伺服电机正交解码器的设计与实现.pdfVIP

自动化技术与应用》20l 1年第30卷第01期 经 验 交 流 1_echnicaI Communications 伺服电机正交解码器的设计与实现 丁 华 峰 (常州轻工职业技术学院，江苏 常州 2I3164) 摘 要：正交解码器是伺服电机实现速度、位置的精确定位的重要组成部分。传统的正交解码器选用专用芯片，性能虽优异但价格昂 贵且采购不易。本文提出一种以CPLD为硬件平台的正交解码器设计方案，实测性能稳定，成本低廉，软件设计灵活，为伺服电 机正交解码提供了一条新的途径 ，供用户选择。 关键词：CPLDlVHDL；伺服电机l正交解码 中图分类号 ：TM383．4 文献标识码：B 文章编号：1003—7241(2011)01—0086—003 Design and Implementation of Servo Motor Quadrature Decoder DING Hua-feng (Changzhou Institude of Light Industry Technology,Changzhou 2 1 3 1 64 China) Abstract：The orthogonal decoder is an important component to realize the speed and position of servo motor．The performance of traditional orthogonal decoder chip is excelent，but the price is expensive and not easy tO purchase．This paper presents a design of orthogonal decoder used CPLD for hardware platform．With the stable performance and low cOSt，flexible design，the decoder provides a new way for servo motor orthogonal decoding for customers tO choose． Key words：CPLD；VHDL；servo motor；orthogonal decoding 1 引言 伺服电机又称执行电动机，在自动控制系统中，用 作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的 角位移或角速度输出。伺服电机主要靠脉冲来定位， 处理器通过伺服电机反馈的正交编码获得电机转速以 及方 向信息 ，从而发送相应的脉冲实现速度、位置的 精确定位。 传统的伺服电机正反转判断及转速测量大多采用 Avago公司生产的HCTL一2032，该芯片具有四细分和辨 向功能，可接收两路正交脉冲信号 ，在测量精度和数据 处理速度方面很占优势。但是，该芯片订货周期长，直 接影响企业产品的正常生产，本文正是针对企业在使用 该芯片时遇到的生产窘境，提出了采用CPLD为硬件平 台，通过VHDL语言设计出该芯片的一款替代产品，充 分利用 CPLD设计的灵活性 ，既可实现 H CTL一2032芯 收稿 日期：2 01 0—0 9—2 7 片的原有功能，又方便根据企业需求在此基础上进行功 能扩展。 正交解码技术简介 A 厂]厂]r_]r_] B 口几几 国 审市旺转 电机反转 图 1 电机正反转正交编码示意图 伺服电机编码器一般由一个中心有轴的光电码盘 ， 其上有环形通或暗的刻线，有光电发射和接收器件读 取，获得四组正弦波信号组成 A、B、C、D每个正弦波 相差9O度相差位，将 C、D信号反向，叠加在A、B两相 上 ，可增强稳定信号 ，另每转输出一个 Z相脉冲以代表 零位参考位。由于A、B两相差90度，可通过比较A相 经 验 交 流 自动化技术与应用 201 1年第30卷第01期 在前还是在B相在前，以判别编码器的正转与反转(如图 1)，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 编码器以每旋转 360度提供多少通或暗线称为分辨 率 ，也称解析分度或直接称多少线，一般在每转分度 5— 1 0000线，分辨率越高代表伺服电机所控制的精度就越 高。对于分辨率较高的伺服电机 ，如直接通过处理器完 成解码工作 ，对处理器时钟要求较高并且容易造成处理 器运行步流畅，通常采用专门的解码芯片对该正交编码 进行解码_J1。 图2 HCTL一2032管脚图 H CTL-2032是 Avago公司生产的正交解码芯片， 能同时接收两路正交脉冲信号 ，分别为 CHAx、CHBx 和CHAy、CHBy，输出U／Dx、U／Dy用于判断内部正 向运动和反向运动，内置32位计数器根据