基于光电增量式旋转编码器的四倍频检测电路设计

河南理工大学毕业设计（论文）题目基于光电增量式旋转编码器的四倍频检测电路设计姓名qq764604355学院计算机科学与技术学院专业通信工程班级07-4学号3107090204xx日期2011.3—2011.6指导教师李xI摘要随着科学技术的飞速发展，光电编码器已被广泛应用于各种位置伺服控制系统当中，用来检测机械运动的位移、速度以及加速度等信息。常见的光电编码器有绝对位置式和增量式两种。光电增量式旋转编码器，通过检测转轴转过的角度，直接将位移信号转换成数字信号。本文在原有输出低精度波形的基础上，进行四倍频电路的设计，在不增加硬件投入的前提下，提高精度和准确度，使此电路适合于位移检测精度较高的场合。它主要包括判向电路和四倍频电路。本文简要介绍了编码器的分类和原理，介绍了单稳态触发器SN74174N的特性及其功能，详细介绍了光电式旋转编码器的工作原理和功能，设计了四倍频检测电路，并采用Multisim对电路进行了仿真。实验证明本系统稳定可靠，具有很大的实用价值。关键词：光电编码器四倍频电路Multisim数字电路仿真IIABSTRACTAlongwiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,photoelectricencoderhasbeenwidelyappliedinpositionservocontrolsystembyallmeansandusedtodetectmechanicalmotionofdisplacement,velocityandaccelerationandsoon.Theretwokindsofphotoelectricencoderweusethemostisabsolutepositionphotoelectricencoderandincrementaltype.Photoelectricincrementalrevolvingencoderdisplacementsignalconvertedintodigitalsignalsbydetectingtheangleofshaftturned.Thispaperbasedontheoriginallowprecisionoutputwaveformthendesignfrequencycircuitoffourtimes.Withoutanyincreaseinputinhardwareandimprovingprecisionandaccuracy,makethiscircuitbesuitablefordisplacementdetectionprecisionoccasion.Itmainlyincludescircuitoffourtimesandfrequencycircuit.Thispaperbrieflyintroducestheprinciple,theclassificationandencoder.Thenintroducedthecharacteristicsofsinglestateflip-flopSN74174Nanditsfunction,introducesphotoelectricrevolvingencoder。Ialsodesignethecircuitoffourtimesandintroductionitsworkingprincipleandfunction,anduseMultisimsimulationthefrequencycircuitoffourtimes.Experimentshowsthatthissystemisstableandreliableandhasgreatpracticalvalue.IIIKeywords：PhotoelectricencoderMultisimfourtimesthefrequencycircuitDigitalcircuitsimulationIV目录1引言.............................................................................................................11.1课题的概述.....................................................................................................11.2旋转编码器的现状.........................................................................................11.3本课题研究的目的.........................................................................................21.4本论文的结构.................................................................................................22光电增量式旋转编码器.............................................................................42.1编码器概述.....................................................................................................42.2编码器的分类.................................................................................................52.2.1光电编码器.............................................................................................................52.2.2增量式光电编码器.................................................................................................92.2.3绝对式编码器.......................................................................................................112.2.4混合式编码器.......................................................................................................142.3光电增量式旋转编码器信号的输出...........................................................142.4光电增量式旋转编码器的倍频电路...........................................................173光电增量式旋转编码器的四倍频检测电路...........................................183.1光电增量式旋转编码器的四倍频检测电路的原理...................................183.2常用的光电增量式旋转编码器的四倍频检测电路...................................213.3光电增量式旋转编码器的四倍频检测电路的设计...................................223.4芯片74174N简介.........................................................................................244光电增量式旋转编码器的四倍频检测电路的仿真...............................284.1光电增量式旋转编码器的四倍频检测仿真电路.......................................284.2EDA技术简介................................................................................................294.3EDA技术的现状............................................................................................294.4常用仿真软件的介绍...................................................................................314.5光电增量式旋转编码器的四倍频检测电路的仿真...................................335总结与展望...............................................................................................39河南理工大学毕业设计（论文）说明书11引言1.1课题的概述光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字化检测装置，它具有分辨率高、精度高、结构简单、体积小、使用可靠、易于维护、性价比高等优点。近10多年来，发展为一种成熟的多规格、高性能的系列工业化产品，在数控机床、机器人、雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、高精度闭环调速系统、伺服系统等诸多领域中得到了广泛的应用。随着科学技术和测控技术的发展,对光电编码器的技术指标和测量精度提出了更高的要求，在系统精度、光栅刻度精度以及安装精度不变的情况下，本文从光电编码器输出信号中，检测出旋转方向和四倍频的旋转脉冲，设计四倍频电路，在不增加大量投入的前提下，达到提高编码器的测量精度的目的。1.2旋转编码器的现状工业控制中的定位，接近开关、光电开关的应用已经相当成熟了，而且很好用。可是，随着工控的不断发展，又有了新的要求，这样，选用旋转编码器的应用优点就突出了：信息化：除了定位，控制室还可知道其具体位置；柔性化：定位可以在控制室柔性调整；多功能化：除了定位，还可以远传当前位置，换算运动速度，对于变频器，步进电机等的应用尤为重要。经济化：对于多个控制工位，只需一个旋转编码器的成本，以及更主要的安装、维护、损耗成本降低，使用寿命增长，其经济化逐渐突显出来。现场安装的方便和安全、长寿：拳头大小的一个旋转编码器，可以测量从几个μ到几十几百米的距离，n个工位，只要解决一个旋转编码器的安全安装问题，可以避免诸多接近开关、光电开关在现场机械安装麻烦，河南理工大学毕业设计（论文）说明书2容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。由于是光电码盘，无机械损耗，只要安装位置准确，其使用寿命往往很长。如上所述优点，旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。1.3本课题研究的目的在系统精度、光栅刻度精度以及安装精度不变的情况下，本文从光电编码器输出信号中，检测出旋转方向和四倍频的旋转脉冲，设计四倍频电路，在外部条件不变时，使编码器输出更多的脉冲波形，即不外加大量投入的前提下，达到提高编码器的测量精度的目的。随着科学技术的飞速发展，电子设计的规模越来越大，复杂度越来越高，光电编码器作为一种传感器具有精度高、耗能低、非接触无磨损、稳定