增量式光电脉冲编码器的单片机计数器
金建新
华中理工大学机械学院 武汉市 430074
【摘要】文中重点讨论基于单片机的光电脉冲编码器计数器的软件倍频和辨向原理,并从编码盘条纹和位置检测元件的空间分布原理出发给出了在编码器输出A、B正交方波的前提下最多只能4倍频的结论,最后介绍了集倍频、辨向、计数于一体的单片机计数器原理,该计数器具有消除抖动误计数、倍频数可选、计数长度无限制的特点。
关键词:光电脉冲编码器 基于单片机的计数器 软件倍频 软件辨向
The Counter B ased on Embed-Controller
for Incremental Opto-E lectric E ncoder
Jin Jianxin
School of Mechanical Engineering,HUST,Wuhan,430074
Abstract:This article mainly discusses the double frequency and discerning direction with software method of the counter based on embed-controller for incremental opto-electric encoder,besides by the argumentation of the space location relationship of stripe of the encoder and the movement detect2 ing component,it comes to the conclusion that under the condition of that the encoder outputs only A、B phase square,at most a quadruple frequency can be achieved,then introduces a counter based on embed-controller,which is charactered by no shaking error counting,a optional double frequency time and no limit to the counting length,with all the functions such as double frequency、discerning direction and counting。
K ey Words:Icremental Opto-Electric Encoder,Counter based on Embed-Controller,Double Fre2 quency by Software,Discern Dirrection by Software
1 光电脉冲编码器对计数器的要求
光电脉冲编码器又称光电脉冲发生器,现在广泛地被作为数控机床等设备的位置信息反馈元件。最常用的两相光电脉冲编码器的结构原理可见文献〔1〕。这里要特别强调两点:
(1)编码器输出的A、B两相矩形脉冲波是同一个光电盘上圆周等分明暗条纹的空间位置通过两个处在不同位置的光敏三极管检测后在时间轴上的映射;
(2)A、B两相矩形脉冲波是正交的,且共同携带光电盘角度位置信息和转动方向信息。
假设光电盘上的圆周等分条纹数为N,则被测对象旋转一周(即360°),光电脉冲编码器的A、B两相分别发出N个脉冲。那么,A、B两相的脉冲当量P可以写为:
P=360°/N(1)
通过一时钟脉冲触发计数器记下P的数量,假定P的数量为n,则被测对象旋转的角度θ可写为:
θ=n?P(2) 再假设在时间ΔT内P的增量为n,则被测对象旋转的角速度ω可以写为:
ω=Δn?P/ΔT(3) 通过上面的分析,可知光电脉冲编码器工作在数字形式,可直接用于测量角位移和角速度,间接用于测量直线位移和直线速度。
因此,要将编码器作为位置反馈元件,其关键是要有记录(1)式和计算(2)、(3)式的解码计数电路。对解码计数电路的要求是:
(1)能够根据A、B相脉冲的相位自动判别光电脉冲编码器的旋转方向。
(2)要有倍频功能,以便充分利用A、B两相脉冲
收稿日期:1999201214 修改稿日期:1999206223
波共同携带的位置信息。
(3)计数器应是可逆的,且计数器的计数长度要有一定容量。
(4)能实时以数字形式或模拟形式输出位移或速度值,以适应不同的需要。
2 倍频和辨向的理论基础
A 、
B 脉冲(波形见图1:明条纹对应1,暗条纹对应0)共同编码携带光电盘的转向和位置信息,要将这两
种信息识别出来,其前提是要充分注意A 、B 是光电盘的空间位置在时间轴上的展开
。
图1
211 倍频
由图1可知,由于A 、B 脉冲波对应码盘明暗条纹的空间位置,其脉冲的上升下降沿(这里,上升还是下降是由编码盘的转动方向决定的:正转时的上升沿在反转时就变成下降沿,反之则反)的相对位置是固定不变的,将A 、B 进行逻辑半加,可以看出A B 的边沿永远不能重叠。该边沿携带了码盘的等分位置讯息,在一个P 的距离之内,包含22有个边沿,且边沿之间的空间距离是相等的,也就是说一个P 的距离被4等分了。这个距离的等分是由如下事实决定的:码盘的明条纹宽度和暗条纹宽度是相等的;A 、B 光敏三极管之间的距离是明暗条纹宽度的和的1/22,即P /4。
由以上的讨论可以得出以下结论:
结论1:拾取A B 脉冲的边沿并计数,计数值代表了码盘转过的角度,此时的计数角度的脉冲当量为P /4。
结论2:在码盘等分条纹数不变的前提下,要想提高分辨率,即减小计数角度的脉冲当量,唯一的途径是增加检测元件光敏三极管的个数,即增加编码器输出讯号的数量;若输出讯号的数量为m ,则要求有m 个光敏三极管,这m 个光敏三极管之间的排列距离是
P/2m ;这时,其角度计数当量为P/2m
。
显然,对于只有A 、B 两个讯号输出的光电脉冲编码器,m =2,故其最小角度计数当量为P/4。这就是所谓的倍频,即通过电路处理可使计数器频率为其中一路讯号输出频率的m 倍。212 辨向
设光电编码盘的输出信号经过倍频后的最小脉冲当量为J ,则对于圆周上均布有N 条条纹、m 相输出信号的编码盘有:
