光电编码器电路图
文章出处：https://www.doczj.com/doc/5488456.html, 发布时间：| 35 次阅读| 0次推荐| 0条留言
EPC－755A光电编码器
具备良好的使用性能，在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强，并具有稳定可靠的输出脉冲信号，且该脉冲信号经计数后可得到被测量的数字信号。因此，我们在研制汽车驾驶模拟器时，对方向盘旋转角度的测量选用EPC－755A光电编码器作为传感器
，其输出电路选用集电极开路型，输出分辨率选用360个脉冲/圈，考虑到汽车方向盘转动是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。图2给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路，鉴相电路用1个D触发器和2个与非门组成，计数电路用3片74LS193
组成。
当光电编码器顺时针旋转时，通道A输出波形超前通道B输出波形90°，D触发器输出Q(波形W1)为高电平，Q(波形W2)为低电平，上面与非门打开，计数脉冲通过(波形W3)，送至双向计数器
74LS193的加脉冲输入端CU，进行加法计数；此时，下面与非门关闭，其输出为高电平(波形W4)。当光电编码器逆时针旋转时，通道A输出波形比通道B输出波形延迟90°，D触发器输出Q(波形W1)为低电平，Q(波形W2)为高电平，上面与非门关闭，其输出为高电平(波形W3)；此时，下面与非门打开，计数脉冲通过(波形W4)，送至双向计数器74LS193的减脉冲输入端CD，进行减法计数。
汽车方向盘顺时针和逆时针旋转时，其最大旋转角度均为两圈半，选用分辨率为360个脉冲/圈的编码器，其最大输出脉冲数为900个；实际使用的计数电路用3片74LS193组成，在系统上电初始化时，
先对其进行复位(CLR信号)，再将其初值设为800H，即2048(LD信号)；如此，当方向盘顺时针旋转时，计数电路的输出范围为2048～2948，当方向盘逆时针旋转时，计数电路的输出范围为2048～1148；计数电路的数据输出D0～D11送至数据处理电路。
实际使用时，方向盘频繁地进行顺时针和逆时针转动，由于存在量化误差，工作较长一段时间后，方向盘回中时计数电路输出可能不是2048，而是有几个字的偏差；为解决这一问题，我们增加了一个方向盘回中检测电路，系统工作后，数据处理电路在模拟器处于非操作状态时，系统检测回中检测电路，若方向盘处于回中状态，而计数电路的数据输出不是2048，可对计数电路进行复位，并重新设置初值。
2.2 光电编码器在重力测量仪中的应用
采用旋转式光电编码器，把它的转轴与重力测量仪中补偿旋钮轴相连。重力测量仪中补偿旋钮的角位移量转化为某种电信号量；旋转式光电编码器分两种，绝对编码器和增量编码器
。
增量编码器是以脉冲形式输出的传感器，其码盘比绝对编码器码盘要简单得多且分辨率更高。一般只需要三条码道，这里的码道实际上已不具有绝对编码器码道的意义，而是产生计数脉冲。它的码盘的外道和中间道有数目相同均匀分布的透光和不透光的扇形区（光栅），但是两道扇区相互错开半个区。当码盘转动时，它的输出信号是相位差为90°的A相和B相脉冲信号以及只有一条透光狭缝的第三码道所产生的脉冲信号（它作为码盘的基准位置，给计数系统提供一个初始的零位信号）。从A，B两个输出信号的相位关系（超前或滞后）可判断旋转的方向。由图3（a）可见，当码盘正转时，A道脉冲波形比B道超前π/2，而反转时，A道脉冲比B道滞后π/2。图3（b）是一实际电路，用A道整形波的下沿触发单稳态产生的正脉冲与B道整形波相‘与’，当码盘正转时只有正向口脉冲输出，反之，只有逆向口脉冲输出。因此，增量编码器是根据输出脉冲源和脉冲计数来确定码盘的转动方向和相对角位移量。通常，若编码器有N个（码道）输出信号，其相位差为π/ N，可计数脉冲为2N倍光栅数，现在N=2。图3电路的缺点是有时会产生误记脉冲造成误差，这种情况出现在当某一道信号处于‘高’或‘低’电平状态，而另一道信号正处于‘高’和‘低’之间的往返变化状态，此时码盘虽然未产生位移，但是会产生单方向的输出脉冲。例如，码盘发生抖动或手动对准位置时（下面可以看到，在重力仪测量时就会有这种情况）。
图4是一个既能防止误脉冲又能提高分辨率的四倍频细分电路。在这里，采用了有记忆功能的D型触发器和时钟发生电路。由图4可见，每一道有两个D触发器串接，这样，在时钟脉冲的间隔中，两个Q 端（如对应B道的74LS175的第2、7引脚）保持前两个时钟期的输入状态，若两者相同，则表示时钟间隔中无变化；否则，可以根据两者关系判断出它的变化方向，从而产生‘正向’或‘反向’输出脉冲。当某道由于振动在‘高’、‘低’间往复变化时，将交替产生‘正向’和‘反向’脉冲，这在对两个计数器取代数和时就可消除它们的影响（下面仪器的读数也将涉及这点）。由此可见，时钟发生器的频率应大于振动频率的可能最大值。由图4还可看出，在原一个脉冲信号的周期内，得到了四个计数脉冲。例如，原每圈脉冲数为1000的编码器可产生4倍频的脉冲数是4000个，其分辨率为0.09°。实际上，目前这类传感器产品都将光敏元件输出信号的放大整形等电路与传感检测元件封装在一起，所以只要加上细分与计数电路就可以组成一个角位移测量系统(74159是4-16译码器)。
