增量式编码器抗抖动设计.doc
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{ if(P1IFG & BIT0) { Counter++; } if(P1IFG & BIT1) { Counter--; } P2IFG &=~(BIT0 + BIT1);
}
P1IE |= BIT0 + BIT1; P1IES &= ~(BIT0 + BIT1); }
float Get_Angle( ) { float angle; angle = Counter/25000*360; return angle; } #pragma vector=PORT1_VECTOR __interrupt void Port1_Interrupt(void)
被避免的。
图 2 编码器产生抖动示意图 编码器受外界干扰产生抖动时其输出波形如图 3 所示。
图 3 编码器抖动时输出波形 当然我们使用软件的方法也是可以把这种抖动干扰去除掉，但其浪费控制器 很大一部分软件资源（要求处理器响应速度异常的高），这就会给我们的软件设 计带来非常大的麻烦，本人已使用软件实现了设计要求，在性能方面不是很好， 一般干扰处理是没有问题，对于一些高频率的抖动干扰，软件响应还是不能够及 时，这里不讨论。这里我们借助一些逻辑硬件对编码器输出信号进行处理。其原 理如图 4 所示。
图 4 编码器去抖动硬件原理图
其设计的基本思想是，对编码器在没有抖动时的输出波形立为标准标准波 形，如图 1 所示波形，将编码器输出的波形与标准波形进行比对，如果其对应的 逻辑都相同，则认为是正常输出，否则确定为干扰，编码器输出为低电平。下面 以正旋运动时其对原理进行详细分析。当编码器正旋输出时（图 1 所示）当 A 相的上升沿到来时 B 相输出为低电平，B 相上升沿到来时 A 相输出高电平，A 相下降沿到来时 B 相输出为高电平，当 B 相下降沿到来时 A 相输出低电平，也 就是说在一个脉冲输出周期中，在 A、B 相的边沿到来时，令 A、B 输出结果为 1，其顺序为Ｂ！－Ａ－Ｂ－Ａ！，如果能判定出这几个信息则输出信号可以确定 为正常输出，否则判定为抖动输出。我们以图 5 中的波形结合图 4 中的硬件原理 进行分析，设触发器初始值为 1。图 5 中通过ＡＢ相的波形，我们很容易判定， 该编码器为正旋运动，正常输出２个脉冲，Ｂ相中的其余脉冲都为抖动造成。这 里用‘+’表示信号上升沿，‘-’表示信号下降沿。以 A+作为一个检测比对周期 的开始，以 B-作为检测周期的结束，共在 4 个边沿出将输出信号与标准波形进 行判定和比对。A+时 B 为 0，U6A 触发器（触发器的传递函数为 Q=D，Q!=D！） FQ1=Q!=B！=1，则可认为这个点的波形是正确的，B+时 A 为 1，U1A 触发器 FQ2=Q=A=1，此处波形也符合标准波形，A-时 B 为 1，U6B 触发器 FQ3=Q=B=1, 该点符合标准波形，B-时 A 为 1，U1B 触发器 FQ4=Q！=A=0，此处波形不符合
增量式编码器的抗抖动设计
作者：杨旭
本人在转子流量计智能转换器的设计过程中，需要对角位移传感器进行校验 分析，以确定其精确0.07°， 假设以此值作为其精度计算，则角度传感器的最大满度误差为 0.19‰。这里选用 一个欧姆龙的增量式编码器来设计角度测量仪，其分辨率为 25000P/R 理想状态 下以 1 个脉冲的误差（换算为角度值为 0.0144°）计算，其满度误差为 0.04‰， 足可以满足应用需求。
