设电机转子转 一圈编码器输出的正、余弦波信号波数为K，则该算法一圈内可以输出8*KN个数的方波脉 冲信号。一般编码器的K在1001000之间，电路输出的脉冲列可达20800208000脉 冲数每转，完全能够满足高精度伺服系统的检测要求。 说 明 书CN 102636194 A 1/3页 10 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102636194 A 10 2/3页 11 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102636194 A 11 3/3页 12 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102636194 A 12 。