用DSP实现增量式光电编码器的细分

2014-12-17 14:18:45来源: eccn 关键字:光栅传感器  DSP  光电编码器

1引言

目前,各类伺服驱动器及其应用中广泛采用光栅装置作为速度测量、位置测量的敏感元件。而且,广泛采用两路正交方波的形式,系统的实时性要求极高。因此,对于光栅编码器的信号的细分等主要处理环节,一方面集中考虑提高分辨率的问题,同时,需要考虑实时性的问题。

有很多采取纯硬件进行细分的方法,如,电阻链细分,空间细分,锁相倍频,还有两种方法的结合使用等。上述几种方法在实际应用中被广泛采用,特别是电阻链细分,在低倍频的情况下是一种很好的方案。但是在高倍频的情况下,不可避免地出现大量使用比较器的情况,以及比较器死区(滞后区)问题,难以调节。空间细分的方法中,主要解决的问题是切割电平精准的问题,其中的三角波切割三角波的方案有很多优点,可以改变使用过零比较造成的细分误差。但是仍然存在大量使用比较器的问题,调节起来比较繁琐。锁相倍频细分的方法,一方面,成本较前两种高,另一方面,受环境温度的影响比较大,实际的应用中很少采用。

高速数字处理器DSP的应用可以极大地改善系统的实时性,DSP中集成了16路10位A/D转换,同时有丰富的硬件资源,比较器、定时器,和两个专门用于产生PWM波的事件管理器。DSP中丰富的指令集为做除法提供了条件。设DSP(2407a)的时钟频率是40MHZ,除法程序可以在35个指令周期内执行完,两路A/D转换需要29个指令周期,查询数据得细分值需要两个指令周期。共69个指令周期,DSP中程序执行是流水线执行的,一个时钟周期最多可以执行4条指令。则需要不到1.6us就可以得到精确的光栅位移值。对于一般的应用场合,用DSP细分可以足够保证控制器500KHz的频带,和定位的精确性。

本文从原理上考虑在DSP中完成细分的方案,使用取绝对值,八卦限理论,利用DSP器件(速度为25纳秒)对信号进行逻辑运算和处理等一整套信号细分方案。

2细分及框图

通过软件查询的方式进行细分。从光电编码器输出的两路角位移信号首先进行滤波整型,硬件辨向,提取整周期信号,得到粗位移;同时对两路信号进行A/D转换,通过U函数得到计数脉冲,从而得到卦限值,通过V函数得到精位移的地址信号,查询得到精位移。系统框图如下:

输入的两路信号分别是x1=2.5*sin(fai)+2.5(v),x2=-2.5*cos(fai)+2.5(v);在DSP中有专门的16路A/D转换电路,因而不用再设计A/D转换电路。A/D转换后得到y1=|2.5*sin(fai)|,y2=|-2.5*cos(fai)|。对其进行卦限计数,
A/D转换周期由软件设定,而在硬件电路实现时,必须要考虑卦限信号,控制信号的高度同步,但在实际电路中是很难做到的。

如果将该数据与相位之间的对应关系用一张表来描述,就是我们所建立的细分表,放在DSP中的SRAM中,DSP中集成了2K×16的SRAM,足够放置查询表。两者之间并不是一一对应关系。
(FAI)(t)=arctanθt∝sinxt/cosxt;

软件流程图如下:

软件程序流程图

U函数取为U=y1*y2*(y2-y1);当U为零时,卦限信号就增加1

;;;;;;;;;;;-------细分程序

XIFEN:LDP#0E1h;

CLRCSXM;抑制符号位扩展

LACCRESULT0,10

SACHX1;存X1值

LACCRESULT1,10;

SACHX2;存X2值

SETCSXM;允许符号位扩展

LACLR1SIN;

SUB#JUNZHI;(2.5V);

ABS

SACLY1;得到y1

LACLX2;

SUB#JUNZHI(2.5V);

ABS

SACLY2;得到y2

SUBY1;

SACLY;得到Y=y2-y1值,保存;用dsp中计数器T4记卦限

BCNDss,NEQ

Lacly1

BCNDss,NEQ

Lacly2

BCNDss,NEQ;若U=0,卦限计数器计数

sett4clkin;为计数器提供脉冲

ss:LACLy

BCNDDEVISION,GEQ;判断卦限,y2>=y1时,直接y1/y2;否则y2/y1,除数变被除数

JIAOHUAN:LACCy1;y1和y2交换

SACLTEMP_AD;

LACLy2;

SACLy1;

LACCTEMP_AD;

SACLy2;y2/y1;毫秒为Q8格式

DEVISIONLACCR1SIN,6;;;;取分子并左移6位;

RPT#15;后面的指令执行15+1次。

SUBCR2COS;16CYCLEDIVIDEDLOOP

;.ACC中的数据减去Demon减10次,直到被减数小于0

SACLQUOT;得到商

SACHREMAIN;得到余数

LACCREMAIN;取余数后再除

RPT#13;后面的指令执行14次。

SUBCDENOM;

ANDQUOT;

;SACLQUOT;;;保存商。得到十位地址信号。用此信号得到RAM中对应地址细分值保存在DSP的sram中)

ADD#0800h;SRAM初始地址为#0800H(

SALXIFEN_ADR;

LACC#XIFEN_ADR

ADD#0800h;SRAM初始地址为#0800H

SALXIFEN_ADR;

LACLY;Y2>=Y1;

BCNDyy2,GEQ

LACL#05h;设编码最小栅格为40秒,一个卦限为5秒。

SUB#XIFEN_ADR

BYY

YY2:LACC#XIFEN_ADR

YY:Ldp#0eah;

LTt4cnt;卦限值

MPY#05h;一个卦限相差5秒,

APAC得到精确细分值

根据得到的细分值与整周期值相加就可以得到对应的光栅编码信号。

当速度特别慢时,用软件判卦限会出现重复计数。也就是一个细分周期里,电机转动的位移小于20/1024秒,如下图。卦限函数使得卦限增1,产生错误。我们要舍弃这个计数。

为了解决这个问题,我们把软件的判卦限程序改以下:用一个flaggx标志来表示卦限信号是否刚记过。刚刚记过,就舍弃掉。改正的程序流程如下图。

3软件辨向

要精确的控制电机,就必须精确判断当电机转动出现来回摆动时的方向。对硬件辨向只能做到在整周期计数时知道电机的转动方向,当在一个整周期内方向改变时,硬件辨向就不能及时的传递方向信息。我们根据判方向的规则,在软件中完成辨向,在1,2,7,8卦限,x2小于等于2.5v时为顺时针转动,大于2.5v为逆时针转动;在3,4,5,6卦限,x2大于2.5v时为顺时针转动,小于等于2.5v为逆时针转动;程序流程:

direction=1,表示顺时针,为0是逆时针;

若做到1024细分,分八个卦限,每个卦限有256个细分值。在DSP中只需要256×16个单元存储细分值即可

细分码如下:

在DSP中有

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编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1217/article_10387.html
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