Инкрементальный энкодер - Incremental encoder

Инкрементальный энкодер с валом, прикрепленным к его сквозному отверстию

Введение в инкрементальные энкодеры, от VideoWiki сценарий Инкрементальный кодировщик

An инкрементальный энкодер представляет собой линейное или поворотное электромеханическое устройство, имеющее два выхода сигналы, А и B, которые выдают импульсы при перемещении устройства.^[1] Вместе А и B сигналы указывают как возникновение, так и направление движения. Многие инкрементальные энкодеры имеют дополнительный выходной сигнал, обычно обозначаемый индекс^[2] или же Z,^[3] что указывает на то, что энкодер находится в определенной исходной позиции. Кроме того, некоторые кодеры обеспечивают вывод состояния (обычно обозначаемый тревога)^[4] что указывает на внутренние неисправности, такие как отказ подшипника или неисправность датчика.

В отличие от абсолютный энкодер, инкрементальный энкодер не указывает абсолютное положение;^{[примечание 1]} он только сообщает об изменениях в позиции^[3] и, для каждого зарегистрированного изменения положения, направление движения. Следовательно, для определения абсолютного положения в любой конкретный момент необходимо отправить сигналы энкодера на интерфейс инкрементального энкодера, который, в свою очередь, будет «отслеживать» и сообщать абсолютное положение энкодера.

Инкрементальные энкодеры почти мгновенно сообщают об изменении положения, что позволяет им отслеживать движения высокоскоростных механизмов в почти в реальном времени. По этой причине инкрементальные энкодеры обычно используются в приложениях, требующих точного измерения и контроля положения и скорость.

Квадратурные выходы

Две квадратные волны в квадратуре. Направление движения обозначается знаком А-B разность фаз, которая в данном случае отрицательна, поскольку А тропы B.

В инкрементальном энкодере используется квадратурный энкодер для создания своего А и B выходные сигналы. Импульсы, испускаемые А и B выходы имеют квадратурную кодировку, что означает, что, когда инкрементальный энкодер движется с постоянной скоростью, рабочий цикл каждого импульса составляет 50% (т. е. форма волны является прямоугольная волна ) и есть 90 градусов разность фаз между А и B.^[2]

В любой конкретный момент разность фаз между А и B сигналы будут положительными или отрицательными в зависимости от направления движения энкодера. В случае поворотного энкодера разность фаз составляет + 90 ° для вращения по часовой стрелке и -90 ° для вращения против часовой стрелки, или наоборот, в зависимости от конструкции устройства.

Частота импульсов на А или же B выход прямо пропорционален скорости энкодера (скорость изменения положения); более высокие частоты указывают на быстрое движение, тогда как более низкие частоты указывают на более медленные скорости.^[1] Статические, неизменные сигналы выводятся на А и B когда кодировщик неподвижен. В случае поворотный энкодер, частота указывает скорость вращения вала энкодера, а в линейные энкодеры частота указывает скорость линейного обхода.

Концептуальные чертежи чувствительных механизмов квадратурного энкодера

Поворотный энкодер с соответствующим А/B состояния сигналов показаны справа
Линейный энкодер; то р сигнал указывает, что энкодер находится в исходной позиции

Разрешение

Разрешение инкрементального энкодера является мерой точности информации о местоположении, которую он производит. Разрешение энкодера обычно указывается в количестве А (или же B) импульсов на единицу смещения или, что то же самое, количество А (или же B) прямоугольных волновых циклов на единицу смещения. В случае поворотных энкодеров разрешение определяется как количество импульсов на оборот (PPR) или циклов на оборот (CPR),^[3] тогда как разрешение линейного энкодера обычно задается как количество импульсов, выдаваемых для определенного линейного расстояния перемещения (например, 1000 импульсов на мм ).

