线性分组码编码器的设计
闫朋涛
（陕西理工学院电信工程系电子信息工程专业,2007级6班，陕西汉中 723000）
指导教师：秦伟
[摘要]本设计主要介绍了线性分组码的特点及编码原理，使用Verilog语言对线性分组码编码器进行模拟与仿真，解决对一个随机产生的序列进行线性分组码编码的问题，最后对仿真结果进行分析。
[关键词]线性分组码；设计仿真；MAX-PLUS Ⅱ.
目录
引言 (2)
第一章绪论 (2)
1.1 差错控制编码 (2)
1.1.1 概述 (2)
1.1.2 纠错编码原理 (2)
1.2 汉明码编码 (3)
1.2.1 汉明码的定义 (3)
1.2.2 汉明码的构造特点 (3)
第二章(7,4)汉明码的编码原理 (3)
2.1 基本构造 (3)
2.2 监督矩阵 (5)
2.3 生成矩阵 (5)
第三章(7,4)汉明码编译码的设计和仿真 (6)
3.1 (7,4)汉明码的编码思路 (6)
3.2 (7,4)汉明码的编码程序设计 (6)
3.3 (7,4)汉明码的编码程序的编译 (7)
3.4 (7,4)汉明码的编码程序的仿真 (9)
致谢 (10)
参考文献 (10)
附录 (11)
引言
今年来，随着计算机、卫星通信及高速数据网的飞速发展，数据的交换、处理和存储技术得到了广泛的应用，人们对数据传输和存储系统的可靠性提出来了越来越高的要求。经过长时间的努力，通过编译码来控制差错、提高可靠性的方式在信道传输中得到了大量的使用和发展，并形成了一门新的技术——纠错编码技术。
纠错编码按其码字结构形式和对信息序列处理方式的不同分为两大类：分组码和卷积码。
本课程设计主要解决对一个包含二进制序列的文档中的数据进行（7,4）线性分组编码，并借助MAX-PLUSⅡ仿真平台，通过编写源程序文件，运行后对系统进行仿真分析。
第一章绪论
1.1 差错控制编码
1.1.1 概述
数字信号在传输过程中，由于受到干扰的影响，码元波形将变坏。接收端收到后可能发生错误判决。由于乘性干扰引起的码间串扰，可以采用均衡的办法来纠正。而加性干扰的影响则需要用其他办法解决。在设计数字通信系统时，应该首先从合理选择调制制度，解调方法以及发送功率等方面考虑，使加性干扰不足以影响到误码率要求。在仍不能满足要求时，就要考虑采用差错控制措施了。
从差错控制角度看，按加性干扰引起的错码分布规律不同，信道可以分为3类，即随机信道，突发信道和混合信道。在随机信道中，错码的出现是随机的，而且错码之间是统计独立的。在突发信道中，错码是成串集中出现的，而且在短促的时间段之间存在较长的无错码区间。把既存在随机错码又存在突发错码的的信道称为混合信道。对于不同类型的信道，应该采用不同的差错控制技术。
1.1.2 纠错编码原理
我们把信息码分组，为每组信息码附加若干监督码的编码称为分组码(block code).在分组码中，监督码元仅监督本码组中的信息码元。分组码一般用符号（n，k）表示，其中n 是码组的总位数，又称为码组的长度（码长），k是码组中信息码元的数目，n-k=r为码组中的监督码元的数目，或者称为监督位数目，分组码的结构如图2示，图中前k位为信息位，后面附加r个监督位。其中c n-1到c r为k个信息位，c r-1到c0为r个监督位。
图1-1-1 分组码的结构
在分组码中，把码组中“1”的个数称为码组的重量，简称码重。把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离，简称为码距，码距又称为汉明距离。我们把某种编码中各个码组之间距离的最小值称为最小码距（d0）。
一种编码的最小距离的大小直接关系着这种编码的检错与纠错能力：
（1）为检测e个错码，要求最小码距d0大于等于e+1;
(2)为了纠正t个错码，要求最小码距d0大于等于2t+1；
(3)为纠正t个错码同时检测e个错码，要求最小码距d0大于等于e+t+1（e>t）.
