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基于Verilog HDL的一种绝对值编码器实时读出算法案例详解

2018年01月12日 16:26 次阅读

光电编码器是通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成一串脉冲或数字量的传感器。在电机伺服控制系统中,它与电机同轴连接,常用来测量电机转子的速度和位置[1]。近年来,随着研究室小批量军工生产的开展,需要批量采购部分绝对值编码器等外协器件。为方便检验采购的编码器,保障生产任务的按时完成,设计了一个单圈绝对值编码器实时读出电路板,其结构如图1所示。基于此电路板,开发出了一个程序,它能够实现将绝对值编码器的数据读入FPGA,并将数据转换为角度值,最终驱动液晶显示屏实时输出角度值。这使得不需要将编码器数据输入到计算机就可以处理转化为角度值,使用更加方便。程序中用到了线性变换思想,可以应用到其他程序中。电路板中用到的绝对值编码器是BEI-IDEACOD公司的CHO5系列。液晶显示屏为3.3 V供电的1602型LCD,FPGA采用的是Xilinx的Spartan-6系列。

基于Verilog HDL的一种绝对值编码器实时读出算法

1 数据读入及去抖动

本文所采用的绝对值编码器是BEI-IDEACOD公司的CHO5系列,它采用并行输出模式,有13 bit数据(Data[0]~Data[12]),读出速度快。由于电动机的旋转或机械设备的震动,会使编码器输出脉冲抖动[2],因此首先对编码器脉冲进行了去抖动处理。下面的程序实现了数据读入,并在去抖动后被锁存在Gray_data中。

always@(posedge clk_50M)

begin

D0《={D0[1:0],Data[0]};

D1《={D1[1:0],Data[1]};

。。.。。.

D11《={D11[1:0],Data[11]};

D12《={D12[1:0],Data[12]};

end

always@(posedge clk_50M)

begin

Gray_data[0]《=D0[2]&D[1]&D[0];

Gray_data[1]《=D1[2]&D[1]&D[0];

。。.。。.

Gray_data[11]《=D11[2]&D[1]&D[0];

Gray_data[12]《=D12[2]&D[1]&D[0];

end

2 二进制格雷码转普通格雷码

上面得到数据Gray_data还是格雷码,因为绝对值编码器(并行输出)采用的是格雷码二进制输出。格雷码的特点是任意两个相邻位其输出格雷码值只有一位不同[3],这提高了数据输出的稳定性。假设二进制格雷码为Gn-1 Gn-2…G2G1G0,其所对应的普通二进制为Bn-1Bn-2…B2B1B0。那么它们最高位之间的对应关系如式(1)所示,其他各位的对应关系如式(2)所示。

Bn-1=Gn-1(1)

Bi-1=Gi-1^Bi, i=1,2,…,n-1(2)

根据式(1)和式(2),格雷码二进制转化为普通二进制的Verilog HDL代码如下:

always@(posedge Clk_50M)

begin

Binary_data[12]=Gray_data[12];

Binary_data[11]=Binary_data[12]^Gray_data[11];

Binary_data[10]=Binary_data[11]^Gray_data[10];

。。.。。.

Binary_data[1]=Binary_data[2]^Gray_data[1];

Binary_data[0]=Binary_data[1]^Gray_data[0];

end

该程序实现了由格雷码二进制Gray_data向普通二进制Binary_data的转换。

3 将二进制转为角度值

绝对值编码器的最小精度是由最低位决定的。因为所用的绝对值器是13 bit数据输出,绝对值编码器的最低位为1时,对应的角度值如式(3)所示:

因此,绝对值编码器的最小精度为min=0.043 945 312 5°。也就是说二进制编码每加1,度数就应该增加0.043 945 312 5°。为方便在Verilog HDL中进行处理,对这种十进制数进行一个线性变换,将其最小精度值对应二进制min_degree=2′b000000000000011010001100011000010111000101,其实就是十进制数439 453 125对应的二进制数。相对于编码器输出的二进制数,将这个二进制数称为编码二进制。这样就对每一个编码器输出的13 bit二进制进行了一个线性变化,转化为对应的编码二进制Now_degree。其对应关系如式(4)所示,其中的“《《”是左移位运算符。

Now_degree=Binary_data[0]min_degree+Binary_data[1](min_degree《《1)++Binary_data[11](min_degree《《11)+ Binary_data[12](min_degree《《12) (4)

为了得出在每一数据位(百位、十位、一直到小数点后10位)上需要输出什么数据,需要求出每个数据位权值(即次位数据为1时的值)对应的编码二进制,数据位权值对应的编码二进制如表1所示。其中Decimal10_degree指的是小数点后第10位权值所对应的编码二进制,以此类推,Hundred_degree是百位上权值所对应的编码二进制。

基于Verilog HDL的一种绝对值编码器实时读出算法

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发表于 2015-07-30 16:29 1077次阅读
基于ARM的旋转编码器采集模块设计

让你脑洞大开的旋转编码器新设计

一直以来编码器用户都不愿意改变,因为一些声称可提供卓越性能和可靠性的创新电机控制技术,必须拥有出色的...

发表于 2015-07-30 09:57 2282次阅读
让你脑洞大开的旋转编码器新设计

索喜科技推出全球首款支持实时4K 60PHEVC...

上海,2015年4月14日—索喜科技(上海)有限公司今日宣布,公司已开始为客户提供全球首款支持HEV...

发表于 2015-04-28 12:01 1617次阅读
索喜科技推出全球首款支持实时4K 60PHEVC...

Encoder blue:使用蓝色LED实现的单...

iC-Haus 使编码器呈现在蓝光下使用蓝色LED 实现一种创新飞跃的单芯片光电编码器。iC-Hau...