Это контрастирует с разрешением измерения энкодера, которое является наименьшим изменением положения, которое энкодер может обнаружить. Каждый край сигнала на А или же B указывает на обнаруженное изменение положения. Поскольку каждый прямоугольный цикл на А (или же B) охватывает четыре фронта сигнала (восходящий А, рост B, падение А и падение B), разрешение измерения энкодера составляет одну четвертую смещения, представленного полным А или же B выходной цикл. Например, линейный энкодер с частотой 1000 импульсов на мм имеет разрешение измерения за цикл 1 мм / 1000 циклов = 1 мкм, поэтому разрешение этого энкодера составляет 1 мкм / 4 = 250 нм.

Симметрия и фаза

При движении с постоянной скоростью идеальный инкрементальный энкодер будет выдавать идеальные прямоугольные волны на А и B (т.е. импульсы имеют ширину точно 180 °) с разностью фаз точно 90 ° между А и B. Однако в реальных энкодерах из-за несовершенства датчика ширина импульса никогда не бывает точно 180 °, а разность фаз никогда не бывает точно 90 °. Кроме того, А и B Ширина импульса меняется от одного цикла к другому (и друг от друга), а разность фаз меняется в каждом А и B край сигнала. Следовательно, как ширина импульса, так и разность фаз будут изменяться в диапазоне значений.

Для любого конкретного энкодера диапазоны ширины импульса и разности фаз определяются спецификациями «симметрии» и «фазы» (или «фазирования») соответственно. Например, в случае энкодера с симметрией, заданной как 180 ° ± 25 °, ширина каждого выходного импульса гарантированно составляет от 155 ° до не более 205 °. Аналогично, если фаза задана как 90 ° ± 20 °, разность фаз на каждом А или же B кромка будет не менее 70 ° и не более 110 °.

Типы сигналов

Инкрементальные энкодеры используют различные типы электронных схем для управления (передачи) своих выходных сигналов, и производители часто имеют возможность построить конкретную модель энкодера с любым из нескольких типов драйверов. Обычно доступные типы драйверов включают открытый коллектор, механический, двухтактный и дифференциальный RS-422.

Открытый коллектор

Принципиальная схема типичного драйвера с открытым коллектором. В некоторые энкодеры встроен выходной подтягивающий резистор; если не встроенный, требуется внешний резистор.

Открытый коллектор драйверы работают в широком диапазоне сигнальных напряжений и часто могут потреблять значительный выходной ток, что делает их полезными для прямого управления токовые петли, оптоизоляторы и волоконно-оптические передатчики.

Поскольку он не может быть источником тока, выход драйвера с открытым коллектором должен быть подключен к положительному постоянному напряжению через подтягивающий резистор. В некоторых энкодерах для этой цели предусмотрен внутренний резистор; другие не требуют и поэтому требуют внешнего подтягивающего резистора. В последнем случае резистор обычно располагается рядом с интерфейсом энкодера для повышения помехоустойчивости.

Напряжение логического сигнала высокого уровня энкодера определяется напряжением, приложенным к подтягивающему резистору (V_ОЙ на схеме), тогда как выходной ток низкого уровня определяется как сигнальным напряжением, так и сопротивлением нагрузки (включая подтягивающий резистор). Когда драйвер переключается с низкого логического уровня на высокий, сопротивление нагрузки и емкость цепи действуют вместе, образуя фильтр нижних частот, которая растягивает (увеличивает) сигнал время нарастания и тем самым ограничивает его максимальную частоту. По этой причине драйверы с открытым коллектором обычно не используются, когда энкодер выдает высокие частоты.

Механический

Поворотный механический инкрементальный энкодер на печатной плате

Механический (или контакт)^[5] инкрементальные энкодеры используют скольжение электрические контакты напрямую генерировать А и B выходные сигналы.^[2] Обычно контакты электрически соединены с сигнальной землей в замкнутом состоянии, так что выходы будут иметь низкий уровень, что фактически делает их механическими эквивалентами драйверов с открытым коллектором и, следовательно, подчиняются тем же требованиям к формированию сигнала (то есть внешнему подтягивающему резистору).