1.2 汉明码编码
Hamming码中文称作汉明码。汉明码是由汉明于1950年提出的，具有纠正一位错误能力的线性分组码它的突出特点是：编译码电路简单，易于硬件实现；用软件实现编译码算法时，软件效率高；而且性能比较好。
1.2.1 汉明码的定义
若一致监督矩阵H 的列是由不全为0且互不相同的所有二进制m(m≥2的正整数)重组成，则由此H矩阵得到的线性分组码称为[2m-1,2m-1-m，3]汉明码。
1.2.2 汉明码的构造特点
1)．绐定一个m，我们由二进制m 重组成线性分组码的监督矩阵H，由二进制m重来标定一个发生错误的位置。由此可知，二进制m 重共有2 种位组合，去掉一个全为0的位组合，则余下共有2m-1种位组合。故汉明码的最大码长n=2m-1。
2)．由上面分析，我们可以知道：m 即是汉明码监督位的位数。
3)．汉明码的距离为3，因此可以纠正1位错误，检出2位错误。
第二章(7,4)汉明码的编码原理
2.1 基本构造
对于码组长度为n、信息码元为k位、监督码元为r＝n－k位的分组码，常记作（n，k）码，如果满足2r－1≥n，则有可能构造出纠正一位或一位以上错误的线性码。
下面我们通过（7，4）汉明码的例子来说明如何具体构造这种码。设分组码（n，k）中，k = 4，为能纠正一位误码，要求r≥3。现取r＝3，则n＝k＋r＝7。我们用c[6] [5] c[4] c[3]c[2] c[1] c[0]表示这7个码元，用S1、S2、S3表示由三个监督方程式计算得到的校正子，并假设三位
S 1、S
2
、S
3
校正子码组与误码位置的对应关系如表1所示。
表2-1 校正子和错码位置关系
由表可知，当误码位置在c 2、c 4、c 5、c 6时，校正子S 1＝1；否则S 1＝0。因此有S 1＝c 6⊕
c 5⊕c 4⊕c 2，同理有S 2＝c 6⊕c 5⊕c 3⊕c 1和S 3＝c 6⊕c 4⊕c 3⊕c 0。在编码时c 6、c 5、c 4、c 3
为信息码元，c 2、c 1、c 0为监督码元。则监督码元可由以下监督方程唯一确定：
c 6⊕c 5⊕c 4⊕c 2 = 0
c 6⊕c 5⊕c 3⊕c 1 = 0 (2.1.1)
c 6⊕c 4⊕c 3⊕c 0 = 0 也即
c 2＝c 6⊕c 5⊕c 4
c 1＝c 6⊕c 5⊕c 3 （2.1.2） c 0=c 6⊕c 4⊕c 3
由上面方程可得到表2所示的16个许用码组。在接收端收到每个码组后，计算出S 1、
S 2、S 3，如果不全为0，则表示存在错误，可以由表1确定错误位置并予以纠正。举个例子，
假设收到码组为0000011，可算出S 1S 2S 3=011,由表1可知在c 3上有一误码。通过观察可以看出，上述（7，4）码的最小码距为d min ＝3，纠正一个误码或检测两个误码。如果超出纠错能力则反而会因“乱纠”出现新的误码. 表2-2 （7,4）汉明码的许用码组
2.2 监督矩阵
上面有提到过，线性码是指信息位和监督位满足一组线性代数方程的码，式(2.1.1)就是这样的例子，现在将它改写成
1*c
6⊕1*c
5
⊕1*c
4
⊕0*c
3
⊕1*c
2
⊕0*c
1
⊕0*c
=0
1*c
6⊕1*c
5
⊕0*c
4
⊕1*c
3
⊕0*c
2
⊕1*c
1
⊕0*c
=0 (2.2.1)
1*c
6⊕0*c
5
⊕1*c
4
⊕1*c
3
⊕0*c
2
⊕0*c
1
⊕1*c
=0
我们可以将式（1.1.3）表示成如下的矩阵形式：
c
6
c
5
1 1 1 0 1 0 0 c4 0
1 1 0 1 0 1 0 c3 = 0 （2.2.2）
1 0 1 1 0 0 1 c
2 0
c
1
c
式（2.2.2）还可以简记为H*C T=0T或C*H T=0（2.2.3）其中:
1 1 1 0 1 0 0
H= 1 1 0 1 0 1 0 C= c6c5c4c3c2c1c0 0= 000
1 0 1 1 0 0 1
上角“T”表示将矩阵转置。例如H T是H的转置，即H T的第一行为H的第一列，第二行为第二列。
我们将H称为监督矩阵(parity—check matrix)。由（2.2.2）和(2.2.3)都可以看出，H 的行数就是监督关系式的数目r，H的每一行中的“1”的位置表示相应码元之间存在的监督关系。式（2.2.2）中的H矩阵可以分为两部分。
1 1 1 0 1 0 0
H= 1 1 0 1 0 1 0 = PI r (2.2.4)
1 0 1 1 0 0 1
式中：P为r*k阶矩阵；I r为r*r阶单位方阵。
2.3 生成矩阵
由代数理论可知，H矩阵的的各行应该是线性无关的，否则将得不到r个线性无关的监督关系式，从而也得不到r个独立的监督位。若一矩阵可以写成PI r的矩阵形式，则其各行一定是线性无关的。因为容易验证I r的各行是线性无关的，故PI r的各行也是线性无关的。
类似于（2.1.1）改成（2.2.2）那样，（2.1.2）可以改写成：
c
6
c
2
1 1 1 0 c5
c
1
= 1 1 0 1 c4 （2.3.1）
c
1 0 1 1 c3
或者
1 1 1
c 2c
1
c
=c6c5c4c3 1 1 0 = c6c5c4c3Q (2.3.2)