增量型编码器与绝对型编码器的区分 编码器如以信号原理来分，有增量型编码器,绝对型编码器。 增量型编码器 (旋转型) 工作原理: 由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。 由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。 信号输出: 信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL 也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。 信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。 如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。 A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。 A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。 A、A-， B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。 对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。 对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。
实验一四位串行进位加法器的设计 一、实验目的 1.理解一位全加器的工作原理 2.掌握串行进位加法器的逻辑原理 3.进一步熟悉Quartus软件的使用，了解设计的全过程， 二、实验内容 1.采用VHDL语言设计四位串行进位的加法器 2.采用画原理图的方法设计四位串行进位加法器 三、实验步骤 1、使用VHDL语言设计 1.打开File—>New Project Wizard输入文件名adder4保存在D盘内，打开File—>New—>VHDL File,从模版中选择库的说明，use语句的说明，实体的说明，结构体的说明，编写VHDL代码，然后保存、编译。打开File—>New—>Other File—>Vector Waveform File,查找引脚，从Edit中选择End Time 输入40、ns 保存。从Assignments—>Settings—>Simulator Settings —>Functional 然后Processing—>Generate Functional Simnlation Netlist —>确定。选择Start Simulation保存最后的波形图，打开File —>close关闭工程。 底层文件： LIBRARY ieee;
USE fadder IS PORT ( a, b,cin : IN STD_LOGIC; s, co : OUT STD_LOGIC ); END fadder; ARCHITECTURE arc1 OF fadder IS BEGIN s<=a xor b xor cin; co<=((a xor b)and cin)or(a and b); END arc1; 顶层文件： LIBRARY ieee; USE adder4 IS PORT ( c0: IN STD_LOGIC; a,b : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); s : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); c4 : OUT STD_LOGIC );
四倍频细分电路(含波形图) 时间：2010-06-12 05:00:19 来源：作者： 1.光电编码器原理 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90旱牧铰仿龀逍藕拧 根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。 1.1增量式编码器 增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90海佣煞奖愕嘏卸铣鲂较颍鳽相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。 1.2绝对式编码器 绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。 绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是： 1.2.1可以直接读出角度坐标的绝对值； 1.2.2没有累积误差； 1.2.3电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。 1.3混合式绝对值编码器
编码器使用教程与测速原理 我们将通过这篇教程与大家一起学习编码器的原理，并介绍一些实用的技术。 1.编码器概述 编码器是一种将角位移或者角速度转换成一连串电数字脉冲的旋转式传感器，我们可以通过编码器测量到底位移或者速度信息。编码器从输出数据类型上分，可以分为增量式编码器和绝对式编码器。 从编码器检测原理上来分，还可以分为光学式、磁式、感应式、电容式。常见的是光电编码器（光学式）和霍尔编码器（磁式）。 2.编码器原理 光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光码盘和光电检测装置组成。光码盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，检测装置检测输出若干脉冲信号，为判断转向，一般输出两组存在一定相位差的方波信号。 霍尔编码器是一种通过磁电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。霍尔编码器是由霍尔码盘和霍尔元件组成。霍尔码盘是在一定直径的圆板上等分地布置有不同的磁极。霍尔码盘与电动机同轴，电动机旋转时，霍尔元件检测输出若干脉冲信号，为判断转向，一般输出两组存在一定相位差的方波信号。