Максимальная выходная частота ограничена теми же факторами, которые влияют на выходы с открытым коллектором, и дополнительно ограничена дребезгом контактов, который должен фильтроваться интерфейсом энкодера, и рабочей скоростью механических контактов, что делает эти устройства непрактичными для высоких частотный режим. Кроме того, контакты подвержены механическому износу при нормальной работе, что ограничивает жизнь этих устройств. С другой стороны, механические энкодеры относительно недороги, потому что в них нет внутренней активной электроники. Взятые вместе, эти атрибуты делают механические энкодеры подходящими для низкочастотных приложений с низкими нагрузками.

Механические инкрементальные энкодеры, монтируемые на печатной плате и на панели, широко используются в качестве ручного управления в электронном оборудовании. Такие устройства используются в качестве регуляторов громкости в звуковом оборудовании, в качестве регуляторов напряжения в настольных источниках питания и для множества других функций.

Тяни-Толкай

Двухтактные выходы (например., TTL ) обычно используются для прямого интерфейса с логической схемой. Они хорошо подходят для приложений, в которых энкодер и интерфейс расположены рядом друг с другом (например, соединены между собой посредством печатных проводов или коротких экранированных кабелей) и питаются от общего источника питания, что позволяет избежать воздействия электрических полей, контуров заземления. и эффекты линии передачи, которые могут испортить сигналы и тем самым нарушить отслеживание положения или, что еще хуже, повредить интерфейс кодировщика.

Дифференциальная пара

Формы дифференциального выходного сигнала от инкрементального энкодера

Дифференциальный RS-422 сигнализация обычно предпочтительна, когда кодер выводит высокие частоты или расположен далеко от интерфейса кодера,^[5]^[6] или когда сигналы кодера могут подвергаться воздействию электрических полей или синфазных напряжений,^[5] или когда интерфейс должен уметь обнаруживать проблемы связи между кодировщиком и интерфейсом. Примеры этого включают КИМ и ЧПУ машины промышленная робототехника, автоматизация производства и подвижные платформы используется в тренажерах самолетов и космических кораблей.

Когда используются выходы RS-422, энкодер предоставляет пару дифференциальных проводов для каждого логического выхода; например, «A» и «/ A» являются обычно используемыми обозначениями для дифференциальной пары активный-высокий и активный-низкий, содержащей А логический выход. Следовательно, интерфейс энкодера должен обеспечивать линейные приемники RS-422 для преобразования входящих пар RS-422 в несимметричную логику.^[5]

Основные приложения

Отслеживание позиции

Трекболы (например, показанный здесь) и электромеханические компьютерные мыши используют два поворотных инкрементальных энкодера для облегчения отслеживания положения по двум осям.

В отличие от абсолютных энкодеров, инкрементный энкодер не отслеживает и не показывает текущее положение энкодера; он сообщает только о постепенных изменениях положения.^[3] Следовательно, для определения положения энкодера в любой конкретный момент необходимо предусмотреть внешнюю электронику, которая будет «отслеживать» положение. Эта внешняя схема, известная как интерфейс инкрементального энкодера, отслеживает положение путем подсчета инкрементных изменений положения.

Когда он получает каждый отчет об инкрементальном изменении положения (обозначается переходом А или же B сигнал), интерфейс энкодера будет учитывать фазовое соотношение между А и B и, в зависимости от знака разности фаз, отсчитывать вверх или вниз. Суммарное значение «counts» указывает расстояние, пройденное с момента начала отслеживания. Этот механизм обеспечивает точное отслеживание положения в двунаправленных приложениях и, в однонаправленных приложениях, предотвращает ложные подсчеты, которые в противном случае могли бы возникнуть в результате вибрации или механического сглаживания вблизи перехода кода AB.

Единицы смещения

Часто счет энкодера должен быть выражен в таких единицах, как метры, мили или обороты. В таких случаях счетчики преобразуются в желаемые единицы путем умножения на коэффициент смещения энкодера. ${ displaystyle D}$ на счет ${ displaystyle C}$ :

{ displaystyle position = counts times { frac {D} {C}}}

.

Обычно этот расчет выполняется компьютером, который считывает счетчики с интерфейса инкрементного энкодера. Например, в случае линейного инкрементального энкодера, который производит 8000 отсчетов на миллиметр хода, положение в миллиметрах рассчитывается следующим образом:

{ displaystyle mm = counts times { frac { text {1 мм}} { text {8000 counts}}}}

.