1 0 1
0 1 1
其中，Q为一个k*r阶矩阵，它为P的转置，即: Q=P T
上式表示，在信息位给定后，用信息位的行矩阵乘矩阵Q就产生出监督位。
我们将Q的左边加上一个k*k阶单位方阵，就构成一个矩阵G
1 0 0 0 1 1 1
G= I
K
Q = 0 1 0 0 1 1 0 (2.3.3)
0 0 0 1 0 1 1
G称为生成矩阵（generator matrix），因为由它可产生整个码组，即有
c 6c
5
c
4
c
3
c
2
c
1
c
= c6c5c4c3G= C (2.3.4)
第三章(7,4)汉明码编译码的设计和仿真
3.1 (7,4)汉明码的编码思路
(7,4)汉明码的编码就是将输入的四位信息码编成七位的汉明码，即加入三位监督位。根据式(2.3.4）C = [c6 c5 c4 c3] ·G可知，信息码与生成矩阵G的乘积就是编好以后的(7,4)汉明码，而生成矩阵G又是已知的，由式(2.3.3)得：
1 0 0 0 1 1 1
G = 0 1 0 0 1 1 0
0 0 1 0 1 0 1
0 0 0 1 0 1 1
所以，可以得出如下方程组：
c[6] = u[3];
c[5] = u[2];
c[4] = u[1];
c[3] = u[0];
c[2] = u[1] + u[2] + u[3];
c[1] = u[0] + u[2] + u[3];
根据式(3.1.1)就可以编出编码程序了。
3.2 (7,4)汉明码的编码程序设计
输入信息码u[3] u[2] u[1] u[0]，输出(7,4)汉明码c[6] [5] c[4] c[3] c[2] c[1] c[0]。
首先，输入信息码u[3] u[2] u[1] u[0]，即使用以下语句：
port(u:in std_logic_vector(3 downto 0);
然后，根据式(2.2.1)，就可以得到监督位与信息码之间的对应关系，使用异或运算，即：c[6] = u[3];
c[5] = u[2];
c[4] = u[1];
c[3] = u[0];
c[2] = u[1] ^ u[2] ^ u[3];
c[1] = u[0] ^ u[2] ^ u[3];
c[0] = u[0] ^ u[1] ^ u[3]
最后，将算好的监督位与原来输入的信息一起输出，就是编码结束了。
3.3 (7,4)汉明码的编码程序的编译
（1）在max+plus Ⅱ中编译如下所示：
编译结果如下：
图3-3-2
（2）在max+plus Ⅱ采用文本输入法：
(7,4)汉明码的编码程序如下：
module linear(c,u,clk);
output[6:0] c;
input[3:0] u;
input clk;
reg[6:0] c;
always @(posedge clk)
begin
c[6] = u[3];
c[5] = u[2];
c[4] = u[1];
c[3] = u[0];
c[2] = u[1] ^ u[2] ^ u[3];
c[1] = u[0] ^ u[2] ^ u[3];
c[0] = u[0] ^ u[1] ^ u[3] ;
end
endmodule
文本编辑如下:
图3-3-3 编译结果:
图3-3-4 3.4 (7,4)汉明码的编码程序的仿真
在max+plus Ⅱ采用波形编辑器：
编译结果如下：
图3-4-2
编辑如图所示:
图3-4-3
致谢
感谢秦老师在这次课程设计当中对我的辅导和帮助，老师用他的辛苦和汗水让我学到了很多课本上学不到的知识，也让我彻底领悟了许多在平时学习当中遇到的知识的盲点，感谢这段时间来老师对我的悉心指导。
参考文献
1. 潘松、黄继业.EDA技术实用教程.科学出版社，2009；
2. 樊昌信、曹丽娜. 通信原理. 国防工业设计，2006；
3. 曹雪虹、张宗橙.信息论与编码（第2版）.清华大学出版社，2009。
附录
源程序：
module linear(c,u,clk); output[6:0] c;
input[3:0] u;
input clk;
reg[6:0] c;
always @(posedge clk)
begin
c[6] = u[3];
c[5] = u[2];
c[4] = u[1];
c[3] = u[0];
c[2] = u[1] ^ u[2] ^ u[3]; c[1] = u[0] ^ u[2] ^ u[3]; c[0] = u[0] ^ u[1] ^ u[3] ; end
endmodule
基于Matlab的卷积码译码器的 设计与仿真 学生姓名：指导老师：** 摘要本课程设计主要解决对一个卷积码序列进行维特比(Viterbi)译码输出, 并通过Matlab软件进行设计与仿真，并进行误码率分析。在课程设计中，系统开发平台为Windows Vista Ultimate，程序设计与仿真均采用Matlab R2007a(7.4)，最后仿真详单与理论分析一致。 关键词课程设计；卷积码译码器；Matlab；Simulink；设计与仿真 1引言 本课程设计主要解决对一个卷积码序列进行维特比(Viterbi)译码输出,并通 过Matlab软件进行设计与仿真。卷积码的译码有两种方法——软判决和硬判决，此课程设计采用硬判决的维特比译码。 1.1课程设计目的 卷积码是一种向前纠错控制编码。它将连续的信息比特序列映射为连续的编码器输出符号。这种映射是高度结构化的，使得卷积码的译码方法与分组码译码所采用的方法完全不同。可以验证的是在同样复杂度情况下，卷积码的编码增益要大于分组码的编码增益。对于某个特定的应用，采用分组编码还是采用卷积编码哪一种更好则取决于这一应用的具体情况和进行比较时可用的技术[1]。 本课程设计便是通过Matlab设计一个硬判决维特比译码输出的完整电路，并进行误码率分析。