可以看到两种原理的编码器目的都是获取AB相输出的方波信号，其使用方法也是一样，下面是一个简单的示意图。 3.编码器接线说明 具体到我们的编码器电机，我们可以看看电机编码器的实物。 这是一款增量式输出的霍尔编码器。编码器有AB相输出，所以不仅可以测速，还可以辨别转向。根据上图的接线说明可以看到，我们只需给编码器电源5V供电，在电机转动的时候即可通过AB相输出方波信号。编码器自带了上拉电阻，所以无需外部上拉，可以直接连接到单片机IO读取。
编码器选型有哪些注意事项 ■一．※有网友问：增量旋转编码器选型有哪些注意事项？ 应注意三方面的参数： 1．械安装尺寸，包括定位止口，轴径，安装孔位；电缆出线方式；安装空间体积；工作环境防护等级是否满足要求。 2．分辨率，即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计使用精度要求。 3．电气接口，编码器输出方式常见有推拉输出（F型HTL格式），电压输出（E），集电极开路（C，常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出），长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。 ■二．※有网友问：请教如何使用增量编码器？ 1，增量型旋转编码器有分辨率的差异，使用每圈产生的脉冲数来计量，数目从6到5400或更高，脉冲数越多，分辨率越高；这是选型的重要依据之一。 2，增量型编码器通常有三路信号输出（差分有六路信号）：A,B和Z，一般采用TTL 电平，A脉冲在前，B脉冲在后，A,B脉冲相差90度，每圈发出一个Z脉冲，可作为参考机械零位。一般利用A超前B或B超前A进行判向，我公司增量型编码器定义为轴端看编码器顺时针旋转为正转，A超前B为90°，反之逆时针旋转为反转B超前A为90°。也有不相同的，要看产品说明。 3，使用PLC采集数据，可选用高速计数模块；使用工控机采集数据，可选用高速计数板卡；使用单片机采集数据，建议选用带光电耦合器的输入端口。 4，建议B脉冲做顺向（前向）脉冲，A脉冲做逆向（后向）脉冲，Z原点零位脉冲。 5，在电子装置中设立计数栈。 ■三．※关于户外使用或恶劣环境下使用 有网友来email问，他的设备在野外使用，现场环境脏，而且怕撞坏编码器。 我公司有铝合金（特殊要求可做不锈钢材质）密封保护外壳，双重轴承重载型编码器，放在户外不怕脏，钢厂、重型设备里都可以用。 不过如果编码器安装部分有空间，我还是建议在编码器外部再加装一防护壳，以加强对其进行保护，必竟编码器属精密元件，一台编码器和一个防护壳的价值比较还是有一定差距的。■四．※从接近开关、光电开关到旋转编码器： 工业控制中的定位，接近开关、光电开关的应用已经相当成熟了，而且很好用。可是，随着工控的不断发展，又有了新的要求，这样，选用旋转编码器的应用优点就突出了：信息化：除了定位，控制室还可知道其具体位置； 柔性化：定位可以在控制室柔性调整； 现场安装的方便和安全、长寿：拳头大小的一个旋转编码器，可以测量从几个μ到几十、几百米的距离，n个工位，只要解决一个旋转编码器的安全安装问题，可以避免诸多接近开关、光电开关在现场机械安装麻烦，容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。由于是光电码盘，无机械损耗，只要安装位置准确，其使用寿命往往很长。 多功能化：除了定位，还可以远传当前位置，换算运动速度，对于变频器，步进电机等的应用尤为重要。 经济化：对于多个控制工位，只需一个旋转编码器的成本，以及更主要的安装、维护、损耗成本降低，使用寿命增长，其经济化逐渐突显出来。 如上所述优点，旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。 ■五. ※关于电源供应及编码器和PLC连接： 一般编码器的工作电源有三种：5Vdc、5-13 Vdc或11-26Vdc。如果你买的编码器用的
超前进位加法器原理 74283为4位超前进位加法器，不同于普通串行进位加法器由低到高逐级进位，超前进位加法器所有位数的进位大多数情况下同时产生，运算速度快，电路结构复杂。其管脚如图1所示： 图1 74283管脚图 其真值表如下所示： 表1 4位超前进位加法器真值表
由全加器的真值表可得S i 和C i 的逻辑表达式： 定义两个中间变量G i 和P i ： 当A i ＝B i ＝1时，G i ＝1，由C i 的表达式可得C i ＝1，即产生进位，所以G i 称为产生量变。若P i ＝1，则A i ·B i ＝0，C i ＝C i-1 ，即P i ＝1时，低位的进位能传 送到高位的进位输出端，故P i 称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。 将G i 和P i 代入S i 和C i 得： 进而可得各位进位信号的逻辑表达如下：
根据逻辑表达式做出电路图如下： 逻辑功能图中有2输入异或门，2输入与门，3输入与门，4输入与门，2输入或门，3输入或门，4输入或门，其转化成CMOS晶体管图如下：
