基于單片機(jī)的磁性編碼器信號(hào)細(xì)分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

細(xì)分方案軟件部分設(shè)計(jì)

電子細(xì)分方案軟件流程圖如圖2所示。

在脈沖的輸出控制上需要解決如下兩個(gè)問題：如何輸出細(xì)分脈沖以及如何控制細(xì)分脈沖的輸出速率。

編碼盤的轉(zhuǎn)速變化是連續(xù)的，不會(huì)發(fā)生突變，因此可以近似認(rèn)為在一段極短的時(shí)間內(nèi)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定的，在此時(shí)間段內(nèi)也就完全可以按照等時(shí)間間隔輸出脈沖。假設(shè)電機(jī)的速度響應(yīng)時(shí)間為100毫秒，在恒定加速度下達(dá)到1000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，程序的執(zhí)行周期為3000微秒，在一個(gè)程序周期中，按勻速處理產(chǎn)生的角度誤差最大不超過0.27度，也就不會(huì)導(dǎo)致脈沖的誤輸出，完全可以保證精度要求。按照恒定速率在極短的時(shí)間內(nèi)輸出細(xì)分脈沖可以大大簡化程序設(shè)計(jì)，并可以大幅度提高系統(tǒng)的實(shí)習(xí)響應(yīng)性能。

由于細(xì)分脈沖數(shù)目必須要等到下一次采樣完成后才能確定，因此脈沖的輸出在時(shí)間上必然會(huì)滯后一個(gè)程序周期。如果設(shè)定程序執(zhí)行周期為3毫秒，按編碼盤每分鐘旋轉(zhuǎn)1000轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)輸出1000個(gè)細(xì)分脈沖計(jì)算，則輸出信號(hào)最多會(huì)產(chǎn)生50個(gè)脈沖的滯后，相當(dāng)于18o的機(jī)械角度誤差。如果編碼盤的轉(zhuǎn)速增加，該誤差會(huì)變得更大。同時(shí)，由于程序的執(zhí)行周期不是一個(gè)固定值，因此由此所產(chǎn)生的信號(hào)滯后也將是一個(gè)變化的值。如果等到下一次的采樣完成后才輸出脈沖，則細(xì)分誤差會(huì)比較大，且無法控制。因此細(xì)分脈沖不能等到應(yīng)輸出脈沖數(shù)目計(jì)算完成后才進(jìn)行。

為了解決以上兩個(gè)問題，可以采用定時(shí)中斷控制脈沖的輸出。首先根據(jù)需要輸出的脈沖數(shù)目計(jì)算出輸出脈沖的時(shí)間間隔，以此時(shí)間間隔作為定時(shí)時(shí)間常數(shù)控制細(xì)分脈沖的輸出。這樣一方面可以保證脈沖輸出和輸出脈沖計(jì)算的同步進(jìn)行；另一方面也可以通過定時(shí)器控制脈沖輸出的速率，從而使得細(xì)分脈沖在最大程度上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)輸出。

為了進(jìn)一步簡化程序設(shè)計(jì)，可以將程序執(zhí)行周期設(shè)定為固定值，采用定時(shí)程序?qū)Τ绦虻膱?zhí)行進(jìn)行監(jiān)控，以保證每一個(gè)程序的執(zhí)行周期都為設(shè)定值。這樣就可以建立查詢表格，根據(jù)應(yīng)輸出的細(xì)分脈沖的數(shù)目直接確定出對(duì)應(yīng)的定時(shí)時(shí)間常數(shù)。如此，將復(fù)雜的浮點(diǎn)運(yùn)算程序簡化為簡單的查表程序，縮短了程序執(zhí)行周期，保證了細(xì)分脈沖輸出的實(shí)時(shí)性。

結(jié)論：

以上設(shè)計(jì)思想在編碼器信號(hào)細(xì)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)中均得以應(yīng)用，并成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)編碼器輸出正弦波信號(hào)的1000細(xì)分，從實(shí)踐上證明了利用低成本的單片機(jī)系統(tǒng)完全可以在低分辨力的編碼器基礎(chǔ)上得到較高的分辨率。

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