Самонаведение

Чтобы интерфейс энкодера мог отслеживать и сообщать об абсолютном положении, счетчики энкодера должны быть коррелированы с исходным положением в механической системе, к которой прикреплен энкодер. Обычно это делается самонаведение система, которая состоит из перемещения механической системы (и энкодера) до тех пор, пока она не выровняется с исходным положением, а затем заклинивания^{[заметка 2]} соответствующая абсолютная позиция засчитывается в счетчик интерфейса энкодера. Другой распространенный метод - это вставка эталонного значения в счетчик при получении импульса с «индексного» выхода кодировщика, если таковой имеется.

В некоторых приложениях инкрементального энкодера отсутствуют датчики референтного положения, и поэтому для этого необходимо использовать другие средства. Например, компьютер, при использовании указательного устройства с помощью мыши или трекбола, обычно устанавливает устройство в исходное положение, занимая центральное начальное положение на экране и подавая соответствующие отсчеты в счетчики положения X и Y.

Измерение скорости

Механические конвейеры, подобные этому, обычно используют инкрементальные энкодеры в качестве устройств обратной связи для регулирования скорости с обратной связью.

Коммерческий морской радар антенна

Инкрементальные энкодеры обычно используются для измерения скорости механических систем. Это может быть сделано для целей мониторинга или для обратной связи. управления движением, или оба.^[5] Широко распространенные применения этого включают контроль скорости радар вращение антенны и конвейеры для материалов, и управление движением в робототехника, CMM и ЧПУ машины.

Интерфейсы инкрементального энкодера в первую очередь связаны с отслеживанием механического смещения и обычно не измеряют скорость напрямую. Следовательно, скорость необходимо измерять косвенно, беря производная позиции по времени. Сигнал положения по своей сути квантованный, что создает проблемы для получения производной из-за ошибки квантования, особенно на низких скоростях.

Скорость энкодера может быть определена либо путем подсчета, либо путем синхронизации выходных импульсов энкодера (или фронтов).^[7] Результирующее значение указывает частоту или период, соответственно, исходя из которых можно рассчитать скорость. Скорость пропорциональна частоте и обратно пропорциональна периоду.

По частоте

Если сигнал положения отобранный (дискретный сигнал времени), импульсы (или фронты импульсов) обнаруживаются и подсчитываются интерфейсом, а скорость обычно вычисляется компьютером, имеющим доступ для чтения к интерфейсу. Для этого компьютер считывает количество позиций. ${ displaystyle C_ {0}}$ из интерфейса во время ${ displaystyle T_ {0}}$ а затем, когда-нибудь позже ${ displaystyle T_ {1}}$ снова считывает счет, чтобы получить ${ displaystyle C_ {1}}$ . Средняя скорость за интервал ${ displaystyle T_ {0}}$ к ${ displaystyle T_ {1}}$ затем рассчитывается:^[2]

{ displaystyle speed = { frac {(C_ {1} -C_ {0})} {(T_ {1} -T_ {0})}}}

.

Результирующее значение скорости выражается в счетах в единицу времени (например, в счетах в секунду). Однако на практике часто бывает необходимо выражать скорость в стандартных единицах, таких как метры в секунду, обороты в минуту (RPM) или мили в час (MPH). В таких случаях программное обеспечение будет учитывать взаимосвязь между счетчиками и желаемыми единицами измерения расстояния, а также отношение периода выборки к желаемым единицам времени. Например, в случае поворотного инкрементального энкодера, который производит 4096 отсчетов на оборот, который считывается один раз в секунду, программное обеспечение будет вычислять число оборотов в минуту следующим образом:

{ displaystyle RPM = { frac {(C_ {1} -C_ {0})} { text {1 секунда}}} times { frac { text {60 секунд}} { text {1 минута} }} times { frac { text {1 оборот}} { text {4096 отсчетов}}}}

.

