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   德國KUBLER庫伯勒編碼器是一種位置和速度轉(zhuǎn)換器，它將一個軸(或軸)的角或直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換成一系列電子數(shù)字脈沖。這些電脈沖被用來控制(產(chǎn)生它們的)機(jī)械軸的運(yùn)動。

    KUBLER庫伯勒編碼器由以下部分組成：

    1、機(jī)械接口

    機(jī)械接口包含所有允許編碼器耦合到機(jī)器或應(yīng)用設(shè)備的組件，包括：軸，連接在旋轉(zhuǎn)的機(jī)器軸上，按照固定方式設(shè)計：實(shí)心或孔軸；法蘭，將編碼器固定并調(diào)整到其支架上的法蘭；外殼，包含并保護(hù)磁盤和電子元件；

    2、碼輪（或磁性致動器或線性刻度）

    德國KUBLER庫伯勒編碼器碼輪（或盤）定義了脈沖的傳輸碼；它由一個由塑料、玻璃或金屬材料制成的支撐物組成，支撐物上刻有透明或不透明部分交替形成的圖案。在線性尺度上，用靜止不透明條代替這一圖案。采用磁感測時，用磁路（南北）模式代替碼輪或線性標(biāo)度。

    3、光電接收器（或磁傳感器）

    光電接收器時由一組傳感器（光電二極管或光電晶體管）制成的，這些傳感器由紅外光源照亮。在接收器和LED之間由一個刻度碼輪。光將磁盤像投射到接收器表面，接收器表面被一種稱為刻線的光柵覆蓋，具有相同的磁盤臺階接收器將發(fā)生的由圓盤移動引起的光變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電變化。

    磁編碼器系統(tǒng)是由帶磁鐵的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器和磁傳感器將磁場變化轉(zhuǎn)化為電信號制成的。

    4、電氣接口

    電子接口時編碼器向接收器傳輸數(shù)據(jù)的方式。電信號（可以時數(shù)字的或模擬的）通過編碼器電纜傳輸?shù)揭粋€智能設(shè)備，如接口板，PLC等

    電接口取決于編碼器類型，增量式或絕對式。

    增量式編碼器的接口有：

    -NPN型

    -NPN型集電極開路

    -推挽

    -線性驅(qū)動器

    編碼器檢測信號的主要技術(shù)有：

    -光電或光學(xué)掃描（旋轉(zhuǎn)或線性）

    -磁場變化（旋轉(zhuǎn)或線性）

    -電位計（旋轉(zhuǎn)或線性）

    -磁性伸縮效應(yīng)（線性）

    -能量收集效應(yīng)（旋轉(zhuǎn)）

    旋轉(zhuǎn)和線性傳感器的主要應(yīng)用時：機(jī)床，材料加工機(jī)械，機(jī)器人，電機(jī)反饋系統(tǒng)，測量和運(yùn)動控制設(shè)備。

    德國KUBLER庫伯勒編碼器工作原理

    增量式編碼器由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件和光電轉(zhuǎn)換電路組成

    當(dāng)碼盤隨同被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，檢測光柵保持不動。光線穿過碼盤和檢測光柵的縫隙照射在光電檢測器件上，光電檢測器件即會輸出相位相差900電度角的近似于正弦波的兩組差分電信號，這兩組差分信號再經(jīng)脈沖整形轉(zhuǎn)換為普通的單端電平信號，最后對兩個單端電平信號進(jìn)行倍頻、鑒相和計數(shù)等操作，以得到碼盤旋轉(zhuǎn)的方向和位置。

    本文旨在解決增量編碼器倍頻、鑒相、計數(shù)的問題，充分利用FPGA豐富的邏輯模塊和IO模塊，設(shè)計了一種簡單的接口電路，并行輸出結(jié)果以供進(jìn)一步操作，

    倍頻、鑒相、計數(shù)原理分析

    德國KUBLER庫伯勒編碼器盤和檢測光柵有兩組對應(yīng)的等間距透光縫隙，相互錯開1／4節(jié)距，用于在旋轉(zhuǎn)過程中對光電發(fā)送及接收裝置產(chǎn)生通斷變化，使得光電檢測器件輸出相位上相差90o的信號A、B。根據(jù)A和B的相位關(guān)系可判斷出碼盤的旋轉(zhuǎn)方向。

    當(dāng)A相位超前B90o時，DIR(方向信號)為高電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)A滯后B90o時，DIR(方向信號)為低電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)。碼盤信號經(jīng)過計數(shù)器計數(shù)后得出碼盤旋轉(zhuǎn)的角度才能轉(zhuǎn)換為位置信息，計數(shù)器加減以方向信號為依據(jù)。

    編碼器每旋轉(zhuǎn)一周，A相和B相所輸出的脈沖數(shù)相同，脈沖數(shù)決定了編碼器的精度。在一個編碼脈沖輸出周期中，A和B信號共產(chǎn)生了4個跳變沿。捕捉每個跳變并且進(jìn)行計數(shù)，即：當(dāng)A為高電平時，B在上升沿則加1，下降沿則減1；A為低電平時，B在下降沿則減l，上升沿則加l；B為高電平時，A在上升沿則減1，下降沿則加l；在B為低電平時，A在上升沿則加1，下降沿則減l。

    如此在每個周期內(nèi)，碼盤正轉(zhuǎn)時計數(shù)4次，反轉(zhuǎn)時也計數(shù)4次，使計數(shù)脈沖數(shù)量增加了4倍。若一個編碼脈沖信號量化誤差為φ，則四倍頻后的量化誤差降為φ/4，其角位移的測量精度提高了4倍，同時光電碼盤的分辨率也提高了4倍。

    信號四倍頻設(shè)計的關(guān)鍵在于捕捉A、B信號的上升沿和下降沿。本設(shè)計采用數(shù)字型電路即D觸發(fā)器作為延遲環(huán)節(jié)來檢測邊沿的變化，A、B相倍頻脈沖寬度和延時時間均由時鐘(外部有源晶振提供)控制，倍頻后的脈沖寬度一致，可以有效地克服傳統(tǒng)RC微分型或積分型邊沿檢測電路的不足。

    A、B信號經(jīng)D觸發(fā)器后的信號分別記為A1、B1。將A1、B1作為倍頻的原始信號，將消除A、B信號中尖脈沖帶來的影響，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。A1、B1再經(jīng)過一個D觸發(fā)器，延時一個時鐘周期，將產(chǎn)生A2、B2信號。

    即A2、B2分別滯后A1、B1一個時鐘周期，且A1、A2的相位分別滯后B1、B290o(假定此時電機(jī)反轉(zhuǎn)，B1超前A190o)，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的，需要能夠*捕捉到一個周期內(nèi)脈沖的上升沿和下降沿，即圖4的圓黑點(diǎn)。

    虛線所示的狀態(tài)可知，A1和A2，B1和B2兩組信號里都有一組不同的電平狀態(tài)，故采用3個異或門以求得信號的4倍頻信號F4_CLK。與此同時，采用兩個與非門來求得方向信號。