J =360°/N /2
m
(4) 以上讨论的量,如P 、
θ、ω,J 都是矢量,即都是有方向的量,那么以“+”表示码盘正转,以“-”表示码盘反转。下面以m =2时为例,讨论J 的符号取出问题:
在图1中,假设码盘初始位置时A 、B 输出的讯号为A n 、B n ,且A n =1,B n =0;当码盘正转一个J 当量时,A B 有一个边沿发生,即J 的绝对值增1,这时A n +1=1,B n +1=1;依次往下正转,A n +2=0,B n +2=1;A n +3=0,B n +3=0;A n +4=A n =1,B n +4=B n =0。
同样,当码盘反转时,对应的A 、B 状态变化为:A n -1=0,B n -1=0;A n -2=1,B n -2=0;A n -3=1,
B n -3
=1;A n -4=A n =1,B n -4=B n =0。
综上分析,码盘在转动时,其A 、B 讯号状态是按图2所示的状态循环的。
图2
图2中,S i (i =0,1,2,3)表示编码盘输出信号A 、B 的组合状态:S 0表示A =1,B =1;S 1表示A =0,B =1;S 2表示A =0,B =0;S 3表示A =1,B =0;
由此可知所谓转向,就是A 、B 讯号状态的转换,且状态之间的转换是唯一的。当A =1,B =1时,若正转,其下一个A 、B 讯号状态肯定是A =0,B =1;若反转,其下一个A 、B 讯号状态肯定是A =1,B =0。因此,根据A 、B 讯号状态循环图就可以决定J 的符号。
为方便起见,重新规定:无论正转还是反转,A 、B 的当前状态(即现态)为A n 、B n ,A 、B 的下一个状态(即次态)为A n +1、B n +1.对照图3,列出各种情况下J 的符号如下表:
表1
A n
B n
A n +1
B n +1
J 的符号
1
101+0100+0010+1011+1110-1000-0001-0111-
由以上讨论又可以得出以下结论:
结论3:为了辨向,必须有m ≥2;脉冲倍频是辨向
信号的副产品;
结论4:为了避免误计数,J 必须是单位矢量。在进行倍频和辨向后,将矢量脉冲当量J 进行简单代数累加,即得增量式编码盘的绝对转动位移量,这个位移量的取得是使用编码盘的唯一目标,由结论4可知,当码盘在某一位置发生振幅为|nJ |的抖动时,其累加和不变。
3 基于80196KC 单片机〔2〕
的计数电路原理
基于上面的讨论,要得到增量式编码盘的绝对转动位移量,还必须有对应的倍频、辨向和累加电路。这可以由时序逻辑电路组成计数器实现,并且已经有了较好的倍频和辨向电路〔1〕。根据实际使用的要求,该计数器要有24位二进制以上的计数长度,且能可逆计数。如果采用一般的集成电路实现计数,将有体积庞大、功能单一等不尽人意的地方;市场上出售的大规模集成电路计数器也只能单向计数8～16位,难以满足实际的计数要求。采用单片机作为载体,以硬件和软件相结合的办法,实现光电脉冲编码器的计数,能大幅度提高计数电路的性能。
由80196KC 单片机组成的光电脉冲编码器计数电路原理如图3所示
:
图3
下面简单介绍图3中所示计数器硬件、软件功能:311 硬件功能安排如下
(1)hsi.0作为A B 的边沿检测器。hsi.0工作在事件触发中断状态,且正负边沿都进行触发;hsi.0中断级别应设定为最高。
(2)P 014、P 015、P 016作为A 、B 、Z 的状态输入口。(3)PWM 口输出模拟量,指示光电脉冲编码器的旋转速度。
(4)串行口可以和其他计算机系统进行通讯,以输出速度数字量或计数数字量,也可以串行Z 输出数字量供L ED 进行实时显示。
(5)P2口可并行输出速度或位移数字量。
(6)拨码开关可选择计数器工作状态,如:由用户选择倍频数和输出数字量的形式。312 实现计数的80196K C 的软件应具有如下功能
(1)计数程序工作在中断状态,hsi.0的上升或下跳沿都产生中断,这保证了对所有A B 信号正负边沿的拾取;
(2)根据需要指定3字节或任意个字节片内寄存器作为计数器;
(3)当中断发生时,中断服务程序应立即读入A 、B 的当前状态作为A n +1、B n +1,并根据表1计算出J 的符号,然后根据J 的符号对用于计数的寄存器进行加J 或减J 运算,最后保存A 、B 的状态作为A n 、B n 以供下次中断计算符号使用;这保证了计数脉冲矢量和的正确性;
(4)单片机的主程序即在非中断状态时可根据需要将计数器的数据进行加工后从串行口、PWM 或并行口输出。
4 总结
用80196KC 作为计数器有以下优点:
(1)由于采用80196KC 内部寄存器作为软件计数器,因此计数器的长度没有限制,可设定为任意长度字节。
(2)计数器的倍频、辨向、计数全部由软件实现,不可能出现抖动误计数问题。
(3)计数器数字输出灵活多样,既可输出角度位移,也可在作简单计算后输出速度或其他用户特殊要求的量。
(4)由于系统硬件简单,没有电阻、电容等模拟量元件,加上单片机本身具有的高品质,因此计数器体积小、价格低,且使用灵活,可靠性、实用性大大提高。
和任何计数器电路一样,该计数器对A 、B 两讯号
输出的最高频率,即码盘的最高转速有一定限制。这是由80196KC的中断服务程序执行时间长度决定的。如果不注意这一点,造成中断响应不及时,将造成计数脉冲的丢失。
假设中断服务程序的最大执行时间为Δt,在一个P内要中断4次,则A或B脉冲的输入频率f a max= f b max=1/(4×Δt);根据笔者使用实践,当80196KC 的时钟为16MHz时,Δt≤25μs,这时
f a max=f b max=
1
100×10-6
=10000Hz(5)
这样,计数器每秒能计数10000次,能满足一般电
机码盘的速度要求。该计数器已经用在作者研制的“交流异步电机驱动的数控键槽铣床”〔3〕控制系统中,经长期在工厂使用,证明性能良好。
本文讨论的编码盘计数电路,可以不加改动地用于增量式直线光栅的绝对位移计数中。
参考文献
1 李福生主编.实用数控机床手册.北京:北京出版社,1993.
2 李哲英等编著.MCS96MC68单片机原理与应用.北京:清华大学出版社,1995.