电路网表如下： *xor 2 .subckt xor2 a b c d f mxorpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpb f d 1 vdd pmos l=2 w=8 mxorpc 2 b vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpd f c 2 vdd pmos l=2 w=8 mxorna f a 3 0 nmos l=2 w=4 mxornb 3 b 0 0 nmos l=2 w=4 mxornc f c 4 0 nmos l=2 w=4 mxornd 4 d 0 0 nmos l=2 w=4 .ends xor2 *and2 .subckt and2 a b f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=4 mandnb 1 b 0 0 nmos l=2 w=4 .ends and2 *and3 .subckt and3 a b c f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=6 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=6 mandnc 2 c 0 0 nmos l=2 w=6 .ends and3 *and4 .subckt and4 a b c d f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpd f d vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=8 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=8 mandnc 2 c 3 0 nmos l=2 w=8 mandnd 3 d 0 0 nmos l=2 w=8 .ends and4
光电编码器原理课件
光电编码器 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90&or dm;的两路脉冲信号。 根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。(REP) 1.1增量式编码器
增量式编码器是直接利用光电转换原理 输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。 1.2绝对式编码器 绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。
飞思卡尔智能车舵机和测速的控制设计与实现 时间：2010-04-1411:53:10来源：电子设计工程作者：雷贞勇谢光骥五邑大学 2．1舵机工作原理 舵机在6V电压下正常工作，而大赛组委会统一提供的标准电源输出电压为7．2V，则需一个外围电压转换电路将电源电压转换为舵机的工作电压6V。图2为舵机供电电路。 舵机由舵盘、位置反馈电位计、减速齿轮组、直流动电机和控制电路组成，内部位置反馈减速齿轮组由直流电动机驱动，其输出轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器作为位置检测。当电位器转角线性地转换为电压并反馈给控制电路时，控制电路将反馈信号与输入的控制脉冲信号相比较，产生纠正脉冲，控制并驱动直流电机正向或反向转动，使减速齿轮组输出的位置与期望值相符。从而达到舵机精确控制转向角度的目的。舵机工作原理框图如图3所示。 2．2舵机的安装与调节 舵机的控制脉宽与转角在-45°～+45°范围内线性变化。对于对速度有一定要求的智能车，舵机的响应速度和舵机的转向传动比直接影响车模能否以最佳速度顺利通过弯道。车模在赛道上高速行驶，特别是对于前瞻性不够远的红外光电检测智能车，舵机的响应速度及其转向传动比将直接影响车模行驶的稳定性，因此必须细心调试，逐一解决。由于舵机从执行转动指令到响应输出需占用一定的时间，因而产生舵机实时控制的滞后。虽然车模在进入弯道时能够检测到黑色路线的偏转方向，但由于舵机的滞后性，使得车模在转弯过程中时常偏离跑道，且速度越快，偏离越远，极大限制车模在连续弯道上行驶的最大时速，使得车模全程赛道速度很难进一步提高。为了减小舵机响应时间，在遵守比赛规则不允许改造舵机结构的前提下，利用杠杆原理，采用加长舵机力臂的方案来弥补这一缺陷，加长舵机力臂示意图如图4所示。
测速编码器技术参数 电机的位置检测在电机控制中是十分重要的，特别是需要根据精确转子位置控制电机运动状态的应用场合，如位置伺服系统。电机控制系统中的位置检测通常有：微电机解算元件，光电元件，磁敏元件，电磁感应元件等。这些位置检测传感器或者与电机的非负载端同轴连接，或者直接安装在电机的特定的部位。其中光电元件的测量精度较高，能够准确的反应电机的转子的机械位置，从而间接的反映出与电机连接的机械负载的准确的机械位置，从而达到精确控制电机位置的目的。本文主要介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。 一.光电编码器的介绍： 光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的。根据光电编码器的工作原理可以将光电编码器分为绝对式光电编码器与增量式光电编码器，下面我就这两种光电编码器的结构与工作原理做介绍。 1、绝对式光电编码器 绝对式光电编码器如图所示，他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。图1是二进制的编码盘，图中空白部分是透光的，用“0”来表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”来表示。通常将组成编码的圈称为码道，每个码道表示二进制数的一位，其中最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。如果编码盘有4个码道，则由里向外的码道分别表示为二进制的23、22、21和20，4位二进制可形成16个二进制数，因此就将圆盘划分16个扇区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、…、1111。 按照码盘上形成的码道配置相应的光电传感器，包括光源、透镜、码盘、光敏二极管和驱动电子线路。当码盘转到一定的角度时，扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通，输出低电平“0”，遮光的码道对应的光敏二极管不导通，输出高电
