基于單片機的磁性編碼器信號細分系統(tǒng)的設(shè)計

細分方案軟件部分設(shè)計

電子細分方案軟件流程圖如圖2所示。

在脈沖的輸出控制上需要解決如下兩個問題：如何輸出細分脈沖以及如何控制細分脈沖的輸出速率。

編碼盤的轉(zhuǎn)速變化是連續(xù)的，不會發(fā)生突變，因此可以近似認為在一段極短的時間內(nèi)，電機的轉(zhuǎn)速是恒定的，在此時間段內(nèi)也就完全可以按照等時間間隔輸出脈沖。假設(shè)電機的速度響應(yīng)時間為100毫秒，在恒定加速度下達到1000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，程序的執(zhí)行周期為3000微秒，在一個程序周期中，按勻速處理產(chǎn)生的角度誤差最大不超過0.27度，也就不會導(dǎo)致脈沖的誤輸出，完全可以保證精度要求。按照恒定速率在極短的時間內(nèi)輸出細分脈沖可以大大簡化程序設(shè)計，并可以大幅度提高系統(tǒng)的實習(xí)響應(yīng)性能。

由于細分脈沖數(shù)目必須要等到下一次采樣完成后才能確定，因此脈沖的輸出在時間上必然會滯后一個程序周期。如果設(shè)定程序執(zhí)行周期為3毫秒，按編碼盤每分鐘旋轉(zhuǎn)1000轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)輸出1000個細分脈沖計算，則輸出信號最多會產(chǎn)生50個脈沖的滯后，相當于18o的機械角度誤差。如果編碼盤的轉(zhuǎn)速增加，該誤差會變得更大。同時，由于程序的執(zhí)行周期不是一個固定值，因此由此所產(chǎn)生的信號滯后也將是一個變化的值。如果等到下一次的采樣完成后才輸出脈沖，則細分誤差會比較大，且無法控制。因此細分脈沖不能等到應(yīng)輸出脈沖數(shù)目計算完成后才進行。

為了解決以上兩個問題，可以采用定時中斷控制脈沖的輸出。首先根據(jù)需要輸出的脈沖數(shù)目計算出輸出脈沖的時間間隔，以此時間間隔作為定時時間常數(shù)控制細分脈沖的輸出。這樣一方面可以保證脈沖輸出和輸出脈沖計算的同步進行；另一方面也可以通過定時器控制脈沖輸出的速率，從而使得細分脈沖在最大程度上實現(xiàn)了實時輸出。

為了進一步簡化程序設(shè)計，可以將程序執(zhí)行周期設(shè)定為固定值，采用定時程序?qū)Τ绦虻膱?zhí)行進行監(jiān)控，以保證每一個程序的執(zhí)行周期都為設(shè)定值。這樣就可以建立查詢表格，根據(jù)應(yīng)輸出的細分脈沖的數(shù)目直接確定出對應(yīng)的定時時間常數(shù)。如此，將復(fù)雜的浮點運算程序簡化為簡單的查表程序，縮短了程序執(zhí)行周期，保證了細分脈沖輸出的實時性。

結(jié)論：

以上設(shè)計思想在編碼器信號細分系統(tǒng)設(shè)計中均得以應(yīng)用，并成功實現(xiàn)了對編碼器輸出正弦波信號的1000細分，從實踐上證明了利用低成本的單片機系統(tǒng)完全可以在低分辨力的編碼器基礎(chǔ)上得到較高的分辨率。

參考文獻：
1、谷云彪等.提高光電編碼器分辨率的位置細分方法的研究.
2、電磁元件與特種器件，中國慣性技術(shù)學(xué)報，1996年第4卷第2期
3、鄭遠開等.高分辨率磁性編碼器.傳感器技術(shù)，1996年第5期
4、李懷瓊等.一種用軟件來實現(xiàn)的莫爾條紋數(shù)字化細分技術(shù). 計量技術(shù)
5、劉文文.高精度的光柵信號細分算法.應(yīng)用科學(xué)學(xué)報，1999年第17卷第1期