3 孙钰,吴上生,金建新等.交流异步电机驱动的键槽铣床的自学习预报控制.中国机械工程,1996;7(12).
(上接第26页)
这段程序的作用是:接入A3的传感器信号被补偿地测量50次,转换的结果以BCD格式加载到主工作寄存器FLAC,并将FLAC送液晶显示。
上述程序,汇编成宏指令所对应的机器码仅3个8位字节。虽然TSS2400的硬件决定了外部程序EEPROM寻址最大为2k字节,但是对于存放这样高效率的指令程序应用上是足够的。
4 仪器功能、主要特点和主要技术性能
411 图2电路设计是极为精简的,它可实现如下功能:
(1)由于软件的补偿功能,所选用的传感器可以是一个非校正的铂电阻温度传感器;
(2)全标尺非线性±1～±1125L SB,通过补偿和校正,可确保12位A/D转换精度;
(3)A/D转换同S V DD比例相关,典型的S V DD抑制比为-115L SB/V;
(4)单端补偿测量ADC转换时间112μs(典型);
(5)温度稳定度0103L SB(典型)
(6)传感器用EEPROM电源可程控,一枚112Ah 的锂电可使用5年;
(7)电池供电带来极高的抗干扰性能。
412 主要特点
(1)量程比较宽广
由于该仪器几乎不存在普通传感器的非线性范围,因此量程比可调整到100∶1以上,也就是说,用一台传感器即可覆盖多台传感器的量程。
(2)精确度高
可以达到±011%的精确度。
(3)温度特性好
由于传感器已经以对应环境变化的固有特性数据为基础进行了补偿运算,从而使传感器具有良好的环境适应性。
(4)具有灵活性和通用性
采用EEPROM后对于某一种材料构成的热电阻,只要进行标定,将常数存放在EEPROM中,定期标定或更换不同材料的热电偶,再存贮新的满足要求的常数,其灵活性和通用性是显而易见的。
413 主要技术性能
(1)工作电压范围:216～515V;
(2)工作温度范围:0～40℃;
(3)功耗(V DD=3V):011μA(OFF方式);4μA (DON E方式);80μA(ACTIV E方式,不进行A/D转换);300μA(ACTIV E方式,进行A/D转换)。
5 结论
(1)从TSS4002S1的设计性能看到,最具特点也是最关键的在于它的高精度、超低功耗和编程效率、极高的宏编程语言。采用宏编程序用户在几天甚至几小时开发一个应用程序是很实际的。
(2)由于TSS4002S1有较强的数据处理能力,可以通过数据处理进行自动校正、非线性补偿、数字滤波等修正和克服由传感器、放大器等引进的误差和干扰。从而大大提高了仪器的精度和其它性能指标。
(3)能自身测试功能是否正常,自行诊断是否存在故障及故障的部位,提高了仪器的可靠性,简化和加快了仪器的维修工作。
(4)TSS4002S1给产品设计上带来微型化,使得该仪器小巧灵活、便于携带和更适合野外使用。
(5)该仪器可广泛用于塑料机械、橡胶机械、包装机械、食品机械、轻纺机械以及冶金、制冷、化工、医疗等行业的温度监测。配上相应的传感器也可用于压力、流量、液位等物理量的测量。
参考文献
1 〔英〕G.G.巴尼著.李西林等译.智能仪器设计———微处理机在检测与控制中的应用.上海:上海科学技术文献出版社,1992.
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3 林群.E2PROM的编程写入及其在智能仪器设计中的应用.电测与仪表,1989;(8).
湖南工业大学 课程设计 资料袋 理学学院（系、部）2012 ~ 2013 学年第 1 学期 课程名称单片机应用系统指导教师周玉职称副教授学生姓名张思远专业班级电子科学102 学号 题目对外部脉冲计数系统的设计 成绩起止日期2013 年01 月06 日～2013 年01 月10 日 目录清单 湖南工业大学 课程设计任务书 2012 —2013 学年第1 学期
理学院学院（系、部）电子科学专业102 班级 课程名称：单片机应用系统 设计题目：对外部脉冲计数系统的设计 完成期限：自2013 年01 月06 日至2013 年01 月10 日共 1 周 指导教师（签字）：年月日 系（教研室）主任（签字）：年月日
附件三 （单片机应用系统） 设计说明书 （题目） 对外部脉冲计数系统的设计 起止日期：2013 年01 月06 日至2013 年01 月10 日学生姓名张思远 班级电子科学102 学号 成绩 指导教师(签字) 电气与信息工程学院 2012年12 月10 日 一、设计任务： 1．1 外部脉冲自动计数，自动显示。 1．1．1设计一个255计数器：0－255计数，计满后自动清0，重 新计数（在数码管中显示）。 1．1．2设计一个50000计数器：0－50000计数，计满后自动清0， 重新计数（在数码管中显示）。 注：要求首先采用PROTEUS完成单片机最小系统的硬件电路 设计及仿真；程序仿真测试通过后，再下载到单片机实训 板上执行。
二、硬件设计介绍： ※STC89C52单片机； ※6位共阴或者共阴极数码管； ※外部晶振电路； ※ISP下载接口（In system program,在系统编程）； ※DC+5V电源试配器（选配）； ※ISP下载线（选配） ※6个PNP（NPN）三极管 ※12个碳膜电阻 三、硬件设计思路 方案一：五个1位7段数码管，无译码器 方案二：五个1位7段数码管，译码器 方案三：1个6位7段数码管，译码器 方案四：1个6位7段数码管，无译码器 考虑实际中外围设备、资金、单片机资源利用率、节省端口数量，可实行性以及连接方便等问题，采用6为数码管（共阳或者共阴极）由于实际中没买到6位的，采用2个三位数码管并接组合一个6位数码管形式；由于实际P口驱动能力有限，故采用6位三极管增大驱动能力，已便足以使得6位数码管亮度明显正常工作，增加6个电阻限流保护数码管不被烧坏。让数码管a-g7段分别接P1.6—P1.0，6位位选分别接P2.5—P2.0。 方法一：共阴极数码管 硬件图1.0所示：通过npn管放大后，段选高电平有效，位选低电平有效 图1.0共阴极数码管硬件原理图 方法二：共阳极数码管 原理图如图2.0：段选低电平有效，位选低电平有效（通过pnp管连接，不再是高电平有效了，由于特意此接法，共阳极共阴极数码管只是差别段选控制，为程序修改提供极大的方便之处，故程序只需要修改段选地址即可，实现共阳极共阴极互换） 图2.0共阳极数码管硬件原理图 三、程序设计思路： 由于设计是255和50000计数器，对于计数器工作模式二，TL最大值为255，可以实现对255计数，但是对于50000得另寻他路，为了建立不限制计数器模型，改进程序的可更改性可移植性可读行，对计数器模式二另TL1=0FFH(以
