旋转编码器的抗抖动计数电路

1、旋转编码器的抗抖动计数电路旋转应用于角度定位或测量时，通常有a、b、z三相输出。旋转编码器的输出波形见图1。a相和b相输出占空比为50的方波。编码器每转一周，a相和b相输出固定数目的脉冲(如100个脉冲)。当编码器正向旋转时，a相比b相超前四分之一个周期；当编码器反向旋转时，b相比a相超前四分之一个周期。a相和b相输出方波的相位差为90±45°。编码器每转一周，z相输出一个脉冲。因为编码器每转一周，a相和b相输出固定数目的脉冲，则a相或b相每输出一个脉冲，表示编码器旋转了一个固定的角度。当z相输出一个脉冲时，表示编码器旋转了一周。因此旋转编码器可以测量角位移及位移方向。问题

2、出在伺服系统停止工作时，若无锁定，则旋转轴受外力(如风力影响)可能自由晃动，因而引起编码器输出波形颤动，2所示，从而引起误计数。在这种状况下，就不能对波形举行正确计数。虽然可以通过软件设置标记状态，用记录历史状态的变幻来滤除误计数，但是程序耗费颇大。因此，本人设计了一个抗颤动计数，它能够自动消退颤动造成的误计数。1 抗颤动计数电路原理图图3是抗颤动计数电路原理图。此电路滤除了旋转编码器输出波形的颤动现象。该电路分为四个部分：译码电路u4a；互锁电路u5a、u5b；正旋计数链j1、j3、j5和反旋计数链j2、j4、j6。u4a为二四译码器，u5a、u5b为与门，j1j6为d触发器。正旋计数链负责

3、对编码器正向旋转的计数，反旋计数链负责对编码器反向旋转的计数。2 抗颤动计数电路工作分析图4为二四译码器输出的波形译码器产生d、a、b、c四种不同的状态。在图3中当b=0、a=0时，译码器 q0输出为d状态，d状态为高电平。当b=0、a=1时，译码器q1输出为a状态，a状态为高电平。当b=1、a=1时，译码器 q2输出为b状态，b状态为高电平。b状态不影响计数和方向确定，在图3电路中没有用法。当b=1、a=0时，译码器q3输出为c状态，c状态为高电平。 当旋转编码器正向旋转时，译码器输出的状态挨次为d、a、b、c、d、a、b、c。4所示。当b=0、a=0时，进入d状态，与门u5a的pin2=a

4、=0(pin是管脚的意思)，于是u5a的输出pin3=0。d触发器j1的r=d=1、s=0，因此j1被清0。与门u5b的pin5=c=0，于是u5b的输出pin4=0。d触发器j2的r=d=1、s=0，因此j2也被清0。这时j1、j2的端都为1，与门u5的 pin1=pin6=1，u5a和u5b都处于等待开门状态。当进入状态a时，q1=a=1，u5a的pin2=a=1。因为c=0?所以j2的端仍为1，u5a的pin1=1?u5a的输出pin3=1。j1的r=d=0、s=1，因此j1被置1。j1的q=1，=。j1的q=1，正旋标记送到了j3的d端。同时j1的端关闭了u5b。在下一个d浮现之前，全

5、部的c脉冲都不会转变j2的状态。这就是说，j1、j3、j5组成的正旋计数链被打开，j2、j4、j6组成的反旋计数链被阻断。u5a、u5b、j1、j2完成互锁的功能。在进入状态a时，j3的r=a=1、s=0，j3被清0，j5的r=a=1、s=0，j5被清0。在进入状态c前，j3的r=0、s=0、d=1，j3处于待触发状态。j3的clk=c，当c脉冲升高沿过后，d=1被打入j3的q端，正旋标记送到了j5的d端。在进入状态d前，j5的r=a=0、s=0，j5处于待触发状态。j5的clk=d，当d脉冲升高沿过后，d=1被打入j5的q端，正旋标记送到了正旋计数输出端。正旋计数输出端由低电平变为高电平。到

6、此为止，完成了一次正旋计数。当由状态d进入状态a时，j5的r=a=1、s=0，j5被清0，正旋计数输出端由高电平变为低电平。由此可知，当旋转编码器正向旋转时，对应a相和b相的每一个完整周期，正旋计数输出端都会产生相应的一个脉冲。a的浮现抢到了正旋计数权。惟独在d重新浮现后，脉冲c才可能有机会抢到反旋计数权。从而保证了一旦进入正旋计数状态，不全完成这一过程，就进入不了反旋计数状态。运行时有可能从状态a返回状态d，结果这只不过释放正旋计数权。因这时正旋标记还只在j3输入端上，a浮现时已把j3清0。d状态只会把0送给j5的q端，因此不会产生误计数。当旋转编码器反向旋转时，译码器输出的状态挨次为d、c

7、、b、a、d、c、b、a。这种状况的分析办法与正向旋转的分析办法相同，这里不再讲述。这就好比接力赛。在一个只允许上一个人的封闭的环形跑道上依次匀称设d、a、b、c四个站，立四个裁判员。d点为起止点、出入口，持棒运动员沿环形跑道一站站往下跑。d裁判长的职责是：运动员往a去(顺行)，告示："有人，正向"；往c去(逆行)，告示："有人，反相"。其他裁判员的职责是给到达本站的运动员发签证(计数标记)，往回跑，撤销签证。d裁判长的计分规章是：凭其他裁判的签证齐全加牌示，正，加一分，反，减一分，然后撤销签证。签证不齐到d，则不计分，撤销签证。运动员在跑道内往返跑或坐

8、时，d裁判视若无睹。例如在图2中，当从状态d进入状态a时，正旋标记送到j3的d端。此后的a、b、a、b、a、b都不起作用，只是把j3和j5反复清0。当从状态b进入状态c时，正旋标记送到j5的d端。当从状态c进入状态d时，正旋标记送到正旋计数输出端，同时j1和j2被清零。在从状态d进入状态c后，反旋标记送到j4的d端。同时，d=0被打入j3的q端，这时j5的d端为零。在从状态c回到状态d后，反旋计数权被释放。但是，因为j5的d端为零，虽然这里再次浮现状态d，该d脉冲不会发生计数，这就是抗颤动。图5为抗颤动计数电路的输出波形。此电路计数频率可达10mhz。a相和b相输入前应予整形，须要时还要举行光电隔离。本人把此电路用于对天线云台角度的定位与测量。天线云台有两个旋转角度，俯仰角从090度，方位角从0354度。旋转编码器用的是omron公司的e6a2。此编码器每转一周，a相或b相输出一百个脉冲。由此可得，抗颤动计数电路每输出一个脉冲，编码器旋转的角度是3.6度。假如加上变速齿轮将会提高角度