1.2 课程设计的原理 卷积码，又称连环码，是由伊莱亚斯(P.elias)于1955年提出来的一种非分组码。 卷积编码的最佳译码准则为：在给定已知编码结构、信道特性和接收序列的情况下，译码器将把与已经发送的序列最相似的序列作为传送的码字序列的估值。对于二进制对称信道，最相似传送序列就是在汉明距离上与接收序列最近的序列。 卷积码的译码方法有两大类：一类是大数逻辑译码，又称门限译码(硬判决，编者注)；另一种是概率译码(软判决，编者注)，概率译码又分为维特比译码和序列译码两种。门限译码方法是以分组码理论为基础的，其译码设备简单，速度快，但其误码性能要比概率译码法差[2]。 当卷积码的约束长度不太大时，与序列译码相比，维特比译码器比较简单，计算速度快。维特比译码算法是1967年由Viterbi提出，近年来有大的发展。目前在数字通信的前向纠错系统中用的较多，而且在卫星深空通信中应用更多，该算法在卫星通信中已被采用作为标准技术。 2维特比译码原理 采用概率译码的基本思想是：把已接收序列与所有可能的发送序列做比较，选择其中码距最小的一个序列作为发送序列。如果发送L组信息比特，那么对于(n,k)卷积码来说，可能发送的序列有2kL个，计算机或译码器需存储这些序列并进行比较，以找到码距最小的那个序列。当传信率和信息组数L较大时，使得译码器难以实现。维特比算法则对上述概率译码做了简化，以至成为了一种实用化的概率算法。它并不是在网格图上一次比较所有可能的2kL条路径(序列)，而是接收一段，计算和比较一段，选择一段最大似然可能的码段，从而达到整个码序列是一个最大似然值得序列。 下面以图2.1的(2，1，3)卷积码编码器所编出的码为例，来说明维特比解码的方法和运作过程。为了能说明解码过程，这里给出该码的状态图，如图2.2所
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
光电编码器原理及应用实例介绍 1.光电编码器原理 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
XX大学 课程设计说明书 学生姓名：学号： 学院：信息与通信工程学院 专业：电子信息科学与技术 题目：旋转编码器电路 指导教师：职称: 年月日
XX大学 课程设计任务书 2008/2009 学年第一学期 学院： 专业： 学生姓名：学号： 课程设计题目：旋转编码器电路 起迄日期：12月29日～1月9日 课程设计地点： 指导教师： 系主任： 下达任务书日期: 年月日
课程设计任务书 1．设计目的： 通过本课程设计, 主要训练和培养学生综合应用所学过的电路、低频、数字、高频等课程的相关知识，设计实用的电子电路方面的实际电路，包括：查阅资料、合理性的设计、分析和解决实际问题的能力，电路设计工具PROTEL的学习与应用，应用计算机的能力，用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： （1）学习和练习电路设计PROTEL软件， （2）把旋转编码器输出的信号，经整形后送给计数器，使计数器开始计数。 （3）在旋转编码器时有两种方式，顺时针和逆时针，此时方式控制端的触发沿是不一样的。 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 画出电路图，并进行原理图的详细叙述， （1）尽量给出元器件的型号和数值， （2）尽量画出PCB图， （3）写出符合格式要求的设计报告。
课程设计任务书 4．主要参考文献： 5．设计成果形式及要求： 设计说明书及相关电路图 6．工作计划及进度： 2008年12 月29 日~ 12月31 日了解设计题目及熟悉资料； 2009年1月1日~ 1月2 日确定各题目要求计算相关参数； 2009年1月2日~ 1月3 日结合各题目确定具体设计方案； 2009年1月3日~ 1月8 日结合要求具体设计并仿真、整理报告； 2009年1月9日答辩。 系主任审查意见： 签字： 年月日
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。