广西轻工业 GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY 机械与电气 2009年8月第8期（总第129期） 【作者简介】张顺星（1980-），男，河南焦作人，教师，工程硕士在读，研究方向：电气自动化控制。 1引言 编码器是一种广泛用于位置和角度测量的传感器，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。增量式编码器的输出信号为脉冲信号， 其脉冲个数与相对旋转位移有关,而与旋转的绝对位置无关,其精度较高,而且其成本相对较低。可编程序控制器 （PLC ）作为在工业控制领域占主导地位的基础自动化设备，具有高可靠性、高实用性、功能完善和简单灵活的优点，在工程实际中应用越来越广泛。增量式旋转编码器配合具有高速计数器功能可编程序控制器（PLC ），可以构成一种高精度、低成本的位置控制系统。 2系统构成 以可编程控制器（PLC ）为控制核心，结合电机控制技术、 传感器技术、气动技术为一体的物料自动分拣装置，可以连续、大批量地分拣货物，并且分拣误差率低，使劳动强度大大降低，从而显著提高生产效率。 材料自动分拣装置的结构如图1所示（其中符号具体含义见图1）。图中该装置采用台式结构，内置电源，由可编程控制器（PLC ）、减速电机、旋转编码器、传感器、气缸、电磁阀、气压指示、气泵等部件构成。装置在网孔板上安装颜色识别传感器、电容式接近开关、电感式接近开关，实现如下3种基本功能：（1 ）分拣出金属与非金属；（2）分拣出某一颜色块；（3）分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块。 图1材料自动分拣装置结构图 系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类，当待测物体经下料槽送入传送带后，依次接受各种传感器检测。如果被某种传感器测到则通过相应的气动装置将其推入料槽，否则继续前行。其工作过程如下9个方面：（1）系统送电后，光电编码器便可产生所需的脉冲。（2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行。（3）有物料时，下料气缸动作，将物料推出。（4）当电感式接近开关检测到铁块物料时，推气缸1动作，将待测物料推入下料槽。（5）当电容式接近开关检测到铝块属物料时，推气缸2动作，将待测物料推入下料槽。（6）当颜色识别传感器检测到非金属材料为某一颜色时，推气缸3动作将待测物料推入下料槽。 （7）其他物料被送到预留传感器位置时，气缸4动作，将待测物料推入下料槽。（8）每个气缸通过安装2个磁性开关实现动作限位保护。（9）下料槽内无物料时，延时一段时间后自动停机。 3硬件设计 3.1P LC 的选型3.1.1I/O 点数的确定 根据材料自动分拣装置的控制要求，输入应该有6个传感器信号，即颜色识别传感器、电容式接近开关、电感式接近开关、预留传感器SD 、下料检测传感器和旋转编码器，以及控制5个气缸有动作限位和回位限位的10个信号。相应的输出信号包括控制5个气缸运动的5个电磁阀，以及控制电动机运行的1个信号，合计6个信号。材料自动分拣装置共计需要I/O 点数22个，其中16个用于输入信号，6个用于输出信号。3.1.2PLC 的选择 由于该材料分拣装置的控制为开关量控制，且所需的I/O 点数不多，只要点数I/O 超过22个，且具有高速计数器功能即可。FP0系列PLC 是松下电工生产的袖珍型控制器，最大可以扩展到3个单元128点，具备高速计数器、脉冲输出等高级功能，且500步的程序只需1ms 就可处理完毕。因此，可选择FP0-C14RS 作为控制单元，再加上两个扩展模块FP0-E8X ，便可满足要求。 3.1.3建立I/O 地址分配表 根据所选择的PLC 机型， 对PLC 的I/O 地址编号。系统的增量式旋转编码器在材料自动分拣装置中的应用 张顺星，张玉洁 （陕西工业职业技术学院电气工程系，陕西咸阳712000） 【摘 要】增量式编码器的输出信号为脉冲信号， 其脉冲个数与相对旋转位移有关。编码器配合具有高速计数器功能可编程序控制器（PLC ），可以构成一种高精度、低成本的精确位置控制系统。 【关键词】可编程控制器； 材料自动分拣装置；旋转编码器；位置控制控制【中图分类号】TN762【文献标识码】A 【文章编号】1003-2673(2009)08－68－02 68
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。
增量式旋转编码器工作原理 增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。在接合数字电路特别是单片机后，增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较绝对式旋转编码器更具有廉价和简易的优势。 下面对增量式旋转编码器的内部工作原理（附图） A,B两点对应两个光敏接受管，A,B两点间距为 S2 ,角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。 当角度码盘以某个速度匀速转动时，那么可知输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值相同，同理角度码盘以其他的速度匀速转动时，输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。如果角度码盘做变速运动，把它看成为多个运动周期（在下面定义）的组合，那么每个运动周期中输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。 通过输出波形图可知每个运动周期的时序为 我们把当前的A,B输出值保存起来，与下一个A,B输出值做比较，就可以轻易的得出角度码盘的运动方向， 如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S1弧度夹角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2，除以所消毫的时间，就得到此次角度码盘运动位移角速度。 S0等于S1时，且S2等于S0的1/2时，1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1个运动周期才可以得到运动方向位和位移角度了。