光电编码器原理及应用电路 1、光电编码器原理 光电编码譌就星一种通过光电转换将输出轴上得机械几何位移量转换成脉冲或数字■得传感器?这就蹇目 前应用最多得传感器,光电编码器就是由光栅盘与光电检测装迓组成?光栅盘就是在一走臺径得?板上等 分地开通若干个长方形孔.由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时「光栅盘与电动机同速旋车专，经发光二 极■等电子元件组成得检测装迓检测输出若干脉冲信号，其原理示总S 如ffi 1所示;通过计算每秒光电编码 器输出脉冲得个数就能反映当前电动机得转速.此外为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90度得脉 冲碍 图1光电编码S 原理示S 图 ffi 1光电缩码?原理示意? 根垢检测原理编码器可分为光学貳、磁式、感应式与电容式?根揣其刻度方法及信号输出形式，可分为增量 式、绝对式以及混合式三种. 1、1增量式编码器 ? ■式编码器就是妣利用光电转换原理输出三组方波脉冲A 、B 与Z 相;A 、B 两组脉冲相位差90度得 脉冲信号忆相为每转一个脉冲，用于墓准点走位.它得优点就是原理构适简单，机械平均寿命可在几万小时 以上抗干扰能力强「可靠性画适合于长距离传输?其缺点就麻法输出轴转动得绝对位琶信息? 1、2绝対式编码器 绝对竊码器就是厦接输出数字■得传感器，在它得圆形码盘上沿径向有若干同心码匾每条通上由透光与不 透光得扇形区相间组成,相邻码iS 得扇区数目就墨双倍关嬴码盘上得码通数就就墨它得二进制数码得位埶 在码盘得一侧就是光鴻另TW 对应每Fis 有Tess 元件;当码盘处于不同位迓时各光敏元件根据受光照 与否转换岀相应得电平信号■形成二进制数?这种扁码器得持原就超不耍计数器，在转轴得任倉位迓都可读 岀一个a 走得与位迓相対应得数字码?显然「码通越多■分辨率就越画对于一个典有N 位二进制分辨率得竊 码器,其码盘必须有N 条码通?目前国内已有16位得绝对编码?产品? 绝对式竊码器就是利用目然二进制或循环二逬制（葛莱码）方式进行光电转换^專?绝对式编码器与1?量式编 码器不同之处在于圆盘上透光.不透光得线条a 形，绝对編码器可有若干编码，根JB 读出码盘上得編码，检测 绝对位编码得设计可采用二iS 制码.循环码?二进制补码等?它得特原就是: 1、2、1可以車接读出角度坐标得绝対值； 1、2、2没有累积题 1、2、3电源切除后位迓信息不会丢失.但就垂分辨率就是由二进制得位数来决走得,也就就墨说精度取决 于位K 启前育10位、14位等多种? 1、3混合式绝对值媾码S 混合式绝対值编码器，它输出两组信息:一组信息用于检测磁极位迓滞有绝对信息功能;另一组则完全同堆量JUUI 丸溝迓饿?盘 先敏元作 转轴
#include
BEN测速编码器在智能车舵机控制中的应用2．1 舵机工作原理 舵机在6 V电压下正常工作，而大赛组委会统一提供的标准电源输出电压为7．2 V，则需一个外围电压转换电路将电源电压转换为舵机的工作电压6 V。图2为舵机供电电路。 舵机由舵盘、位置反馈电位计、减速齿轮组、直流动电机和控制电路组成，内部位置反馈减速齿轮组由直流电动机驱动，其输出轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器作为位置检测。当电位器转角线性地转换为电压并反馈给控制电路时，控制电路将反馈信号与输入的控制脉冲信号相比较，产生纠正脉冲，控制并驱动直流电机正向或反向转动，使减速齿轮组输出的位置与期望值相符。从而达到舵机精确控制转向角度的目的。舵机工作原理框图如图3所示。 2．2 舵机的安装与调节 舵机的控制脉宽与转角在-45°～+45°范围内线性变化。对于对速度有一定要求的智能车，舵机的响应速度和舵机的转向传动比直接影响车模能否以最佳速度顺利通过弯道。车模在赛道上高速行驶，特别是对于前瞻性不够远的红外光电检测智能车，舵机的响应速度及其转向传动比将直接影响车模行驶的稳定性，因此必须细心调试，逐一解决。由于舵机从执行转动指令到响应输出需占用一定的时间，因而产生舵机实时控制的滞后。虽然车模在进入弯道时能够检测到黑色路线的偏转方向，但由于舵机的滞后性，使得车模在转弯过程中时常偏离跑道，且速度越快，偏离越远，极大限制车模在连续弯道上行驶的最大时速，使得车模全程赛道速度很难进一步提高。为了减小舵机响应时间，在遵守比赛规则不允许改造舵机结构的前提下，利用杠杆原理，采用加长舵机力臂的方案来弥补这一缺陷，加长舵机力臂示意图如图4所示。
增量式编码器的A.B.Z 编码器A、B、Z相及其关系
