基于Arduino开发环境光电编码器检测仪设计.doc

基于Arduino开发环境光电编码器检测仪设计 　　摘 要： 为了能快速简便地判断光电编码器的好坏，设计了一种基于Arduino新型集成开发环境的光电编码器检测仪，实现了Arduino板与可编程智能液晶触摸显示器终端的通信控制，完成了对光电编码器信号准确的计数，并能判断其好坏。检测仪操作简单方便，对于基于Arduino集成开发环境开发的产品具有一定的参考价值。 　　关键词： Arduino； 光电编码器； 触摸显示器； 脉冲计数 　　中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）02?0124?03 　　0 引 言 　　Arduino是一款基于单片机系统的电子产品开发平台，它的软硬件系统都具有高度的模块化，而且软件系统是完全开源的。其硬件系统也是高度模块化的，在核心控制板的外围有开关量输入/输出模块、各种模拟量传感器输入模块、总线类传感器的输入模块，还有网络通信模块[1?2]。Arduino有自己特有的编程语言。其语法规则类似C/C++语言，IDE环境和语言把单片机与硬件相关的一些参数都参数化并进行了很好的封装，把端口都打包，寄存器、地址指针之类的基本不用管，大大降低了软件开发难度。因此不用开发者去了解其硬件结构即可对其编程，实现设计者的设计意图和创意[3]。 　　本文提出了一种基于Arduino开发环境的光电编码器检测仪设计方案，能够对光电编码器的好坏进行判断，实现光电编码器正转与反转时的脉冲计数。 　　1 整体设计 　　该检测仪主要由调理电路、Arduino控制板、液晶显示电路等组成，如图1所示。 　　CLKA和CLKB为光电编码器输出的两路相位相差90°的编码信号。调理电路用来对这两路信号进行整形滤波等信号处理，最后送至Arduino控制板。Arduino控制板用来实现光编码器脉冲个数的计数，正转、反转两种脉冲信号的判别。液晶显示电路用来显示检测的参数，同时对不同型号光电编码器进行选择控制。 　　2 硬件部分设计 　　2.1 调理电路 　　信号调理电路用于检测信号的调理，主要是把待测交流信号，经过滤波、放大、选通、有效值转换、限幅等处理，送到微控制器进行测量。 　　图2为调理电路框图，光电编码器输出的两路相位相差90°的正弦波信号A、B，经施密特触发器变为a、b两组方波信号。A分为两组：一路经微分电路，在方波的上升沿形成脉冲信号d，再由门电路输出，形成正转脉冲，另一路经反相器，形成反相方波c，再经微分电路形成脉冲信号e，由门电路输出反相脉冲g。b组方波直接连到两个门电路的控制端，作为两个门电路的选通信号。 　　光电编码器正转时，b组信号超前90°，它的方波正半波对应不经反相器a组方波的上升沿，正半波又使门电路选通，d组脉冲通过门电路形成正转脉冲；而c组方波的上升沿对应b组方波负半波，此时虽然微分电路输出e脉冲，但门电路关闭，不能输出反相脉冲g。当编码器反转时，情况正好相反。最终输出的脉冲分别送入控制检测电路进行计数。 　　2.2 Arduino控制板 　　本检测仪采用了意大利必威体育精装版开发的Arduino Due微控制器。Arduino Due是一块基于 Atmel SAM3X8E CPU的微控制器板。它是第一块基于32位ARM核心的Arduino，使用32位ARM核心的Due相较于以往的使用8位AVR核心的其他Arduino更强大：32位核心在一个时钟能处理32位的数据。控制板包括54个数字I/O引脚 （其中12路PWM输出），12个模拟输入通道，2个模拟输出通道 （DAC），I/O口总输出电流为130 mA。3.3 V端口输出能力为800 mA，5 V端口输出能力为800 mA，FLASH 512 KB （所有空间都可以储存用户程序），SRAM 96 KB （两个部分：64 KB and 32 KB），时钟速率[4?5]为 84 MHz。 　　由于Arduino due的工作电压为3.3 V，I/O口可承载电压也为3.3 V，所以经过调理电路产生的5 V脉冲不能直接处理。本检测仪通过SN74lVC4245芯片把5 V的脉冲整形为3.3 V的脉冲。 　　2.3 液晶显示电路 　　本设计中采用了国产开发的可编程智能LCD（即Programmable Smart LCD，简称PS?LCD）。PS?LCD是一种包含LCD显示屏、LCD控制器、触摸屏、人机界面处理系统和通信接口于一体的智能显示模组，通过可选的通信接口与外部控制单元（如：51单片机、ARM、DSP、PC、PLC、总线设备等）连接，实现系统的人机交互界面。 　　新建Designer工程，定义界面分辨率、界面切换效果和主界面等；设置背景、加入/设置控件、定义事件动作等；PS?LCD的采