我们常用的鼠标也是这个原理哦。 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。 光电编码器分类和选择 光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移—数字变换的，从50年代开始应用于机床和计算仪器，因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点，在国内外受到重视和推广。近年来更取得长足的发展，在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应用。 光电编码器按编码方式分为二类：增量式与绝对式。 1、增量式编码器特点： 增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时，可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分辩率编码器。 2、绝对式编码器特点： 绝对式编码器有与位置相对应的代玛输出，通常为二进制码或 BCD 码。从代码数大小的变化可以判别正反方向和位移所处的位置，绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为 0—360 度。
万能增量式光电编码器控制的伺服 电机零位调整技巧 下述述两种调法完全取决于你的手工能力和熟练程度,一般来说,每款伺服电机都有自己专门的编码器自动调零软件.不外传仅是出于商业羸利和技术保密.如果你是一家正规的维修店,请不要采用以下方法,应通过正常渠道购买相应的专业设备.实践证明,手工调整如果技巧掌握得当, 工作仔细负责,也可达到同样的效果. 大批量更换新编码器调零方法 第一步:折下损坏的编码器 第二步:把新的编码器按标准固定于损坏的电机上第三步:按图纸找出Z信号和两根电源引出线,一般电源均为5V. 第四步:准备好一个有24V与5V两组输出电源的开关电源和一个略经改装的断线报警器,把0V线与Z 信号线接到断线报警器的两个光耦隔离输入端上。 第五步:在电机转动轮上固定一根二十厘米长的横杆,这样转动电机时转角精度很容易控制. 第六步:所有连线接好后用手一点点转动电机轮子
直到报警器发出报警时即为编码器零位,前后反复感觉一下便可获得最佳的位置,经实测用这种方法校正的零位误差极小,很适于批量调整,经实际使用完全合格.报警器也可用示波器代替,转动时当示波器上的电压波形电位由4V左右跳变0V时或由0V跳变为4V 左右即是编码器的零位.这个也很方便而且更精确.杆子的长度越长精度则越高,实际使用还是用报警器更方便又省钱.只要用耳朵感知就行了.在编码器的转子与定圈相邻处作好零位标记,然后拆下编码器。 第七步:找一个好的电机,用上述方法测定零位后在电机转轴与处壳相邻处作好电机的机械零位标记第八步:引出电机的U V W动力线,接入一个用可控制的测试端子上,按顺序分别对其中两相通入24V 直流电,通电时间设为2秒左右,观察各个电机最终停止位置(即各相的机械零位位置)其中一个始必与刚才所作的机械零位标记是同一个位置.这就是厂方软件固定的电机机械零位,当然能通过厂方专用编码器测试软件直接更改编码器的初始零位数据就更方便了.如果你只有一台坏掉的伺服电机,你就要根据以上获得的几个相对机械零位逐个测试是不是我们所要的那个位置,这一步由伺服放大器的试运行模式来进行测试.有关资料是必须的,否则不要轻易动手,以
单片机脉冲计数器 1、设计内容 用单片机实现对一路脉冲计数和显示的功能。硬件包括单片机最小系统、LED显示、控制按钮；软件实现检测到显示 2、要求 计数范围0~2000； 脉冲输入有光电隔离整形， 有清零按钮 程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP 0100H ORG 0013H LJMP 0150H ORG 0050H MAIN: CLR A MOV 30H , A ;初始化缓存区 MOV 31H , A MOV 32H , A MOV 33H , A MOV R6 , A MOV R7 , A SETB EA SETB EX0 SETB EX1 SETB IT0 SETB IT1 SETB PX1 NEXT1: ACALL HEXTOBCDD ;调用数制转换子程序 ACALL DISPLAY ;调用显示子程序 LJMP NEXT1 ORG 0100H ;中断0服务程序 MOV A , R7 ADD A , #1 MOV R7, A MOV A , R6 ADDC A , #0 MOV R6 , A CJNE R6 , #07H , NEXT CLR A MOV R6 , A MOV R7 , A NEXT: RETI
ORG 0150H ;中断1服务程序 CLR A MOV R6 , A MOV R7 , A RETI ORG 0200H HEXTOBCDD:MOV A , R6 ;由十六进制转化为十进制PUSH ACC MOV A , R7 PUSH ACC MOV A , R2 PUSH ACC CLR A MOV R3 , A MOV R4 , A MOV R5 , A MOV R2 , #10H HB3: MOV A , R7 ;将十六进制中最高位移入进位位中RLC A MOV R7 , A MOV A , R6 RLC A MOV R6 , A MOV A , R5 ;每位数加上本身相当于将这个数乘以2 ADDC A , R5 DA A MOV R5 , A MOV A , R4 ADDC A , R4 DA A ;十进制调整 MOV R4 , A MOV A , R3 ADDC A , R3 DJNZ R2 , HB3 POP ACC MOV R2 , A POP ACC MOV R7 , A POP ACC MOV R6 , A RET ORG 0250H DISPLAY: MOV R0 , #30H MOV A , R5