标准波形。当 B+时，FC=0，此处将计数波形拉低，加入一个比对周期内各点正 确，后续逻辑会将 FC 置位，如果为干扰 FC 保持为 0。当 B-时作为检测周期的 结束点，先进行 FT=FQ1 & FQ2 & FQ3 & FQ4,当 FT=1 时，说明在一个检测周期 内，各边沿点符合标准波形，否则该检测周期内的波形为干扰波形 FT=0，B-经 过 3 级缓冲器 U4A-U4C 触发由 JK 触发器构成的 T 触发器（T 触发器的逻辑关 系为 T=0 时 Q=Q，T=1 时 Q=Q!）U3A，当 FT=0 时，输出 FC=0，否则 FC=1。 这里缓冲器的作用是避免竞争，为了 B-时检测点的波形与标准波形的比对结果 有效。正旋时将扰动假设在 B 相中，反旋转时将扰动假设在 A 相中。反旋计数 原理与正旋相同这里不再叙述。由时序图 5 可知，经过逻辑判定后，最终输出结 果 FC 为 2 个脉冲输出，结果与之前分析一致。
图 1 旋转编码器输出波形 简单来讲，实现设计要求功能很简单，只需检测出 A、B 信号的相位差的状 态，然后将其和两路信号中任意一路一起接入到控制的外部中断引脚，再由控制 通过相位状态进行加减计数即可得到编码器的绝对角位移。关键问题出在当编码 器使用受到环境的干扰，比如如震动、启停瞬间，则编码器输出出现抖动。增量 式编码器产生抖动的原因是 A、B 相之间存在一定的间隙。如图 2 所示，假设 B 相中的某点，以检测点 L 为中心的位置来回震荡，而 A 相中对应点未被检测， 这时就产生了抖动干扰。编码器产生震荡的原因是由其物理结构决定的，是不可
转入正题，增量式编码通常有 A、B、Z 三相输出。以所选编码器为例，其 转动一周 Z 相输出一个脉冲信号，A、B 相输出 25000 个脉冲信号。其输出波形 如图 1 所示，图中为输出的 A、B 两路信号的波形图，这两路信号有 90°相位 差，后续逻辑电路可以通过相位差来判定编码器的转向。该编码器常应用于定位 设备中，图 1 中 A 信号超前 B 信号 90°，由此可判定该编码器顺时针旋转。
图 5 硬件信号处理时序图 将 FC 与 BC 分别接入到控制器的外中断中，将控制器外部中断检测设定为上升沿有效， 当进入中断后进行中断向量的判定，如果 FC+，则变量 Counter++，否则 Counter--。 这设 FC =P1^0，BC =P1^1，控制器使用 TI 的 MSP430F1611。其代码为如下。 float Counter； void Port_nit() {
}
P1IE |= BIT0 + BIT1; P1IES &= ~(BIT0 + BIT1); }
float Get_Angle( ) { float angle; angle = Counter/25000*360; return angle; } #pragma vector=PORT1_VECTOR __interrupt void Port1_Interrupt(void)
被避免的。
图 2 编码器产生抖动示意图 编码器受外界干扰产生抖动时其输出波形如图 3 所示。
图 3 编码器抖动时输出波形 当然我们使用软件的方法也是可以把这种抖动干扰去除掉，但其浪费控制器 很大一部分软件资源（要求处理器响应速度异常的高），这就会给我们的软件设 计带来非常大的麻烦，本人已使用软件实现了设计要求，在性能方面不是很好， 一般干扰处理是没有问题，对于一些高频率的抖动干扰，软件响应还是不能够及 时，这里不讨论。这里我们借助一些逻辑硬件对编码器输出信号进行处理。其原 理如图 4 所示。
图 4 编码器去抖动硬件原理图
其设计的基本思想是，对编码器在没有抖动时的输出波形立为标准标准波 形，如图 1 所示波形，将编码器输出的波形与标准波形进行比对，如果其对应的 逻辑都相同，则认为是正常输出，否则确定为干扰，编码器输出为低电平。下面 以正旋运动时其对原理进行详细分析。当编码器正旋输出时（图 1 所示）当 A 相的上升沿到来时 B 相输出为低电平，B 相上升沿到来时 A 相输出高电平，A 相下降沿到来时 B 相输出为高电平，当 B 相下降沿到来时 A 相输出低电平，也 就是说在一个脉冲输出周期中，在 A、B 相的边沿到来时，令 A、B 输出结果为 1，其顺序为Ｂ！－Ａ－Ｂ－Ａ！