При измерении скорости таким способом разрешение измерения пропорционально разрешению кодировщика и периоду выборки (время, прошедшее между двумя выборками); разрешение измерения будет выше по мере увеличения периода выборки.^[2]

По периоду

В качестве альтернативы, измерение скорости может сообщаться для каждого выходного импульса энкодера путем измерения ширины или периода импульса. При использовании этого метода измерения запускаются в определенных местах, а не в определенное время. Расчет скорости такой же, как показано выше (количество / время), хотя в этом случае время начала и окончания измерения ( ${ displaystyle T_ {0}}$ и ${ displaystyle T_ {1}}$ ) предоставляются с указанием времени.

Этот метод позволяет избежать ошибки квантования позиции, но вносит ошибки, связанные с квантованием временной привязки. Кроме того, он более чувствителен к неидеальным характеристикам датчика, таким как фазовые ошибки, ошибки симметрии и отклонения мест перехода от их номинальных значений.^[8]

Интерфейс инкрементального энкодера

6-осевой интерфейс инкрементного энкодера PCI Express. Сверху вниз: входные разъемы (L) и линейные приемники (R); ПЛИС; разъем объединительной платы

An интерфейс инкрементального энкодера представляет собой электронную схему, которая принимает сигналы от инкрементального энкодера, обрабатывает сигналы для получения абсолютного положения и другой информации и делает полученную информацию доступной для внешних схем.

Интерфейсы инкрементального кодировщика реализуются различными способами, в том числе как ASIC, так как IP-блоки в ПЛИС, как выделенные периферийные интерфейсы в микроконтроллеры и, когда не требуются высокие скорости счета, поскольку немного ударил (мониторинг программного обеспечения) GPIO.

Независимо от реализации интерфейс должен выполнять выборку кодировщика А и B выходных сигналов достаточно часто, чтобы обнаруживать каждое изменение состояния AB до того, как произойдет следующее изменение состояния. Обнаружив изменение состояния, он будет увеличивать или уменьшать счетчики позиций в зависимости от того, А ведет или следы B. Обычно это выполняется путем сохранения копии предыдущего состояния AB и, при изменении состояния, использования текущего и предыдущего состояний AB для определения направления движения.

Линейные приемники

Интерфейсы инкрементального энкодера используют различные типы электронных схем для приема сигналов, генерируемых энкодером. Эти линейные приемники служат в качестве буферов для защиты схемы нисходящего интерфейса и, во многих случаях, также обеспечивают функции преобразования сигнала.

Односторонний

Интерфейсы инкрементального энкодера обычно используют Триггер Шмитта входы для приема сигналов от энкодеров, которые имеют односторонний (например, двухтактный, открытый коллектор) выходы. Этот тип линейного приемника по своей сути подавляет шум низкого уровня (посредством своего входного гистерезиса) и защищает схему ниже по потоку от недопустимых (и, возможно, деструктивных) уровней логического сигнала.

Дифференциальный

Линейные приемники RS-422 обычно используются для приема сигналов от кодировщиков, имеющих дифференциальные выходы. Этот тип приемника отклоняет синфазный шум и преобразует входящие дифференциальные сигналы в несимметричную форму, требуемую нисходящими логическими схемами.

В критически важных системах может потребоваться интерфейс энкодера для обнаружения потери входных сигналов из-за потери питания энкодера, отказа драйвера сигнала, неисправности кабеля или отсоединения кабеля. Обычно это достигается с помощью усовершенствованных линейных приемников RS-422, которые обнаруживают отсутствие действительных входных сигналов и сообщают об этом состоянии через выход состояния «сигнал потерян». При нормальной работе глюки (короткие импульсы) могут появляться на выходах состояния при переходах между состояниями входа; обычно интерфейс кодировщика фильтрует сигналы состояния, чтобы предотвратить ошибочную интерпретацию этих сбоев как потерянных сигналов. В зависимости от интерфейса последующая обработка может включать в себя создание запроса на прерывание при обнаружении потери сигнала и отправку уведомления приложению для регистрации ошибок или анализа сбоев.