增量式编码器的工作原理与使用方法 1．工作原理 旋转编码器是一种采用光电等方法将轴的机械转角转换为数字信号输出的精密传感器，分为增量式旋转编码器和绝对式旋转编码器。 光电增量式编码器的工作原理如下：随转轴一起转动的脉冲码盘上有均匀刻制的光栅，在码盘上均匀地分布着若干个透光区段和遮光区段。 增量式编码器没有固定的起始零点，输出的是与转角的增量成正比的脉冲，需要用计数器来计脉冲数。每转过一个透光区时，就发出一个脉冲信号，计数器当前值加1，计数结果对应于转角的增量。 增量式编码器的制造工艺简单，价格便宜，有时也用来测量绝对转角。 2．增量式编码器的分类 1）单通道增量式编码器内部只有一对光电耦合器，只能产生一个脉冲序列。 2）AB相编码器内部有两对光电耦合器，输出相位差为90°的两组脉冲序列。正转和反转时两路脉冲的超前、滞后关系刚好相反。由下图可知，在B相脉冲的上升沿，正转和反转时A 相脉冲的电平高低刚好相反，因此使用AB相编码器，PLC可以很容易地识别出转轴旋转的方向。 需要增加测量的精度时，可以采用4倍频方式，即分别在A、B相波形的上升沿和下降沿计数，分辨率可以提高4倍，但是被测信号的最高频率相应降低。 3）三通道增量式编码器内部除了有双通道增量式编码器的两对光电耦合器外，在脉冲码盘的另外一个通道有1个透光段，每转1圈，输出1个脉冲，该脉冲称为Z相零位脉冲，用 做系统清零信号，或坐标的原点，以减少测量的积累误差。 2．编码器的选型 首先根据测量要求选择编码器的类型，增量式编码器每转发出的脉冲数等于它的光栅的线数。在设计时应根据转速测量或定位的度要求，和编码器的转速，来确定编码器的线数。编码器安装在电动机轴上，或安装在减速后的某个转轴上，编码器的转速有很大的区别。还应考虑它发出的脉冲的最高频率是否在PLC的高速计数器允许的范围内。 3．编码器与PLC高速计数器的配合问题 以S7-200为例，使用单通道增量式编码器时，可选高速计数器的单相加/减计数器模式（模式0~5），可细分为有/无外部方向输入信号、有/无复位输入和有/无启动输入信号。 使用AB相编码器时，高速计数器应选A/B相正交计数器模式（模式9～11），可以实现在正转时加计数，反转时减计数。 4．怎样判断AB相编码器是正转还是反转? S7-200的高速计数器用SM区中的当前计数方向状态位来指示编码器的旋转方向。如果编 码器输出脉冲的周期大于PLC的扫描循环时间的两倍，通过在B相脉冲的上升沿判断A相 脉冲信号的0、1状态，可以判断编码器旋转的方向。
目录 摘要：单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。本课程设计的指导思想是控制单片机实现从0到99的计数功能，其结果显示在两位一体的共阳极数码管上。 关键词：脉冲计数器数码管单片机 本设计基于单片机技术原理,以单片机芯片STC89C52作为核心控制器,通过硬件电路的制作以及软件程序的编制,设计制作出一个计数器,包括以下功能：输出脉冲,按下键就开始计数,并将数值显示在两位一体的共阳极数码管上。 1课题原理 PCB板上设置开始计数按键和清零按键，以上按键与89C52单片机的P1口连接，通过查询按键是否被按下来判断进行计数或者清零。若按下计数健，则单片机控制两位一体的共阳极数码管显示从00开始的数字，按下一次，则数字加一，一次类推；若按下清零键，则程序返回程序开始处，并且数码管显示00。
2 硬件及软件设计 2.1 硬件系统 2.1.1 硬件系统设计 此设计是在单片机最小系统的基础上进行开发和拓展，增加了按键电路和和数码管显示电路，由于单片机输出电流不足以驱动数码管发光，所以数码管需要驱动电路。我们采用了三极管对数码管电流进行放大，使电流大小达到要求值。 2.1.2 单元电路设计 基本框架如下图2.1 2.1基本框架
1．STC89C52芯片 STC89C52RC芯片包括： 8k字节 Flash，512字节RAM， 32位I/O口 线，看门狗定时器，两个数据指针， 三个16位定时器/计数器，一个6向 量2级中断结构，全双工串行口，片 内晶振及时钟电路。STC89C52RC芯片 可降至0Hz静态逻辑操作，时钟频率 0-80MHz，支持2种软件可选择节电 模式。空闲模式下，CPU停止工作， 允许RAM、定时器/计数器、串口、中 断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片 机一切工作停止，直到下一个中断或 硬件复位为止。8位微控制器8K字节 在系统可编程。芯片如图2.4所示。 图2.4 STC89C52芯片 2．按键电路 K1键为启动键,K2键为清零键,K3键为计数键,通过按钮的连接，实现开始、计数清零功能，连接电路如图2.5所示。 图2.5 按键电路
增量编码器概述 工作原理： 增量编码器是一种将旋转位移转换为一连串数字脉冲信号的旋转式传感器。这些脉冲用来控制角位移。在Eltra 编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。读数系统以由交替的透光窗口和不透光窗口构成的径向分度盘（码盘）的旋转为依据，同时被一个红外光源垂直照射，光把码盘的图像投射到接收器表面上。接收器覆盖着一层衍射光栅，它具有和码盘相同的窗口宽度。接收器的工作是感受光盘转动所产生的变化，然后将光变化转换成相应的电变化。再使低电平信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方形脉冲，这就必须用电子电路来处理。读数系统通常采用差分方式，即将两个波形一样但相位差为180°的不同信号进行比较，以便提高输出信号的质量和稳定性。读数是再两个信号的差别基础上形成的，从而消除了干扰。 增量编码器 增量编码器给出两相方 波，它们的相位差90°，通常 称为A 通道和B 通道。其中一个通道给出与转速相关的信息，与此同时，通过两个通道信号进行顺序对比，得到旋转方向的信息。还有一个特殊信 号称为Z 或零通道，该通道给 出编码器的绝对零位，此信号是一个方波与A 通道方波的中心线重合。 增量型编码器精度取决于机械和电气两种因素，这些因素 有：光栅分度误差、光盘偏心、轴承偏心、电子读数装置引入的 误差以及光学部分的不精确性。确定编码器精度的测量单位是电 气上的度数，编码器精度决定了编码器产生的脉冲分度。以下用 360°电气度数来表示机械轴的转动，而轴的转动必须是一个完 整的周期。要知道多少机械角度相当于电气上的360度，可以用 下列公式来计算： 电气360 =机械360°/n °脉冲/转 图：A 、B 换向时信号 编码器分度误差是以电气角度为单位的两个连续脉冲波的最大偏移来表示。误差存在于任何编码器中，这是由前述各因素引起的。Eltra 编码器的最大误差为±25电气角度（在已声明的任何条件下），相当于额定值偏移±7%，至于相位差90°（电气上）的两个通道的最大偏差为±35电气度数相当于额定值偏移±10%左右。 UVW 信号增量型编码器 除了上述传统的编码器外，还有一些是与其它的电气输出信号集成在一起的增量型编码器。与UVW 信号集成的增量型编码器就是实例，它通常应用于交流伺服电机的反馈。这些磁极信号一般出现在交流伺服电机中，UVW 信号一般是通过模拟磁性原件的功能而设计的。在Eltra 编码器中，这些UVW 信号是用光学方法产生，并以三个方波的形式出现，它们彼此偏移120°。为了便于电机启动，控制电动机用的启动器需要这些正确的信号。这些UVW 磁极脉冲可在机械轴旋转中重复许多次，因为它们直接取决于所连接的电机磁极数，并且用于4、6或更多极电机的UVW 信号。
