光电编码器用可编程计数电路的设计与实现

前　言

由于机电一体化技术的快速发展和应用，精密旋转位置传感器之一的光电编码器被大量使用，如在数控机床和机器人等方面的应用。在国外，用于光电编码器的可编程专用计数ＩＣ芯片（如ＰＣＣ110，ＰＣＣ120，ＰＣＣ130等）很容易买到，而在国内却成为偏冷芯片很难买到。国内目前大量使用软件方式对光电编码器的脉冲进行方向判别和计数，这种方式降低了系统控制的实时性，尤其当使用光电编码器的数量较多时;另一方面其可靠性也不及硬件电路。在计算机控制系统中，Ｉ/Ｏ数据采集板是一种常用接口板，本文针对其设计了一种16位可编程的光电编码器用计数电路（以下称可编程计数电路），它能输出光电编码器的位置的16位数字量、频率与旋转速度对应的脉冲信号和旋转方向指示电平，具有计数器预置、位置量输出的功能。

1、可编程计数电路的构成

可编程计数电路主要由方向判别电路、双脉冲加减计数电路、数字比较电路、译码控制电路、输入锁存电路、输出缓冲电路等构成（图1）。

图1　可编程计数电路构成图

光电编码器输出的Ａ、Ｂ脉冲进入方向判别器后，其正反向输出脉冲进入双时钟加减计数器，计数值可通过缓冲器被读出，同时计数值与预置值实时比较指示是否到达预定位置。方向判别器输出的双向脉冲频率与光电编码器转速相对应，经Ｆ/Ｖ转换为转速模拟电压量。

图中Ａ为光电编码器的Ａ相输出;Ｂ为光电编码器的Ｂ相输出;ＶＦ为光电编码器转速的模拟电压量;ＰＦ为光电编码器旋转方向指示电平;ＤＣ为光电编码器计数电路的控制总线;ＤＩ为光电编码器计数电路的数据输入总线;ＤＯ为光电编码器计数电路的数据输出总线;Ｅ1（Ｐ》Ｐ0）为光电编码器当前位置超越预定位置指示电平（高电平有效）;Ｅ0（Ｐ=Ｐ0）为光电编码器当前位置等于预定位置指示电平（高电平有效）;Ｅ2（Ｐ《Ｐ0）为光电编码器当前位置未及预定位置指示电平（高电平有效）。

2、可编程计数电路的设计

2.1、方向判别电路

在光电编码器的使用中，其旋转方向的判别很重要。采用ＳＴ288Ａ方向判别器作为关键器件（图2）。

图2　ＳＴ288Ａ方向判别电路

ＳＴ288Ａ是八脚双列直插封装，5Ｖ工作电源，具有集成度高、功耗小、抗干扰能力强等特点。并具有如下功能：具有内部整形电路及数字滤波功能，可去除抖动误差;具有正方向脉冲输出、反方向脉冲输出、方向指示电平输出、双向脉冲输出;它有多种输出脉冲宽度（最小0.002ｍｓ）可选择。当最小脉冲宽度为0.002ｍｓ时，对应的最高脉冲频率则为250ｋＨｚ（即ＳＴ288Ａ的输出脉冲频率范围为0～250ｋＨｚ），进而可计算出光电编码器所能测定的最高转速（500线光电编码器为500ｒ/ｍｉｎ，1000线光电编码器为250ｒ/ｍ）。Ａ、Ｂ分别为光电编码器Ａ相、Ｂ相信号的输入端。图3是ＳＴ288Ａ的工作时序图。

图3　方向判别电路时序图