Синхронизация часов

Синхронизатор 2-FF. Выходной сигнал линейного приемника подается на D_в; D_из сигнал отправляется на квадратурный декодер.

На высоких тактовых частотах синхронизаторы могут использовать три (например, этот) или более триггеров для уменьшения MTBF.

Интерфейс инкрементального энкодера в основном состоит из последовательная логика который шагает тактовый сигнал. Однако входящие сигналы кодера являются асинхронными по отношению к часам интерфейса, поскольку их синхронизация определяется исключительно перемещением кодера. Следовательно, выходные сигналы от А и B (также Z и тревога, если используется) линейные приемники должны быть синхронизированы с часами интерфейса, чтобы избежать ошибок из-за метастабильность и для приведения сигналов в тактовую область квадратурного декодера.^[9]

Обычно эта синхронизация выполняется независимыми синхронизаторами одиночного сигнала, такими как синхронизатор с двумя триггерами, показанный здесь. На очень высоких тактовых частотах или когда требуется очень низкая частота ошибок, синхронизаторы могут включать дополнительные триггеры для достижения приемлемо низкого уровня. частота ошибок по битам.^[10]

Входной фильтр

Во многих случаях интерфейс кодировщика должен фильтровать синхронизированные сигналы кодировщика перед их дальнейшей обработкой. Это может потребоваться для подавления шума низкого уровня и коротких всплесков шума большой амплитуды, которые обычно встречаются в двигателях.^[11] и, в случае энкодеров механического типа, для устранения дребезга А и B чтобы избежать ошибок подсчета из-за механических контакт отказов.

Аппаратные интерфейсы часто предоставляют программируемые фильтры для сигналов кодировщика, которые обеспечивают широкий диапазон настроек фильтра и, таким образом, позволяют им устранять дребезг контактов или подавлять переходные процессы, возникающие из-за шума или медленно вращающихся сигналов, при необходимости. В интерфейсах bit-bang А и B обычно связаны с GPIO которые выбираются (посредством опроса или прерывания фронта) и обрабатываются программным обеспечением.

Квадратурный декодер

Квадратурный декодер преобразует А и B сигналы от инкрементального энкодера в направление и счет включить сигналы, которые используются для управления синхронным счетчиком вверх / вниз

Интерфейсы инкрементального энкодера обычно используют квадратурный декодер преобразовать А и B сигналы в направление и счет включить (включение часов) сигналы, необходимые для управления двунаправленным (обратный и обратный счет) синхронный счетчик.

Обычно квадратурный декодер реализуется как конечный автомат (FSM), который одновременно производит выборку А и B сигналы и, таким образом, производит объединение выборок "AB". При получении каждой новой пробы AB, конечный автомат будет сохранять предыдущую пробу AB для последующего анализа. Конечный автомат оценивает различия между новым и предыдущим состояниями AB и генерирует направление и счет включить сигналы, соответствующие обнаруженной последовательности состояний AB.^[11]

**Таблица состояний квадратурного декодера**
Описание	Состояние AB		Выходы
	Предыдущий	Текущий	CE			DIR	ERR
	Предыдущий	Текущий	x1	x2	x4	DIR	ERR
Перемещено на один шаг вперед (А ведет B)	00	10	1	1	1	1	0
	10	11	0	0
	11	01		1
	01	00		0
Перемещение на один шаг в "обратном" направлении (B ведет А)	00	01		0		0
	01	11		1
	11	10		0
	10	00	1	1
Нет движения	00	00	0			Икс
	01	01
	10	10
	11	11
Перемещено неопределенное количество шагов	00	11					1
	01	10
	10	01
	11	00

Переходы между состояниями

В любых двух последовательных выборках AB логический уровень А или же B могут измениться или оба уровня могут остаться неизменными, но при нормальной работе А и B никогда оба не изменятся. В этом отношении каждый отсчет AB представляет собой двухбитовый Код Грея.