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
增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。在接合数字电路特别是单片机后，增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较绝对式旋转编码器更具有廉价和简易的优势。 下面对增量式旋转编码器的内部工作原理（附图） A,B 两点对应两个光敏接受管，A,B 两点间距为 S2 ,角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。当角度码盘以某个速度匀速转动时，那么可知输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值相同，同理角度码盘以其他的速度匀速转动时，输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。如果角度码盘做变速运动，把它看成为多个运动周期（在下面定义）的组合，那么每个运动周期中输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。 通过输出波形图可知每个运动周期的时序为 顺时针运动： A B 逆时针运动： A B 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1
我们把当前的A,B输出值保存起来，与下一个A,B输出值做比较，就可以轻易的得出角度码盘的运动方向（如果A,B输出11后输出01，则为顺时针；如果输出11后马上输出10，则为逆时针），如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S1弧度夹角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2，除以所消毫的时间，就得到此次角度码盘运动位移角速度。 S0等于S1时，且S2等于S0的1/2时，1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1个运动周期才可以得到运动方向位和位移角度了。 我们常用的鼠标也是这个原理。 （以上自https://www.doczj.com/doc/e515398017.html,/pjblog/article.asp?id=11） 增量式的编码器断电后参考点消失，绝对值型的断电能够保持。所以用绝对值型的编码器做的伺服装置失电后可以不用寻找参考点，而增量式的编码器每次设备上电后都必须寻找参考点。 绝对值的有零点和满点的设置，和楼上说的一样，表示的对应设置的位置，即使掉电，也能保持，多用于象闸门的开/关。增量值则没有零点（也就是范围的设置），可以一直接收脉冲信号，那么回原点就要有参考点了，可以用程序或相关的其它硬件帮助寻找。 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////////////////////////////////////////////// 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90o，从而可方便地判断出旋转方
光电编码器的特性及应用 2009-04-09 15:31 1.光电编码器的工作原理 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90o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。 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。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 混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。 光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理 转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。 2. 光电编码器的应用电路 2.1 EPC－755A光电编码器的应用 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。
PLC与增量型旋转编码器的连接 首先，确定PLC是源型输入还是漏型输入，然后选择其所支持型号的编码器。 源型是电流流出，漏型是电流流入。因各品牌厂家PLC设计使用的不同，对于源型和漏型的定义也相对不同(例如三菱的定义和西门子的定义正好相反)，三菱的源型输入与漏型输入，都是相对于PLC 公共端(COM端或M端)而言，电流流出则为源型，电流流入则为漏型。西门子的源型输入与漏型输入，都是相对于PLC输入端子而言，电流流出则为源型，电流流入则为漏型。 PNP与NPN传感器： NPN集电极开路输出电路的输出OUT端通过开关管和0V连接，当传感器动作时，开关管饱和导通，OUT端和0V相通，输出0V低电平信号;PNP集电极开路输出电路的输出OUT端通过开关管和+V连接，当传感器动作时，开关管饱和导通，OUT端和+V相通，输出+V 高电平信号。 源型：三菱：公共端接电源负，输入端接电源正，支持PNP传感器；
西门子：公共端接正，输入端接负，支持NPN传感器； 漏型：三菱：公共端接正，输入端接负，支持NPN传感器；(常用) 西门子：公共端接负，输入端接正，支持PNP传感器。(常用) 判断源型还是漏型输入，只需将plc输入点和公共点短接，如果输入指示灯亮，则为源型输入plc，plc公共点需要接0v，支持PNP传感器。 三菱源型PLC与PNP编码器的接线图 三菱漏型PLC与NPN编码器的接线图（常用）
编码器计算公式(https://www.doczj.com/doc/e515398017.html,) 编码器计算公式 1. 传动(减速)电机线速度计算公式: (1) 线速度计算公式 (1秒脉冲÷编码器分辨率=圈数/秒) (1秒脉冲÷编码器分辨率×传动轮周长×60秒)÷1000毫米=传动线速度(米/分钟) (2) 脉冲当量计算公式 编码器分辨率÷传动轮盘周长=传动轮脉冲当量 2. 运用丝杆计算开合宽度 (1)编码器分辨率÷丝杆螺距=丝杆移动距离脉冲当量
