无锁存功能脉冲计数器的改进读取方法

ByGrith4

+ b+ T. Z9 s+ L1 S- P4 X摘要:在电机伺服控制系统中,需要一个脉冲计数器对电机码盘输出的脉冲进行计数。单片机根
据脉冲的个数和电机旋转方向计算出电机的转角，进而实现对电机的伺服控制。如果脉冲计数器没有
数据锁存功能,且单片机读取数值时,脉冲计数器恰好发生了进位或者借位,则读取的数值可能不准
确,进而影响伺服控制系统的性能。针对没有锁存功能的脉冲计数器,提出了一种改进的读取方法,有
效地避免了在读取过程中由于计数器进位或借位造成的读数偏差。
关键词:光电码盘;单片机;四倍频
" D7 }) f  e! r1引言
伺服控制系统通常采用增量式光电码盘作为位
' |* L+ m- M9 x( c7 o置传感器,因此需要-一个脉冲计数器对码盘输出的脉
3 f5 |4 J6 F& i  o. k冲进行计数,完成位置的反馈。单片机在每个伺服周
期读取---次脉冲计数器的值,得到以脉冲的个数表示
的电机轴的位置,进而完成位置伺服。在实际的应用
中,为了降低成本,有些脉冲计数电路并没有配置锁
存单元，这使得在单片机读取脉冲计数器的值时，如
5 b0 F8 T  O! V& h5 j果恰好脉冲计数器发生进位或者借位,则可能得到错
误的计数值,导致位置伺服的偏差。
" [4 S9 J$ _0 ^7 O* i3 |9 L3 G2码盘计数原理
5 x9 \" h+ P$ n: `+ |2.1光电码盘结构
) h1 i1 V. e4 m3 z9 T! u" z2 \- t光电码盘由光栅、发射器、接收器组成。光栅与
5 P+ c. Y1 p# U0 s电机轴固连,电机转动时,电机轴带动光栅转动,从而
1 Q. L2 \/ x2 |+ H使发射器与接收器之间的光路交替通断,接收器就会
# i. u& ?0 O& M. z( X+ U# @产生脉冲。计数电路就是利用此原理记下产生的脉
8 }4 o& Y& p/ z0 F% u8 g4 |! G/ G' A; j冲的个数,进而得到电机轴转过的角度。
光电码盘通常分为绝对式和增量式两种。绝对
  j( g1 E( n0 H$ a/ g! `
) `8 q3 a/ [  H式码盘在任意时刻都可以提供数字转角输出量,不需
要指定初始位置就能得到相对于码盘初始位置的瞬
时角位移;增量式码盘是根据电机轴所转过的角度,
) U( t0 j/ Z' Q8 V" e4 ^输出一系列脉冲,并通过计数电路,对脉冲进行累计
计数,得到相对角位移。由于单个绝对码盘的角位移
5 p! ]1 z" U. n2 [1 s! |; P- i的测量范围仅为360*,测量大于360°的角位移需要多
6 n: t) A+ q- w7 q个码盘,从而提高了系统的价格和复杂程度;而增量
& S6 |- g- n' Y式码盘转角测量范围只受计数电路的位数限制,结构
1 r8 H/ c! g# {. w简单,价格较低，因此得到了广泛的应用。
增量式光电码盘通常有3个输出信号:2个工作
7 d0 t( E# `8 K  c1 N信号(A和B)和1个零位标志信号(Z)。工作信号来
自码盘上沿圆周方向刻出的两组码孔,这两组码孔沿
不同的圆周均匀分布，彼此相差1/4个周期,工作信号
的输出为2个相位差为90°的方波信号。A、B两相信
" ]+ B0 z; I, H" o; E号的脉冲个数表示电机轴所转过的角度,A、B之间的
+ I, X! I0 W* J+ w3 ]3 B- A4 m- O6 k相位关系表示电机轴的转向,即A相超前B相90°时,
; |: Q( C) f$ v- q( z5 @. [表示电机正转;B相超前A相90°时,表示电机反转。
零位标志信号来自另外-一个码孔，电机轴每旋转--圈
产生一个零位标志脉冲。
2.2四倍频 与计数
5 o3 u% ], E7 y1 p: H. |/ l" {7 D对于增量式码盘,通常采用四倍频的方法提高光

2 q8 a. N' z* I' `) g
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伺服控制系统通常采用增量式光电码盘作为位置传感器,因此需要-一个脉冲计数器对码盘输出的脉冲进行计数,完成位置的反馈