发表于 2015-02-04 10:44 981次阅读
Encoder blue:使用蓝色LED实现的单...

近距离无线视频传输系统电路设计

无线视频通信作为第三代移动通信关键技术得到了广泛关注。但其是为远距离多用户服务的,开发难度大,需要众...

发表于 2014-11-13 12:00 3209次阅读
近距离无线视频传输系统电路设计

基于Arduino开发环境的光电编码器检测仪设计...

本文介绍了一种基于Arduino新型集成开发环境的光电编码器检测仪,为了能快速简便地判断光电编码器的...

发表于 2014-04-02 10:29 2672次阅读
基于Arduino开发环境的光电编码器检测仪设计...

编码器在工业快速开门机中的应用

工业快速门,是指最快移动速度可达到2-2.5米/秒以上的快速打开、关闭的卷帘门,或者根据通行物高度可...

发表于 2014-01-13 10:33 823次阅读
编码器在工业快速开门机中的应用

光电编码器信号传输的光纤实现

光电编码器在现代电机控制系统中常用以检测转轴的位置与速度,是通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转...

发表于 2014-01-10 10:28 915次阅读
光电编码器信号传输的光纤实现

如何使用FPGA实现高清低码流视频编码?

本文介绍了FPGA在实现高清低码流视频编码中的作用以及如何具体实现。目前现状是高清视频720p的码流...

发表于 2013-09-23 13:41 677次阅读
如何使用FPGA实现高清低码流视频编码?

HOLTEK推出一系列带RF发射的编码器IC

HOLTEK推出一系列带有Sub-1GHz射频发射的编码器 HT6P235A / HT6P245A、...

发表于 2013-09-03 15:26 412次阅读
HOLTEK推出一系列带RF发射的编码器IC

ALPS在同行业首次开发出50型中空轴型编码器

日前,ALPS公司开发出适用于车内空调、音响设备操作部的中空轴编码器。现今,通过采用旋钮式调控装置操...

发表于 2013-07-03 15:21 541次阅读
ALPS在同行业首次开发出50型中空轴型编码器

Imagination广受欢迎的PowerVR ...

Imagination Technologies (IMG.L) 近日宣布已在其领先业界的 4K-...

发表于 2013-05-03 08:46 411次阅读
Imagination广受欢迎的PowerVR ...

ARM与ST推出有史以来首个嵌入式编码器支持系统

ARM和STM icroelectronics,已经宣布了有史以来第一次的嵌入式编码器支持的可用性,...

发表于 2013-02-28 15:23 641次阅读
ARM与ST推出有史以来首个嵌入式编码器支持系统

在视频编码器ADV7393之后采用放大器ADA4...

本电路由一个数模视频转换器与一个低成本、低功耗、全集成式重构视频滤波器配合组成。ADA4430-1和...

发表于 2013-02-27 16:26 706次阅读
在视频编码器ADV7393之后采用放大器ADA4...

采用数字信号处理器优化视频编码器

编码器是基于信息理论之上的,但在实施过程中仍需要在不同因素间权衡取舍,因此会非常复杂。编码器应当具有...

发表于 2013-01-25 11:17 369次阅读
采用数字信号处理器优化视频编码器

CAST公司:基于FPGA和ASIC的H.264...

CAST半导体公司提供基于FPGAs和ASICs的H.264High Profile视频编码器IP核...

发表于 2012-12-05 09:28 809次阅读
CAST公司:基于FPGA和ASIC的H.264...

可提升微型化系统效能的新光学编码器技术介绍

多年来光学编码器已经广泛地被应用在测量位置、速度、加速度以及运动方向上,随着高效能与微型化成为主流设...

发表于 2012-11-22 10:24 1727次阅读
可提升微型化系统效能的新光学编码器技术介绍

爱立信推出全球第一款HEVC/H.265编码器

爱立信推出全球第一款HEVC/H.265编码器,将极大改善移动设备上的电视直播体验,较上一代编码器能...

发表于 2012-08-24 09:27 3060次阅读
爱立信推出全球第一款HEVC/H.265编码器

编码器工作原理、作用及其分类简介

编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的...

发表于 2012-08-20 10:37 501次阅读
编码器工作原理、作用及其分类简介

反射式编码器技术实现便携医疗设备设计

本文将比较反射式编码器技术和现有技术,并提供几个反射式编码器特别适用的终端应用案例。本文也将说明为什...

发表于 2012-08-10 11:17 801次阅读
反射式编码器技术实现便携医疗设备设计

浅析编码器在风电行业中的应用原理

一、引言 随着煤炭、石油等常规能源的逐渐枯竭,人类越来越重视对新能源(非常规能源)的开发利用。新能源...

发表于 2012-08-02 13:40 363次阅读
浅析编码器在风电行业中的应用原理

采用数字信号处理器优化视频编码器

高压缩比标准的各种特性为技术人员提供了广阔的空间,在复杂性、延迟以及其他约束实时性能的因素之间获得最...

发表于 2012-07-30 10:13 199次阅读
采用数字信号处理器优化视频编码器

符合AVS-M标准的实时编码器的设计与实现

本文论述了一款符合AVS-M标准的实时编码器的设计与实现过程,目的是验证AVS-M标准在实时应用环境...

发表于 2012-07-12 10:46 693次阅读
符合AVS-M标准的实时编码器的设计与实现

基于CPLD多通道编码器数据采集系统设计

  本文提出了采用Xilinx公司生产的CPLD来对多通道旋转编码器进行数据采集的方法,着重介绍了系...

发表于 2012-07-11 10:36 524次阅读
基于CPLD多通道编码器数据采集系统设计

旋转编码器原理及其应用

旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系,得到其角度码盘角度位移量增加(正方向...

发表于 2012-07-09 10:59 13379次阅读
旋转编码器原理及其应用