TTL编码器A相，B相信号，Z相信号,U相信号，V相信号，W相信号，分别有什么关系？ 对于这个问题的回答我们从以下几个方面说明： 编码器只有A相、B相、Z相信号的概念。 所谓U相、V相、W相是指的电机的主电源的三相交流供电，与编码器没有任何关系。“A相、B相、Z相”与“U相、V相、W相”是完全没有什么关系的两种概念，前者是编码器的通道输出信号；后者是交流电机的三 相主回路供电。 而编码器的A相、B相、Z相信号中，A、B两个通道的信号一般是正交（即互差90°）脉冲信号；而Z相是零脉冲信号。详细来说，就是——一般编码器输出信号除A、B两相（A、B两通道的信号序列相位差为90度）外，每转一圈还输出一个零位脉冲Z。 当主轴以顺时针方向旋转时，输出脉冲A通道信号位于B通道之前；当主轴逆时针旋转时，A通道信号则位于B通道之后。从而由此判断主轴是正转还是反转。 另外，编码器每旋转一周发一个脉冲，称之为零位脉冲或标识脉冲（即Z相信号），零位脉冲用于决定零位置或标识位置。要准确测量零位脉冲，不论旋转方向，零位脉冲均被作为两个通道的高位组合输出。由于通道之间的相位差的存在，零位脉冲仅为脉冲长度的一半。 带U、V、W相的编码器，应该是伺服电机编码器 A、B相是两列脉冲，或正弦波、或方波，两者的相位相差90度，因此既可以测量转速，还可以测量电机的旋转方向Z相是参考脉冲，每转一圈输出一个脉冲，脉冲宽度往往只占1/4周期，其作用是编码器自我校正用的，使得编码器在断电或丢失脉冲的 时候也能正常使用。 ABZ是编码器的位置信号，UVW是电机的磁极信号，一般用于同步电机； AB对于TTL/HTL编码器来说，AB相根据编码器的细分度不同，每圈有很多个，但Z相每圈只有一个； UVW磁极信号之间相位差是120度，随着编码器的角度转动而转动，与ABZ 之间可以说没有直接关系。 /#############################################################
实验一4位全加器的设计 一、实验目的： 1 熟悉QuartusⅡ与ModelSim的使用； 2 学会使用文本输入方式和原理图输入方式进行工程设计； 3 分别使用数据流、行为和结构化描述方法进行四位全加器的设计； 4 理解RTL视图和Technology Map视图的区别； 5 掌握简单的testbench文件的编写。 二、实验原理： 一个4位全加器可以由4个一位全加器构成，加法器间的进位可以串行方式实现，即将低位加法器的进位输出cout与相邻的高位加法器的进位输入信号cin相接。 三、实验内容： 1.QuartusII软件的熟悉 熟悉QuartusⅡ环境下原理图的设计方法和流程，可参考课本第4章的内容，重点掌握层次化的设计方法。 2.设计1位全加器原理图 设计的原理图如下所示：
VHDL源程序如下（行为描述）：-- Quartus II VHDL Template -- Unsigned Adder library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity f_add is port ( a : in std_logic; b : in std_logic; ci : in std_logic; y : out std_logic; co : out std_logic ); end entity; architecture rtl of f_add is begin (co,y)<=('0',a)+('0',b)+('0',ci); end rtl;
绝对式光电编码器基本构造及特点 用增量式光电编码器有可能由于外界的干扰产生计数错误，并且在停电或故障停车后无 法找到事故前执行部件的正确位置。采用绝对式光电编码器可以避免上述缺点。绝对式光电编码器的基本原理及组成部件与增量式光电编码器基本相同，也是由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成。与增量式光电编码器不同的是，绝对式光电编码器用不同的数码来分别指示每个不同的增量位置，它是一种直接输出数字量的传感器。在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N 位 二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N 条码道。绝对式光电编码器原理如图1-8 所示。 绝对式光电编码器是利用自然二进制、循环二进制（格雷码）、二-十进制等方式进行光 电转换的。绝对式光电编码器与增量式光电编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对光电编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。它的特点是：可以直接读出角度坐标的绝对值；没有累积误差；电源切除后位置信息不会丢失；编码器的精度取决于位数；最高运转速度比增量式光电编码器高。 图1-8 绝对式光电编码器原理 1.3.2 码制与码盘 绝对式光电编码器的码盘按照其所用的码制可以分为：二进制码、循环码（格雷码）、 十进制码、六十进制码（度、分、秒进制）码盘等。四位二元码盘（二进制、格雷码）如图1-9 所示。图中黑、白色分别表示透光、不透光区域。
编码器输出的A向脉冲接到单片机的外部中断INT0，B向脉冲接到I/O端口P1.0。当系统工作时，首先要把INT0设置成下降沿触发，并开相应中断。当有有效脉冲触发中断时，进行中断处理程序，判别B脉冲是高电平还是低电平，若是高电平则编码器正转，加1计数；若是低电平则编码器反转，减1计数。 基于51单片机的直流电机PID闭环调速系统原理详解与程序 (2013-08-04 01:18:15) 转载▼ 标签： 分类：单片机 51单片 机 直流电 机 pid pcf8591 基于51单片机的直流电机PID闭环调速系统 1.电机转速反馈： 原理：利用光电编码器作为转速的反馈元件，设电机转一周光电编码器发送N个PWM波形，利用测周法测量电机转速。 具体实现：将定时器0设置在计数模式，用来统计一定的时间T内接受到的脉冲个数M个，而定时器0置在计时模式，用来计时T时间。则如果T时间接受到M个PWM波形，而电机转一圈发出N个PWM波形，则根据测周法原理，电机的实际的转速为：real_speed=M/（N*T），单位转/秒。若将定时器1置在计数模式，则PWM波形应该由P3^3脚输入。 代码实现：