模块1习题参考答案 一、选择题 1-6 ADCCB B 二、问答题 1.简述多媒体系统的组成 多媒体系统由多媒体硬件系统和多媒体软件系统组成。多媒体硬件系统主要由多媒体计算机、多媒体存储设备、多媒体输入/输出设备和多媒体接口设备组成；多媒体软件系统主要由多媒体操作系统、多媒体驱动程序、多媒体数据处理软件、多媒体开发工具和多媒体系统组成。 2. 简述多媒体系统的分类 多媒体系统从基于功能和基于应用的角度不同可以分为两大类。从基于功能来分可以分为多媒体开发系统、多媒体演示系统、多媒体教育/培训系统；从基于应用来分可以分为多媒体出版系统、多媒体娱乐系统、多媒体通信系统、多媒体信息咨询系统、多媒体数据库系统。 3. 常用的压缩编码方法可分为哪两类？常用的数据压缩标准有哪些？ 常用的压缩编码方法可分为无损压缩和有损压缩两种。所谓无损压缩，就是毫无损失地将数据信息进行压缩，解压缩后能够完全还原原始信号的一种压缩算法；有损压缩，是以牺牲原始数据中的部门信息为前提进行压缩，这种压缩算法在还原后可能会丢失部分的信息。
常用的数据压缩标准有JPEG标准、MEPG标准、H.261标准和JBIG标准。 4.简述数据压缩的可行性 首先，数据中存在着大量的冗余，如空间冗余、时间冗余和感觉冗余，这就为数据压缩提供了可能性；其次，就是利用了人耳、人眼对信号的时间变化和幅度变化的感受能力都有一定的极限这一特点，为数据压缩提供了可能性。 模块2习题参考答案 一、选择题 1．C 2．B 3．D 4．D 5．C 6．A 7．B 8．B 二、问答题 1．获取文本数据通常有哪些方法？ 答：主要有键盘输入、手写输入、语音输入和扫描仪输入等。键盘输入是主要的输入方法，通过键盘，英文信息可直接输入，中文信息则通过不同的中文输入编码来完成；手写输入是一种非常人性化的中英文输入法，适合于不习惯键盘操作的人群和没有标准英文键盘的场合；语音输入是通过计算机中的音频处理系统（主要包括声卡和麦克风），采集处理人的语音信息，再经过语音识别处理，将说话内容转换成对应的文字完成输入；扫描仪输入是指用扫描仪将印刷文字以图像的方式扫描到计算机中，再用OCR文字识别软件将图像中的文字识别出来，并转换为文本格式的文件，完成文本信息的输入。 2．超文本和超媒体的联系和区别有哪些？
湖南文理学院课程设计报告 课程名称：通信系统课程设计 院部：电气与信息工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 2011 年 12 月 29日 报告成绩：
目录 目录 (2) 摘要 (3) Abstract (4) 一、引言 (5) 1.1设计任务及基本要求 (5) 1.2设计目的 (6) 1.3 设计所用仪器设备.................................................................................. 错误！未定义书签。 二、基本概念 (6) 2.1 卷积码的编码原理 (6) 2.2 卷积码编码描述 (6) 2.3 卷积码译码描述 (6) 三、卷积码的编译码原理 (6) 3.1卷积码的图形描述 (6) 3.1.1 树状图 (8) 3.1.2 网格图 (8) 3.1.3 状态图 (9) 3.2 卷积积码的编码算法 (9) 3.3卷积码的Viterbi译码 (10) 四、卷积码的仿真及性能分析 (12) 4.1 SIMULINK仿真模块 (12) 4.2 卷积码的参数对误码率的影响 (13) 4.2.1 码率对误码性能的影响 (13) 4.2.2 约束长度对误码性能的影响 (15) 4.2.3 回溯长度对卷积码性能的影响 (16) 4.3 仿真分析 (17) 总结 (18) 参考文献： (19)
摘要 卷积码是深度空间通信系统和无线通信系统中常用的一种差错控制编码。在编码过程中,卷积码充分利用了各码字间的相关性。在与分组码同样的码率和设备复杂性的条件下,无论从理论上还是从实践上都证明,卷积码的性能都比分组码具有优势。而且卷积码在实现最佳译码方面也较分组码容易。因此卷积码广泛应用于卫星通信，CDMA数字移动通信等通信系统，是很有前途的一种编码方式。对其进行研究有很大的现实意义。为了解决传统的维特比译码器结构复杂、译码速度慢、消耗资源大的问题，提出一种新型的适用于FPGA 特点，路径存储于译码输出并行工作，同步存储路径矢量和状态矢量的译码器设计方案。该设计方案通过在ISE.2i中仿真验证，译码结果正确，得到编码前的原始码元，速度显著提高，译码器复杂程度明显降低。并在实际的软件无线电通信系统中信道编解码部分得到应用，性能优良。 关键词：卷积码；误码性能；原理
EC16编码器设计应用案例 摘要：介绍了一种基于单片机的智能仪器前面板的设计及实现方法。根据数字旋钮的特点，在硬件上设计了鉴相电路检测旋钮的正旋和反旋，巧妙地将旋钮扫描和按键扫描统一起来，以Philip低成本的Flash型单片机P89LPC922作为处理芯片，运用了定时中断、状态机、软件去抖、RS-232接口协议等方法实现软件设计，提高按键和旋钮的抗干扰能力，并介绍了用自定义的通信协议计算旋钮转动量和减少主机负担。具有良好的通用性，适用于短周期、低成本的按键和旋钮混合面板设计，并已成功地应用于数字存储大功率半导体管特性曲线图示仪。 关键词：单片机；智能仪器；面板；数字旋钮；鉴相电路 引言： 许多仪器的前面板通常是由诸多的旋钮、按键组成的混合界面。传统的仪器前面板上通常有两种旋钮，一种是电位器，用于调节连续变化的量；另一种是档位开关，用于调节间隔变化的量。