，如果能判定出这几个信息则输出信号可以确定 为正常输出，否则判定为抖动输出。我们以图 5 中的波形结合图 4 中的硬件原理 进行分析，设触发器初始值为 1。图 5 中通过ＡＢ相的波形，我们很容易判定， 该编码器为正旋运动，正常输出２个脉冲，Ｂ相中的其余脉冲都为抖动造成。这 里用‘+’表示信号上升沿，‘-’表示信号下降沿。以 A+作为一个检测比对周期 的开始，以 B-作为检测周期的结束，共在 4 个边沿出将输出信号与标准波形进 行判定和比对。A+时 B 为 0，U6A 触发器（触发器的传递函数为 Q=D，Q!=D！） FQ1=Q!=B！=1，则可认为这个点的波形是正确的，B+时 A 为 1，U1A 触发器 FQ2=Q=A=1，此处波形也符合标准波形，A-时 B 为 1，U6B 触发器 FQ3=Q=B=1, 该点符合标准波形，B-时 A 为 1，U1B 触发器 FQ4=Q！=A=0，此处波形不符合
增量式编码器的抗抖动设计
作者：杨旭
本人在转子流量计智能转换器的设计过程中，需要对角位移传感器进行校验 分析，以确定其精确0.07°， 假设以此值作为其精度计算，则角度传感器的最大满度误差为 0.19‰。这里选用 一个欧姆龙的增量式编码器来设计角度测量仪，其分辨率为 25000P/R 理想状态 下以 1 个脉冲的误差（换算为角度值为 0.0144°）计算，其满度误差为 0.04‰， 足可以满足应用需求。
标准波形。当 B+时，FC=0，此处将计数波形拉低，加入一个比对周期内各点正 确，后续逻辑会将 FC 置位，如果为干扰 FC 保持为 0。当 B-时作为检测周期的 结束点，先进行 FT=FQ1 & FQ2 & FQ3 & FQ4,当 FT=1 时，说明在一个检测周期 内，各边沿点符合标准波形，否则该检测周期内的波形为干扰波形 FT=0，B-经 过 3 级缓冲器 U4A-U4C 触发由 JK 触发器构成的 T 触发器（T 触发器的逻辑关 系为 T=0 时 Q=Q，T=1 时 Q=Q!）U3A，当 FT=0 时，输出 FC=0，否则 FC=1。 这里缓冲器的作用是避免竞争，为了 B-时检测点的波形与标准波形的比对结果 有效。正旋时将扰动假设在 B 相中，反旋转时将扰动假设在 A 相中。反旋计数 原理与正旋相同这里不再叙述。由时序图 5 可知，经过逻辑判定后，最终输出结 果 FC 为 2 个脉冲输出，结果与之前分析一致。
图 1 旋转编码器输出波形 简单来讲，实现设计要求功能很简单，只需检测出 A、B 信号的相位差的状 态，然后将其和两路信号中任意一路一起接入到控制的外部中断引脚，再由控制 通过相位状态进行加减计数即可得到编码器的绝对角位移。关键问题出在当编码 器使用受到环境的干扰，比如如震动、启停瞬间，则编码器输出出现抖动。增量 式编码器产生抖动的原因是 A、B 相之间存在一定的间隙。如图 2 所示，假设 B 相中的某点，以检测点 L 为中心的位置来回震荡，而 A 相中对应点未被检测， 这时就产生了抖动干扰。编码器产生震荡的原因是由其物理结构决定的，是不可
转入正题，增量式编码通常有 A、B、Z 三相输出。以所选编码器为例，其 转动一周 Z 相输出一个脉冲信号，A、B 相输出 25000 个脉冲信号。其输出波形 如图 1 所示，图中为输出的 A、B 两路信号的波形图，这两路信号有 90°相位 差，后续逻辑电路可以通过相位差来判定编码器的转向。该编码器常应用于定位 设备中，图 1 中 A 信号超前 B 信号 90°，由此可判定该编码器顺时针旋转。
图 5 硬件信号处理时序图 将 FC 与 BC 分别接入到控制器的外中断中，将控制器外部中断检测设定为上升沿有效， 当进入中断后进行中断向量的判定，如果 FC+，则变量 Counter++，否则 Counter--。 这设 FC =P1^0，BC =P1^1，控制器使用 TI 的 MSP430F1611。其代码为如下。 float Counter； void Port_nit() {