//定时器0初始化，用来定时10ms void Init_Timer0(void) { TMOD |= 0x01; //使用模式1，16位定时器，且工作在计时模式 TH0=(65536-10000)/256; //定时10ms TL0=(65536-10000)%6; EA=1; //总中断打开 ET0=1; //定时器中断打开 TR0=1; //定时器开关打开 } // 计数器1初始化，用来统计定时器1计时250ms内PWM波形个数 void Init_Timer1(void) { TMOD |= 0x50; //使用计数模式1，16位计数器模式 TH1=0x00; //给定初值，由0往上计数 TL1=0x00; EA=1; //总中断打开 ET1=1; //定时器中断打开 TR1=1; //定时器开关打开 } //定时器0的中断服务子函数，主要完成脉冲个数的读取，实际转速的计算和PID 控制以及控制结 //果输出等工作 void Timer0_isr(void) interrupt 1 { unsigned char count; TH0=(65536-10000)/256; //重新赋值 10ms TL0=(65536-10000)%6;
一.课程设计的目的： 1、学习并了解MATLAB软件。 2、尝试用Simulink建模。 3、实现对数字电路的防真设计。 4、利用全加器电路创建四位二进制加法器。 二.课程设计题目描述及要求： 利用所学的数字电路的基本知识和MUTLAB软件中Simulink的应用学习，完成对数字电路的仿真设计。用各种各样的组合逻辑电路设计全加器，输出曲线，再利用全加器设计电路创建四位二进制加法器电路图，给出输出。 三．MATLAB软件简介： MATLAB是MathWorks公司于1984年推出的一套高性能的数值计算可视化软件，集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体。MATLAB是由Matrix 和Laboratory单词的前三个字母组合而成的，其含义是矩阵实验室。 Simulink是MATLAB最重要的组件之一，是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境。它支持线性和非线性系统，连续时间、离散时间，或者两者的相结合的仿真，而且系统是多进程的。Simulink是从底层开发的一个完整的仿真环境和图形界面，它把MATLAB的许多功能都设计成一个个直观的功能模块，把需要的功能模块连接起来就可以实现所需要的仿真功能。Simulink仿真应用于数字电路、数字信号处理、通信仿真、电力系统仿真、宇航仿真等领域。由于数字系统中高低电平分别用0和1表示，因此数字电路问题往往可以转化为一个数字上的逻辑问题。MATLAB提供了逻辑运算模块和各种触发器模块，可以方便的进行数字电路的设计和仿真。借助于组合电路仿真常用模块Logic and Bit Operations子库中的Local Operator模块，将其拖到所建的untitled窗口中，然后鼠标左键双击该模块弹出的Block Parameters/Logical Operator对话框，按Operator栏后的黑三角来选择所需要的门电路标识符，如：AND、OR、NAND、NOR、XOR、NOT中的一个，并依次设置所需的输入、输出端子个数，之后按OK 键确定。利用这些基本门电路组成加法器逻辑电路。 四．课程设计的内容： 1、1位全加器的设计。 所谓全加器，就是带进位输入和进位输出的加法器。1位全加器有3个输入，分别是加
光电编码器 速度位置的数据在电机控制中起着非常重要的作用，其检测到的精确性能够直接影响电机控制的精度。速度的测量方法有多种，如感应式转速传感器、测速发电机、光电式转速传感器、霍尔转速传感器以及旋转变压器式转速传感器等。但目前调速系统速度以及位置反馈控制中应用较多的为光电编码器。 光电编码器是一种高精度的数字化检测仪器，是现代伺服系统广泛应用的角位移或者角速度的测量装置，它可以通过光电原理，将一个机械装置的角度或者位移量转化为电信号（数据串或者脉冲信号）。光电编码器可分为绝对式和增量式两种，其中，绝对式光电编码器具有输出信号与旋转信号对应的特点，但是精度欠缺，成本高；增量式光电编码器输出信号为脉冲信号，脉冲个数和相对旋转位移相关，与旋转的绝对位置无关，成本相对于绝对式更低，并且精度高、体积小、响应快、性能稳定等特点。如果预先设置一个基准位置，则可以利用增量式编码器完成绝对式编码器的功能，即也可以测出旋转的绝对位置。 实现绝对式编码器的功能，也即可以测出旋转的绝对位置。增量式光电编码器在高分辨率、大量程角速率、位移的测量中，它更具有优势。因而，在这个手指康复机器人系统中采用增量式光电编码器。 增量式光电编码器主要是由机械系统、数据扫描系统和电气系统三个部分组成。其中机械系统主要负责外壳和转动的支撑作用。电气系统的作用主要是保护、放大、抗干扰以及数据传输等等。 增量式光电脉冲编码器由光源、聚光镜、挡光板、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成。 在光电码盘上刻度盘上均匀分布一定数量的光栅，光挡板（检测光栅）上刻有A、B相两组与光电码盘上光栅相对应的透光缝隙。增量式光电脉冲编码器工作时，光电码盘随着工作轴旋转，但是光挡板（检测光栅）保持不动。有光同时透过光电码盘和检测光栅时，电路中产生逻辑“1”信号，没有透光时产生逻辑“0”信号，从而产生了A、B两相的脉冲信号。由于检测光栅上的A、B相两个透光缝隙的节距与光电码盘上光栅的节距是一致的，并且这两组透光缝隙错开四分之一的节距，从而使得最终信号处理输出的信号存在90°的相位差。在大多数情况下，如若直接由编码器的光电检测器件获取信号，信号的电平较低，波形也不规则，不能适应于信号处理、控制和远距离传输的要求。所以，在编码器内还必须将此信号放大、整形。经过处理的输出信号近似于正弦波或者矩形波。由于矩形波输出信号易于进行数字处理，所以矩形信号输出在定位控制中得到广泛的应用。 正因为增量式光电编码器输出A、B 两相互差90°电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。
