[发明专利]一种准绝对式光学编码器的细分及解码的电路及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及机电控制领域，特别涉及一种准绝对式光学编码器的细分及解码的电路及实现方法。

背景技术

目前在机电控制领域，广泛使用增量式光学编码器和绝对式光学编码器作为角度或位置传感器：

1、增量式光学编码器输出A、B两相互差为90°的脉冲信号和作为参考零位的Z标志。它的特点：系统构造简单；编码器物理尺寸易于小型化；读数头的结构简单，成本低廉，易于实现。其缺点：无法直接读出转动轴的绝对位置信息。

2、绝对式编码器的码盘上有许多道刻线，每道刻线依次以                                               的规律编排（n即为编码器的原始分辨率），在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2⁰到2ⁿ次方的唯一的二进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。它的特点：能够直接读出角度或位移，但增加了编码器的物理尺寸和读数头的个数，不适用于小型化的应用场合。

目前在光学编码器系统中，广泛使用的细分方法是经过对初始信号COS和SIN进行四倍频，然后通过幅值分割法来完成10至100倍精度的细分。普通的幅值分割法采用AD转换期间，将SIN或COS输入到模拟输入端，以某个设定的电压区间作为参考电压来进行AD转换，从得到的幅值能够转换为SIN或COS对应的相位角θ，计算出当前的转角或位移。

发明内容

本发明的目的是提供一种准绝对式光学编码器的细分及解码的电路及实现方法，它能够实现稳定、可靠的细分，并对伪随机编码信号进行解码，实现准绝对式定位。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种准绝对式光学编码器的细分及解码电路，对读取准绝对式光学编码器而获得的两个正交的增量信号及一个伪随机编码的索引信号进行处理；所述细分及解码电路包含：

电流转电压及差分模块，其对由单个读数头及LED光源构成的读取机构读取所述准绝对式光学编码器得到的，增量信号和索引信号的正负共六路电流信号±SIN、±COS和±INDEX进行处理，得到对应的模拟电压信号Sin、Cos和Index；

电压比较器模块，其对所述模拟电压信号Sin、Cos和Index处理得到相应的两个正交的增量数字信号SIN、COS和一个索引数字信号INDEX；

精密全波整流模块，其对所述模拟电压信号中的增量信号Sin、Cos进行处理，得到相应的两个模拟整流信号|SIN|和|COS|；

AD转换模块，其在一个FPGA模块控制下，对所述模拟整流信号|SIN|和|COS|转换得到AD数据信号并输入该FPGA模块中；所述FPGA模块接收增量数字信号COS、SIN和索引数字信号INDEX，以及AD数据信号进行解码，得到相应的角度或位移数据。

所述AD转换模块通过设置的两个模数转换器件来实现细分功能：向其中第一个模数转换器件输入的模拟信号是模拟整流信号|SIN|，所述第一个模数转换器件参考电压信号的上限和下限分别是模拟整流信号|COS|和地信号，第一个模数转换器件的数据溢出标志OTR接入FPGA模块；

而向其中第二个模数转换器件输入的模拟信号是模拟整流信号|COS|，所述第二个模数转换器件的参考电压信号的上限和下限分别是模拟整流信号|SIN|和地信号；这两个模数转换器件采用统一的时钟信号CLK，其各自的转换数据并接后输送到所述FPGA模块。

所述FPGA模块的内部设置了以下的若干模块：

计数器和初始化模块，来实现系统开机或出现错误时的初始化；

两个数据长度不等的移位寄存器，来存储索引数字信号INDEX；

移位运算器，在初始化时对索引数字信号INDEX进行采样，并控制两个移位寄存器根据所述计数器对增量数字信号SIN和COS进行计数的结果，对索引数字信号INDEX进行移位以获取参考位置作为位置值的操作；

预先存储了查表结构的存储器，来存储采样索引数字信号INDEX并查表得到的作为查表值的绝对位置，以及初始化和移位运算器处理后得到的所述位置值；

输出模块，其在所述查表值与所述位置值的比较结果相等时，输出所述位置值作为解码结果。

本发明的另一个技术方案是提供一种准绝对式光学编码器的细分及解码方法，使用上述的细分及解码电路实现，所述细分及解码方法包含：