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德国KUBLER库伯勒编码器的接口电路及原理分析
阅读：911 发布时间：2022-7-11德国KUBLER库伯勒编码器是一种位置和速度转换器，它将一个轴(或轴)的角或直线运动转换成一系列电子数字脉冲。这些电脉冲被用来控制(产生它们的)机械轴的运动。
KUBLER库伯勒编码器由以下部分组成：
1、机械接口
机械接口包含所有允许编码器耦合到机器或应用设备的组件，包括：轴，连接在旋转的机器轴上，按照固定方式设计：实心或孔轴；法兰，将编码器固定并调整到其支架上的法兰；外壳，包含并?；ご排毯偷缱釉?/p>
2、码轮（或磁性致动器或线性刻度）
德国KUBLER库伯勒编码器码轮（或盘）定义了脉冲的传输码；它由一个由塑料、玻璃或金属材料制成的支撑物组成，支撑物上刻有透明或不透明部分交替形成的图案。在线性尺度上，用静止不透明条代替这一图案。采用磁感测时，用磁路（南北）模式代替码轮或线性标度。
3、光电接收器（或磁传感器）
光电接收器时由一组传感器（光电二极管或光电晶体管）制成的，这些传感器由红外光源照亮。在接收器和LED之间由一个刻度码轮。光将磁盘像投射到接收器表面，接收器表面被一种称为刻线的光栅覆盖，具有相同的磁盘台阶接收器将发生的由圆盘移动引起的光变化转换成相应的电变化。
磁编码器系统是由带磁铁的旋转驱动器和磁传感器将磁场变化转化为电信号制成的。
4、电气接口
电子接口时编码器向接收器传输数据的方式。电信号（可以时数字的或模拟的）通过编码器电缆传输到一个智能设备，如接口板，PLC等
电接口取决于编码器类型，增量式或绝对式。
增量式编码器的接口有：
-NPN型
-NPN型集电极开路
-推挽
-线性驱动器
编码器检测信号的主要技术有：
-光电或光学扫描（旋转或线性）
-磁场变化（旋转或线性）
-电位计（旋转或线性）
-磁性伸缩效应（线性）
-能量收集效应（旋转）
旋转和线性传感器的主要应用时：机床，材料加工机械，机器人，电机反馈系统，测量和运动控制设备。
德国KUBLER库伯勒编码器工作原理
增量式编码器由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和光电转换电路组成
当码盘随同被测转轴转动时，检测光栅保持不动。光线穿过码盘和检测光栅的缝隙照射在光电检测器件上，光电检测器件即会输出相位相差900电度角的近似于正弦波的两组差分电信号，这两组差分信号再经脉冲整形转换为普通的单端电平信号，最后对两个单端电平信号进行倍频、鉴相和计数等操作，以得到码盘旋转的方向和位置。
本文旨在解决增量编码器倍频、鉴相、计数的问题，充分利用FPGA丰富的逻辑?？楹虸O?？?，设计了一种简单的接口电路，并行输出结果以供进一步操作，
倍频、鉴相、计数原理分析
德国KUBLER库伯勒编码器盘和检测光栅有两组对应的等间距透光缝隙，相互错开1／4节距，用于在旋转过程中对光电发送及接收装置产生通断变化，使得光电检测器件输出相位上相差90o的信号A、B。根据A和B的相位关系可判断出码盘的旋转方向。
当A相位超前B90o时，DIR(方向信号)为高电平，电机正转；当A滞后B90o时，DIR(方向信号)为低电平，电机反转。码盘信号经过计数器计数后得出码盘旋转的角度才能转换为位置信息，计数器加减以方向信号为依据。
编码器每旋转一周，A相和B相所输出的脉冲数相同，脉冲数决定了编码器的精度。在一个编码脉冲输出周期中，A和B信号共产生了4个跳变沿。捕捉每个跳变并且进行计数，即：当A为高电平时，B在上升沿则加1，下降沿则减1；A为低电平时，B在下降沿则减l，上升沿则加l；B为高电平时，A在上升沿则减1，下降沿则加l；在B为低电平时，A在上升沿则加1，下降沿则减l。
如此在每个周期内，码盘正转时计数4次，反转时也计数4次，使计数脉冲数量增加了4倍。若一个编码脉冲信号量化误差为φ，则四倍频后的量化误差降为φ/4，其角位移的测量精度提高了4倍，同时光电码盘的分辨率也提高了4倍。
信号四倍频设计的关键在于捕捉A、B信号的上升沿和下降沿。本设计采用数字型电路即D触发器作为延迟环节来检测边沿的变化，A、B相倍频脉冲宽度和延时时间均由时钟(外部有源晶振提供)控制，倍频后的脉冲宽度一致，可以有效地克服传统RC微分型或积分型边沿检测电路的不足。
A、B信号经D触发器后的信号分别记为A1、B1。将A1、B1作为倍频的原始信号，将消除A、B信号中尖脉冲带来的影响，提高了系统的抗干扰性能。A1、B1再经过一个D触发器，延时一个时钟周期，将产生A2、B2信号。
即A2、B2分别滞后A1、B1一个时钟周期，且A1、A2的相位分别滞后B1、B290o(假定此时电机反转，B1超前A190o)，为了实现预期目的，需要能够*捕捉到一个周期内脉冲的上升沿和下降沿，即图4的圆黑点。
虚线所示的状态可知，A1和A2，B1和B2两组信号里都有一组不同的电平状态，故采用3个异或门以求得信号的4倍频信号F4_CLK。与此同时，采用两个与非门来求得方向信号。