光电编码器选型及同步电机转速和 转子位置测量3 于庆广 刘葵 王冲 袁炜嘉 钱炜慷 张程 清华大学 摘要:光电轴角编码器,又称光电角位置传感器,是电气传动系统中用来测量电动机转速和转子位置的核心部件。对绝对式、增量式和混合式光电轴编码器的工作原理进行了综述,介绍了光电轴编码器的选型原则、转子速度的测量和转子位置的测量方法。最后,给出了同步电动机变频调速系统中转速和转子位置测量系统的实现。 关键词:光电轴编码器 混合式轴编码器 同步电机转子位置 Choice of Optical2encoder and Measure of Speed and R otor Place of Synchronous Motor Yu Qingguang Liu Kui Wang Chong Yuan Weijia Qian Weikang Zhang Cheng Abstract:Optical2encoder,which is also called photoelectric angei2position sensor,is the core device in measurement of motor speed and rotor position in drive system.There summarize the operating principle of ab2 solute、incremental and hybrid encoder,introduce the choice principle of optical2encoder model and the measur2 ing method of rotor speed and rotor position.The implementation of measuring method of rotor speed and ro2 tor position in variable frequency speed2regulated system of synchronous motor is also given. K eyw ords:optical2encoder hybrid2encoder rotor place of synchronous motor 1 引言 光电轴角编码器,又称轴编码器或光电角位置传感器。光电轴编码器以高精度计量圆光栅为检测元件,通过光电转换,将输入的角位置信息转换成相应的数字代码,并与计算机等控制器及显示装置相连接,实现数字测量、数字控制与数字显示[1]。光电轴编码器具有较高的性能价格比,已普遍应用在雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、机器人、数控机床和高精度闭环调速系统等诸多领域,是电动机等自动化设备理想的角度和速度传感器。轴编码器主要分为增量式、绝对式与混合式3种,其中增量式轴编码器主要用于测量转子速度,绝对式轴编码器主要用于测量转子的空间位置,混合式轴编码器是增量式轴编码器与绝对式轴编码器的组合。后端加入处理芯片之后,3种轴编码器都具有测量转子速度与空间位置的功能。本文综述了光电轴编码器的种类和选型原则,介绍了转速和转子位置的测量方法;最后,给出了同步电动机变频调速系统中转速和转子位置测量系统的实现。 2 光电轴编码器 2.1 增量式轴编码器 典型的光电轴角编码器结构原理如图1 所示。 图1 光电轴编码器结构图 71 3清华大学大学生SR T项目(031T0144)
增量式光电编码器原理及其结构 增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。一般来说，增量式光电编码器输出A、B 两相互差90°电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的Z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。增量式光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成，如图1-1 所示。码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4 节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90°电度角。当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差90°电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。增量式光电编码器输出信号波形如图1-2 所示。增量式光电编码器的优点是：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号传输距离较长，可靠性较高。其缺点是它无法直接读出转动轴的绝对位置信息。 图 1-2 增量式光电编码器的输出信号波形 1.2.2 基本技术规格 在增量式光电编码器的使用过程中，对于其技术规格通常会提出不同的要求，其中最关 键的就是它的分辨率、精度、输出信号的稳定性、响应频率、信号输出形式。 （1）分辨率 光电编码器的分辨率是以编码器轴转动一周所产生的输出脉冲数来表示的，即脉冲数/转（PPR）。码盘上的透光缝隙的数目就等于编码器的分辨率，码盘上刻的缝隙越多， 编码器的分辨率就越高。在工业电气传动中，根据不同的应用对象，可选择分辨率通常在