它们嵌入在测量电路中，可以直接改变仪器的参数和设置。而在现代智能仪器[1]中，这两类调节均可以通过数字旋钮由微控制器将用户操作的变化量反馈给仪器的主处理器，再由主处理器改变仪器的参数和设置。所以，智能仪器上的数字旋钮和传统仪器上的旋钮在原理和处理方法上有很大不同。为了节省成本，面板处理往往采用体积小、性价比高的单片机（MCU）。运用单片机不但经济灵活，并可充分利用MCU逻辑处理的优势，大大简化外围连线，对旋钮按键混合控制系统[2]的处理尤为突出。 设计采用LPC900系列的P89LPC922Flash单片机来实现软件处理。P89LPC922采用高性能的处理器结构，6倍于标准80C51器件的速率，并自带波特率发生器。充分考虑单片机的资源和处理速度，分模块设计——按钮电路，旋钮电路，串口电路，扫描电路。用protel完成电路原理图，制作电路板，在KeilC环境下编写软件。软件和硬件相结合，协同实现整个面板。 1硬件设计及原理 1．1旋钮电路设计 1．1．1数字旋钮的工作原理 本设计选用常见的编码器EC16系列作为数字旋钮，如图1。4、5脚供固定之用，3脚接VCC（+5V），1、2脚在转动时输出连续脉冲。这种旋钮只有两种操作，即正旋和反旋。通过示波器可以观察到如图所示的旋钮转动时1、2脚的波形。
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
实验九 (2,1,5）卷积码编码译码技术 一、实验目的 1、掌握(2,1,5）卷积码编码译码技术 2、了解纠错编码原理。 二、实验内容 1、(2,1,5）卷积码编码。 2、(2,1,5）卷积码译码。 三、预备知识 1、纠错编码原理。 2、(2,1,5）卷积码的工作原理。 四、实验原理 卷积码是将发送的信息序列通过一个线性的，有限状态的移位寄存器而产生的编码。通常卷积码的编码器由K级（每级K比特）的移位寄存器和n个线性代数函数发生器（这里是模2加法器）组成。 若以（n,k,m）来描述卷积码，其中k为每次输入到卷积编码器的bit数，n 为每个k元组码字对应的卷积码输出n元组码字，m为编码存储度，也就是卷积编码器的k元组的级数，称m+1= K为编码约束度m称为约束长度。卷积码将k 元组输入码元编成n元组输出码元，但k和n通常很小，特别适合以串行形式进行传输，时延小。与分组码不同，卷积码编码生成的n元组元不仅与当前输入的k元组有关，还与前面m-1个输入的k元组有关，编码过程中互相关联的码元个数为n*m。卷积码的纠错性能随m的增加而增大，而差错率随N的增加而指数下降。在编码器复杂性相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。 编码器 随着信息序列不断输入，编码器就不断从一个状态转移到另一个状态并同时输出相应的码序列，所以图3所示状态图可以简单直观的描述编码器的编码过程。因此通过状态图很容易给出输入信息序列的编码结果，假定输入序列为110100，首先从零状态开始即图示a状态，由于输入信息为“1”，所以下一状态为b并输出“11”，继续输入信息“1”，由图知下一状态为d、输出“01”……其它输入信息依次类推，按照状态转移路径a->b->d->c->b->c->a输出其对应的编码结果“110101001011”。 译码方法 ⒈代数 代数译码是将卷积码的一个编码约束长度的码段看作是[n0(m+1），k0(m+1)]线性分组码，每次根据（m+1）分支长接收数字，对相应的最早的那个分支上的信息数字进行估计，然后向前推进一个分支。上例中信息序列 =(10111），相应的码序列 c=(11100001100111）。若接收序列R=(10100001110111），先根据R 的前三个分支（101000）和码树中前三个分支长的所有可能的 8条路径(000000…）、（000011…）、（001110…）、（001101…）、（111011…）、（111000…）、（110101…）和（110110…）进行比较，可知（111001）与接收
实验六编码器、译码器及应用电路设计 一、实验目的： 1、掌握中规模集成编码器、译码器的逻辑功能测试和使用方法； 1、学会编码器、译码器应用电路设计的方法； 3、熟悉译码显示电路的工作原理。 二、实验原理： 编码是用文字、符号或者数字表示特定对象的过程，在数字电路中是用二进制数进行编码的，相应的二进制数叫二进制代码。编码器就是实现编码操作的电路。本实验使用的是优先编码器74LS147，当输入端有两个或两个以上为低电平时，将对输入信号级别相对高的优先编码，其引脚排列如图6—1所示。 图6—1 74LS147引脚排列图图6—2 74LS138引脚排列图译码是编码的逆过程，是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。 译码器按照功能的不同，一般分为三类： 1、变量译码器（二进制译码器）：用以表示输入变量的状态，如2—4线、3—8线、4—16线译码器。以3—8线译码器74LS138为例介绍： 图6—2为74LS138的引脚图，其中，A2A1A0为地址输入端，为译码器输出端，为使能端（只有当时，才能进行译码）。 图6—3 74LS42引脚排列图图6—5为CC4511引脚排列图 2、码制变换译码器：用于同一个数据的不同代码之间的相互变换。这种译码器的代表是4—10线译码器，它的功能是将8421BCD码译为十个对象，如74LS42等。它的原理与 74LS138译码器类同，只不过它有四个输入端，十个输出端。4位输入代码共有0000—1111
