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正交编码器背景知识与词汇汇总

   一. 功能概述

  正交编码器(又名增量式编码器或光电式编码器),用于检测旋转运动系统的位置和速度。正交编码器可以对多种电机控制应用实现闭环控制,诸如开关磁阻(SR)电机和交流感应电机(ACIM)。

  典型的增量式编码器包括一个放置在电机传动轴上的开槽的轮子和一个用于检测该轮上槽口的发射器/ 检测器模块。通常,有三个输出,分别为:A相、B相和索引(INDEX),所提供的信息可被解码,用以提供有关电机轴的运动信息,包括距离和方向。

  A相(QEA)和B相(QEB)这两个通道间的关系是惟一的。如果A相超前B相,那么电机的旋转方向被认为是正向的。如果A相落后B相,那么电机的旋转方向则被认为是反向的。第三个通道称为索引脉冲,每转一圈产生一个脉冲,作为基准用来确定绝对位置。编码器产生的正交信号可以有四种各不相同的状态(00,01,10,11)。请注意,当旋转的方向改变时,这些状态的顺序与此相反(11,10,01,00)。正交解码器捕捉相位信号和索引脉冲,并将信息转换为位置脉冲的数字计数值。通常,当传动轴向某一个方向旋转时,该计数值将递增计数;而当传动轴向另一个方向旋转时,则递减计数。选择“x4”测量模式,QEI逻辑在A相和B相输入信号的上升沿和下降沿都使位置计数器计数,可以为确定编码器位置提供更高精度的数据(更多位置计数)。

  正交编码器接口(QEI)模块提供了与增量式编码器的接口。QEI由对A相和B相信号进行解码的正交解码器逻辑以及用于累计计数值的递增/ 递减计数器组成。

  QEI 模块包括:

  • 三个输入引脚,即两个相位信号和一个索引脉冲

  • 提供计数器脉冲和计数方向的正交解码器

  • 16 位递增/递减位置计数器

  • 计数方向状态

  • X2和X4计数分辨率

  • 两种位置计数器复位模式

  • 通用16 位定时器/计数器模式

  • 由QEI或计数器事件产生的中断

  二. 词汇汇总

  Quadrature encoder:正交编码器 incremental encoder:增量式编码器

  linear displacement:线性位移 position counter:位置计数器

  index signal:索引信号 wheel:轮

  integrate position over time:位置对时间的积分 velocity:速度

  velocity-timer expiration:速度定时器发生计满返回 gray code:格雷码

  miswiring:错误接线 lead:超前于 forward:正向 backward:反向

  RPM=revolutions per minute 转数/分 divisor:除数(被除数÷除数=商)

  predivider:预分频器(用来对时钟进行分频,以得到目标频率的时钟)

  power of 2 = 2的n次幂(求n个相同因数a的乘积的运算叫做乘方(Power),乘方的结果叫做幂(Power),a叫做底数(base number),n叫做指数(exponent)。把an读做a的n次方)

  product:乘积 absolute position:绝对位置

  附:

  1.Algorithm Gossip: 格雷碼(Gray Code)

  Gray Code是一個數列集合,每個數使用二進位來表示,假設使用n位元來表示每個數好了,任兩個數之間只有一個位元值不同,例如以下為3位元的Gray Code:

  000 001 011 010 110 111 101 100

  由定義可以知道,Gray Code的順序並不是唯一的,例如將上面的數列反過來寫,也是一組Gray Code:

  100 101 111 110 010 011 001 000

  Gray Code是由貝爾實驗室的Frank Gray在1940年代提出的,用來在使用PCM(Pusle Code Modulation)方法傳送訊號時避免出錯,並於1953年三月十七日取得美國專利。

  解法

  由於Gray Code相鄰兩數之間只改變一個位元,所以可觀 察Gray Code從1變0或從0變1時的位置,假設有4位元的Gray Code如下:

  0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100

  1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000

  觀察奇數項的變化時,我們發現無論它是第幾個Gray Code,永遠只改變最右邊的位元,如果是1就改為0,如果是0就改為1。

  觀察偶數項的變化時,我們發現所改變的位元,是由右邊算來第一個1的左邊位元。

  以上兩個變化規則是固定的,無論位元數為何;所以只要判斷位元的位置是奇數還是偶數,就可以決定要改變哪一個位元的值,為了程式撰寫方便,將陣列索引 0當作最右邊的值,而在列印結果時,是由索引數字大的開始反向列印。

  將2位元的Gray Code當作平面座標來看,可以構成一個四邊形,您可以發現從任一頂點出發,繞四邊形周長繞一圈,所經過的頂點座標就是一組Gray Code,所以您可以得到四組Gray Code。

  同樣的將3位元的Gray Code當作平面座標來看的話,可以構成一個正立方體,如果您可以從任一頂點出發,將所有的邊長走過,並不重複經過頂點的話,所經過的頂點座標順序之組合也就是一組Gray Code。

  2.预分频器

  可以看到原来我们平时为定时器设定的分频值,原来是分为两部分的:一部分是预分频器,已经将晶振频率分频成不同的频率。而我们平时对定时器寄存器里面分频的设置,不过是一个选择的过程,就是选择使用那一个分频值。

——选自:译声贵阳翻译公司

 

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