1.引言 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。 单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 数字钟是采用数字电路实现对时,分,秒。数字显示的计时装置,广泛用于比赛,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 2 设计要求 1、具有24s计时功能。 2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停 /连续功能。 3、计时器为24秒递减时，计时间隔为1秒。 4、计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。 5、有直接清零然后恢复到24秒，准备重新开始计数。 学生在教师指导下，综合运用所学知识完成基于单片机的篮球比赛24秒计时器设计。要求设计一个24秒计时电路，并具有时间显示的功能。 要求： 1、设置外部操作开关，控制计数器的直接清零、启动和暂停/连续计时。
2、要求计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1。 3、当计时器减到0时，显示器上显示00，同时发出光电报警信号。 3设计思路： 选用AT89C51作为主控芯片，晶振是6KHz，机械周期为1ms，所以循环10次为1s。P0口作为段码输出，P2.0、P2.1作为位控，高电平有效。数码管是液晶显示，采用动态显示，两个串行口作为中断入口，高电平有效，启动T0定时器/计数器进行计数，低电平有效。图2.2.1是系统硬件设计电路图一。 时间设置完后，启动定时器T0开始定时计数。计时采用倒计时，比如：设置的时间为24秒钟，则在LED上显示24两位数。定时T0计数24秒后中断返回，继续定时计数下一个24秒；同时则在2位LED显示器上显示，表示时间已经过去1秒钟，即为23秒。这样一直持续下去。知道变为“00”时表示赛程结束。如果比赛中裁判叫停，则只要按下键，即可暂停计时。
绝对编码器与增量编码 器的区别 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
一、光电编码器:光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量被测物的转角或直线位移量。 增量式旋转编码器 定义:用光信号扫描分度盘（分度盘与转动轴相联），通过检测、统计信号的通断数量来计算旋转角度 增量式旋转编码器的特点: 1)编码器每转动一个预先设定的角度将输出一个脉冲信号，通过统计脉冲信号的数量来计算旋转的角度，因此编码器输出的位置数据是相对的； 2)由于采用固定脉冲信号，因此旋转角度的起始位可以任意设定； 3)由于采用相对编码，因此掉电后旋转角度数据会丢失需要重新复位。增量式编码器综述 特点:数字编码, 根据旋转角度输出脉冲信号；根据旋转脉冲数量可以转换为速度 选型: - 旋转一周对应的脉冲数 (256, 512, 1024, 2048)；输出信号类型 (TTL, HTL, push-pull mode)；电压类型 (5V, 24V)；最大分辨速度 优点:分辨能力强；测量范围大；适应大多数情况 缺点:断电后丢失位置信号；技术专有，兼容性较差 绝对式旋转编码器
定义:用光信号扫描分度盘（分度盘与传动轴相联）上的格雷码刻度盘以 确定被测物的绝对位置值，然后将检测到的格雷码数据转换为电信号以 脉冲的形式输出测量的位移量 绝对式旋转编码器的特点: 1）在一个检测周期内对不同的角度有不同的格雷码编码，因此编码器输出的位置数据是唯一的； 2）因使用机械连接的方式，在掉电时编码器的位置不会改变，上电后立 即可以取得当前位置数据； 3）检测到的数据为格雷码，因此不存在模拟量信号的检测误差； 绝对式编码器综述 特点:数字编码, 根据旋转角度输出脉冲信号；根据输出的脉冲信号可以 转化为速度. 选型:单编码盘 / 多编码盘 (测量一个或二个旋转变量)；代码 (格雷码, BCD码, 二进制码) 信号传输方式 (并口, 串口)；分辨率；最大旋转速度 优点:1）结构简单2）角行程编码 (通过旋转轴获得)3）线性编码 (激 光远距离测量)4）掉电不影响编码数据的获得5）最大24位编码 缺点:比较贵 混合式旋转编码器定义：用光信号扫描分度盘（分度盘与转动轴相 联），通过检测、统计光信号的通断数量来计算旋转角度，同时输出绝 对旋转角度编码与相对旋转角度编码
实验六单片机定时、计数器实验2——脉冲计数器 一、实验目的 1.AT89C51有两个定时/计数器，本实验中，定时/计数器1（T1）作定时器用，定时1s；定时/计数器0（T0）作计数器用。被计数的外部输入脉冲信号从单片机的P3.4（T0）接入，单片机将在1s内对脉冲计数并送四位数码管实时显示，最大计数值为0FFFFH。 2.用proteus设计、仿真基于AT89C51单片机的脉冲计数器。 3.学会使用VSM虚拟计数/计时器。 二、电路设计 1.从PROTEUS库中选取元件 ①AT89C51：单片机； ②RES：电阻； ③7SEG-BCD- GRN：七段BCD绿色数码管； ④CAP、CAP-ELEC：电容、电解电容； ⑤CRYSTAL：晶振； SEG-COM- GRN为带段译码器的数码管，其引脚逻辑状态如图所示。
对着显示的正方向，从左到右各引脚的权码为8、4、2、1。 2.放置元器件 3.放置电源和地 4.连线 5.元器件属性设置 6.电气检测 7.虚拟检测仪器 （1）VSM虚拟示波器 单击小工具栏中的按钮，在对象选择器列表中单击COUNTER（计 数/计时器），打开其属性编辑框，单击运行模式的下拉菜单，如图所示，可选择计时、频率、计数模式，当前设置其为频率计工作方式。 （2）数字时钟DCLOCK 单击按钮，在对象选择器中选择DCLOCK（数字时钟）。在需要添加信 号的线或终端单击即可完成添加DCLOCK输入信号。当前信号设置为DIGITAL型的时钟CLOCK，频率为50K。 三、源程序设计、生成目标代码文件 1.流程图 2.源程序设计 通过菜单“sourc e→Add/Remove Source Files…”新建源程序文件：DZC36.ASM。 通过菜单“sourc e→DZC36.ASM”，打开PROTEUS提供的文本编辑器SRCEDIT，在其中编辑源程序。 程序编辑好后，单击按钮存入文件DZC32.ASM。 3.源程序编译汇编、生成目标代码文件 通过菜单“sourc e→Build All”编译汇编源程序，生成目标代码文件。