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。
案例五旋转编码器的安装与应用 1．项目训练目的 掌握旋转编码器的安装与使用方法。 2．项目训练设备 旋转编码器及相应耦合器一套。 3．项目训练内容 先熟悉旋转编码器的使用说明书。 (1)旋转编码的安装步骤及注意事项 ①安装步骤： 第一步：把耦合器穿到轴上。不要用螺钉固定耦合器和轴。 第二步：固定旋转编码器。编码器的轴与耦合器连接时，插入量不能超过下列值。 E69-C04B型耦合器，插入量 5.2mm；E69-C06B型耦合器，插人量 5.5mm；E69-Cl0B型耦合器，插入量7.lmm。 第三步：固定耦合器。紧固力矩不能超过下列值。E69-C04B型耦合器，紧固力矩2.0kfg?cm；E69-C06B型耦合器，紧固力矩 2.5kgf?cm；E69B-Cl0B型耦合器，紧固力矩4.5kfg?cm。 第四步：连接电源输出线。配线时必须关断电源。 第五步：检查电源投入使用。 ②注意事项: 采用标准耦合器时，应在允许值内安装。如图5-1所示。 图5-1 标准耦合器安装 连接带及齿轮结合时，先用别的轴承支住，再将旋转编码器和耦合器结合起来。如图 5-2所示。 图5-2 旋转编码器安装 齿轮连接时，注意勿使轴受到过大荷重。 用螺钉紧固旋转编码器时，应用5kfg?cm左右的紧固力矩。 固定本体进行配线时，不要用大于3kg的力量拉线。 可逆旋转使用时，应注意本体的安装方向和加减法方向。 把设置的装置原点和编码器的Z相对准时，必须边确定Z相输出边安装耦合器。 使用时勿使本体上粘水滴和油污。如浸入内部会产生故障。 (2)配线及连接
①配线应在电源0FF状态下进行。电源接通时，若输出线接触电源线，则有时会损坏输出回路。 ②若配线错误，则有时会损坏内部回路，所以配线时应充分注意电源的极性等。 ③若和高压线、动力线并行配线，则有时会受到感应造成误动作或损坏。 ④延长电线时，应在10m以下。还由于电线的分布容量，波形的上升、下降时间会延长，所以有问题时，应采用施密特回路等对波形进行整形。 还有为了避免感应噪声等，也要尽量用最短距离配线。集成电路输人时，要特别注意。 ⑤电线延长时，因导体电阻及线间电容的影响。波形的上升、下降时间变长，容易产 生信号间的干扰(串音)，因此应使用电阻小、线间电容低的电线(双绞线、屏蔽线)。
湖南文理学院 课程设计报告 课程名称：通信系统课程设计 专业班级：通信工程11102班09 学生姓名：朱涛 指导教师：侯清莲 完成时间：2014-11-18 报告成绩：
目录 一、设计要求 (1) 二、设计作用与目的 (1) 三、所用设备及软件 (1) 四、卷积码编码的概念 (1) 4.1卷积码的编码描述方法 (1) 4.2 卷积编码 (2) 4.3 卷积码的树状图 (3) 4.4 卷积码的网格图 (3) 五、 EDA设计方法及工具软件QUARTUSⅡ (4) 六、改变卷积编码器的参数仿真以及结论 (4) 6.1 不同回溯长度对卷积编码器性能的影响 (4) 6.2 不同码率对卷积编码器误码性能的影响 (5) 6.3 不同约束长度对卷积编码器的误码性能影响 (6) 七、卷积码编码器的VHDL设计与仿真 (8) 7.1 VHDL设计的优点与设计方法 (8) 7.2 卷积码编码器的VHDL实现 (10) 八、心得体会 (10) 九、参考文献 (11)
卷积编码器的设计 一、设计要求 （1）画出卷积码的原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能。 （2）使用EDA技术及VHDL语言对卷积编码器进行设计与仿真并对结果分析。 二、设计作用与目的 （1）巩固加深对通信基本知识分析以及卷积码的掌握，提高综合运用通信知识的能力。（2）掌握采用仿真软件对系统进行仿真分析。 （3）培养学生查阅参考文献，独立思考，设计，钻研电子技术相关问题的能力。 （4）掌握相关电子线路工程技术规范以及常规电子元器件的性能技术指标。 （5）培养严肃认真的工作作风与科学态度，建立严谨的工程技术观念。 （6）了解电气图国家标准，并利用电子CAD等正确绘制电路图。 （7）培养工程实践能力，创新能力与综合设计能力。 三、所用设备及软件 （1）QUARTUSⅡ （2）PC机 四、卷积码编码的概念 4.1卷积码的编码描述方法 编码描述方法有5种：冲激响应描述法、生成矩阵描述法、多项式乘积描述法、状态图描述法和网格图描述法。卷积码的纠错能力随着N的增加而增大，而差错率随着N的增加而指数下降。在编码器复杂性相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。分组码有严格的代数结构，但卷积码至今尚未找到如此严密的数学手段。分组码的译码算法可以由其代数特性得到。卷积码虽然可以采用适用于分组码的门限译码（即大数逻辑译码），但性能不如维特比译码和序列译码[2]。 以二元码为例，输入信息序列为u＝(u0，u1，…)，其多项式表示为u(x)＝u0+u1x＋…＋…。编码器的连接可用多项式表示为g (1,1) (x)＝1+x+x2和g(1,2)(x)＝1+x2，称为码的子生 成多项式。它们的系数矢量g (1,1)=(111)和g (1,2) =(101)称作码的子生成元。以子生成多项式 为阵元构成的多项式矩阵G(x)＝[g (1,1)(x),g (1,2) (x)]，称为码的生成多项式矩阵。由生成 元构成的半无限矩阵。
