武漢理工大學(xué) 史金山，劉 清1 引言

    在機器人和其他精密儀器的控制系統(tǒng)中，位置檢測是需要解決的重要問題之一，位置檢測的精度和穩(wěn)定性對控制系統(tǒng)起著關(guān)鍵作用。計量光柵傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、激光陀螺等測量系統(tǒng)的輸出一般為兩路相位差90°的正交解碼脈沖信號。根據(jù)正交解碼信號之間相位的超前與滯后關(guān)系，把正交信號轉(zhuǎn)換為另外兩路信號，分別為代表正交信號任一路脈沖數(shù)的脈沖序列以及代表正交信號相位關(guān)系的控制信號。它們分別送到可逆計數(shù)器的計數(shù)輸入端和加／減控制端。根據(jù)可逆計數(shù)的結(jié)果可獲得測量系統(tǒng)所需要的位移或角位移等測量。在輪式移動機器人運動控制系統(tǒng)中常用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測車輪的速度和角度，從而構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)運動控制算法。一般微處理器不帶正交解碼脈沖接口，而一些專為控制電機推出的dsp，如ti公司的c24x、c27x、c28x系列只提供了兩路正交解碼脈沖接口，且是與捕捉功能復(fù)用的，不能滿足檢測兩個以上位置的需要，因此設(shè)計開發(fā)***與微處理器的接口具有重要的應(yīng)用價值。

    2 hctl-2032介紹

    hcti-2032是avago公司生產(chǎn)的cmos專用集成電路，集噪聲濾波、正交解碼、可逆計數(shù)、總線接口于一體，可大大改善測量系統(tǒng)的性能。相比hcti-2022而言，hctl-2032可接收兩路正交解碼脈沖，并且增加了接收基準(zhǔn)信號，時鐘周期達33mhz，不僅節(jié)省了電路設(shè)計的體積，而且提高了測量精度和處理數(shù)據(jù)的速度。

    2.1 功能

    hctl-2032的引腳排列如圖1所示，hctl-2032可以將光電編碼器輸出的波形轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入微處理器，兩路輸入引腳chax、chav、chix和chbx、chby、chiy經(jīng)過施密特觸發(fā)器整形濾波后，通過設(shè)置en1、en2的值選擇采用4×、2×、1×計數(shù)模式，而后送入32位二進制計數(shù)器對采集的正交波計數(shù)，由于輸出數(shù)據(jù)線只有8位，因此32位的數(shù)據(jù)需要通過改變控制線sel1、sel2、oe的值分四次依次讀出。

    2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

    hctl-2032內(nèi)部包括數(shù)字濾波器、正交解碼邏輯、位置計數(shù)器、總線接口，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

    2.2.1 數(shù)字濾波器

    hctl-2032的輸入部分包括施密特觸發(fā)器與數(shù)字延遲濾波器，用于抑制混入正交信號的噪聲。正交信號通過施密特觸發(fā)器后，必須保持3個上升沿才能通過數(shù)字濾波器，小于1 v的低電平噪聲被濾除。余下的高電平、短持續(xù)時間噪聲脈沖通過數(shù)字濾波器濾除。

    2.2.2 正交解碼

    hctl-2032提供了1×、2×、4×三種可選解碼方式，解碼方式的選擇由en1、en2的組合值控制，正交輸入相鄰跳變沿之間二者的電平狀態(tài)有四種：10、11、01、00。當(dāng)選擇4×模式時，在一個周期內(nèi)正交***在時鐘上升沿采樣四種狀態(tài)進行計數(shù)，同理，當(dāng)選擇2×和1×模式時，在一個周期內(nèi)正交***在時鐘上升沿分別采樣兩種、一種狀態(tài)進行計數(shù)。每監(jiān)測到一次狀態(tài)變化，在cntdec引腳輸出一個寬度為半個時鐘周期的正脈沖。同時給出狀態(tài)轉(zhuǎn)移方向信號，u／d=1，表明a相超前b相。反之b相超前a相。圖中同時還給出計數(shù)器溢出時的級聯(lián)信號cntcas。正交***對信號與時鐘的要求為tes＞tclk。

    2.2.3 32位二進制計數(shù)器與32位鎖存器

    正交解碼采集的脈沖輸入32位增／減計數(shù)器，在時鐘的上升沿計數(shù)，計數(shù)值送入32位鎖存器，使用時通常有以下幾種情況：

    (1) 計數(shù)范圍在32位計數(shù)器計數(shù)值范圍之內(nèi)，計數(shù)值代表絕對位置。

    (2) 統(tǒng)作往返周期運動且每周計數(shù)值小于32位時，可由rst每個周期復(fù)位一次計數(shù)器。

    (3) 統(tǒng)也可用作8、16、24、32位計數(shù)，這時兩次讀取的計數(shù)差代表絕對位置，系統(tǒng)絕對位置可由系統(tǒng)軟件計算，但是計數(shù)器會上溢或下溢，為了防止位置信息丟失，必須保證每次計數(shù)差不超過計數(shù)器最大計數(shù)的一半，即8位，16位，24位，32位分別應(yīng)該