基于System View的卷积码译码器的设计 摘要本课程设计在SystemView 平台上设计了卷积码译码器，SystemView系统中提供了专门的卷积码编码和译码图符，使用户能快速地建立基于卷积码的仿真系统，本课程设计对(2,1,6)的大数逻辑译码原理，以及维比特译码原理进行了解释，利用SystemView 进行了(2,1,3)卷积码译码器的仿真。系统运行以后将译码后得到的波形与原始的码元输入信号进行比较，系统参数经过修改以后能够正确地将编码后的信号译码为原始的码元。 关键字卷积码译码器，System View，(2,1,3)卷积码译码器 1 引言 卷积码的译码方法主要有两类，代数译码和概率译码。代数译码是根据卷积码的本身编码结构进行译码，译码时不考虑信道的统计特性。概率译码在计算时要考虑信道的统计特性。典型的算法如：最大似然译码、维比特译码、序列译码等。本课程设计利用SystemView 平台进行卷积码译码器的实现，SystemView系统中提供了专门的卷积码编码和译码图符，使用户能快速地建立基于卷积码的仿真系统，本课程设计对(2,1,6)的大数逻辑译码原理，以及维比特译码原理进行了解释，利用System View进行了(2,1,3)卷积码译码仿真，系统参数经过修改以后能够正确地将编码后的信号译码为原始的码元。 1.1 卷积码简介 卷积码也称为连环码是一种非分组码，分组码编码时，先将输入的信息序列分为长度为k的码元的字段，然后按照一定的编码规则，给含k个信息元的段附加上r长的监督元，于是生成n 长的码组。在编码时，各n长码组是分别编码的，各码组之间没有约束关系，因此译码时各码组之间是分别独立进行的。卷积码则不同于此，卷积编码属于信道编码，主要用来纠正码元的随机差错，它是以牺牲效率来换取可靠性的，利用增加监督位，进行检错和纠错。卷积码把k个信息位编成n位，k和n通常很小，特别适宜于串行形式传输，延时小，n个码元与当前段的k个信息位有关，而且与前N-1段的信息有关，编码过程相互关联的码元为Nn个，N或Nn称为卷积码的约束长度，常把卷
光电编码器电路图 文章出处：https://www.doczj.com/doc/a98511664.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，
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。
译码器设计组合逻辑电路案例分析 【信息单】 一、编码器 在数字系统中，把二进制码按一定的规律编排，使每组代码具有特定的含义，称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。编码器是一个多输入多输出的组合逻辑电路。 按照编码方式不同，编码器可分为普通编码器和优先编码器；按照输出代码种类的不同，可分为二进制编码器和非二进制编码器。 1．普通编码器 普通编码器分二进制编码器和非二进制编码器。若输入信号的个数N 与输出变量的位数n 满足N =2n ，此电路称为二进制编码器；若输入信号的个数N 与输出变量的位数n 不满足N =2n ，此电路称为非二进制编码器。普通编码器任何时刻只能对其中一个输入信息进行 编码,即输入的N 个信号是互相排斥的。若编码器输入为4个信号，输出为两位代码，则称为4线-2线编码器(或4/2线编码器)。 2．优先编码器 优先编码器是当多个输入端同时有信号时，电路只对其中优先级别最高的信号进行编码的编码器。 3．集成编码器 10线-4线集成优先编码器常见型号为54/74147、54/74LS147，8线-3线常见型号为54/74148、54/74LS148。 4．编码器举例 (1)键控8421BCD 码编码器 10个按键S 0～S 9代表输入的10个十进制数0～9，输入为低电平有效，即某一按键按下，对应的输入信号为0，输出对应的8421码，输出为4位码，所以有4个输出端A 、B 、C 、D 。 真值表见表7.1，由真值表写出各输出的逻辑表达式为 9898S S S S =+=A 76547654S S S S S S S S =+++=B 76327632S S S S S S S S =+++=C 9753197531S S S S S S S S S S =++++=D
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