Движение в прямом направлении
Движение в обратном направлении
Нет движения
Ошибка

Нормальные переходы

Когда только А или же B изменяет состояние, предполагается, что кодер переместился на одно приращение своего разрешения измерения и, соответственно, квадратурный декодер подтвердит свое счет включить выход, чтобы позволить счетчикам измениться. В зависимости от направления движения кодировщика (вперед или назад) декодер будет утверждать или отрицать его направление вывод, чтобы заставить счетчики увеличиваться или уменьшаться (или наоборот).

Когда ни А ни B изменений, предполагается, что кодер не перемещался, и поэтому квадратурный декодер отменяет свое счет включить вывод, тем самым заставляя счетчики оставаться неизменными.

Ошибки

Если оба А и B логические состояния изменяются в последовательных выборках AB, квадратурный декодер не имеет возможности определить, сколько приращений или в каком направлении переместился кодер. Это может произойти, если скорость кодера слишком высока для обработки декодером (т.е. скорость изменения состояния AB превышает частоту дискретизации квадратурного декодера; см. Курс Найквиста ) или если А или же B сигнал шумный.

Во многих приложениях кодировщика это катастрофическое событие, потому что счетчик больше не обеспечивает точную индикацию положения кодера. Следовательно, квадратурные декодеры часто выводят дополнительный ошибка сигнал, который утверждается, когда А и B состояния меняются одновременно. Из-за серьезности и чувствительности ко времени этого состояния ошибка сигнал часто подключается к запрос на прерывание.

Множитель часов

Квадратурный декодер не обязательно позволяет счетчикам изменяться при каждом инкрементальном изменении положения. Когда декодер обнаруживает постепенное изменение позиции (из-за перехода А или же B, но не оба), он может позволить счетчикам измениться или он может запретить счет, в зависимости от перехода состояния AB и декодера множитель часов.

Умножитель тактовой частоты квадратурного декодера назван так потому, что он дает скорость счета, которая кратна А или же B частота импульсов. В зависимости от конструкции декодера, умножитель тактовой частоты может быть встроен в конструкцию или настраиваться во время выполнения с помощью входных сигналов.

Значение множителя тактовой частоты может быть одним, двумя или четырьмя (обычно обозначается «x1», «x2» и «x4» или «1x», «2x» и «4x»).^[12] В случае умножителя x4, счетчики будут меняться при каждом изменении состояния AB, в результате чего скорость счета будет в четыре раза больше А или же B частота. Множители x2 и x1 позволяют счетчикам изменяться при некоторых, но не всех изменениях состояния AB, как показано в таблице состояний квадратурного декодера выше (примечание: в этой таблице показана одна из нескольких возможных реализаций для умножителей x2 и x1; другие реализации могут включать счет на разных переходах AB).

Отчет о местоположении

С точки зрения приложения, основная цель интерфейса инкрементального энкодера - сообщать информацию о местоположении по запросу. В зависимости от приложения это может быть так же просто, как позволить компьютеру считывать счетчик положения в любое время под управлением программы. В более сложных системах счетчик положения может считываться и обрабатываться автоматами промежуточного состояния, которые, в свою очередь, делают выборки доступными для компьютера.

Образец реестра

Интерфейс кодера обычно использует регистр выборки для облегчения сообщения о местоположении. В простом случае, когда компьютер запрашивает информацию о положении под управлением программы, интерфейс будет производить выборку счетчика позиции (т. Е. Копировать текущие счетчики позиций в регистр выборки), а затем компьютер считывает результаты из регистра выборки. Этот механизм приводит к атомная операция и, таким образом, обеспечивает целостность выборочных данных, которые в противном случае могут оказаться под угрозой (например, если размер слова выборки превышает размер слова компьютера).^[1]

Запуск выборки

В некоторых случаях компьютер может не работать программно (через программируемый ввод / вывод ) получать информацию о местоположении с адекватной точностью синхронизации. Например, компьютер может не иметь возможности запрашивать выборки по своевременному периодическому графику (например, для измерения скорости) из-за изменчивости программного обеспечения по времени. Кроме того, в некоторых приложениях необходимо запрашивать образцы при возникновении внешних событий, и компьютер может быть не в состоянии сделать это своевременно. При более высоких скоростях и разрешающей способности кодировщика ошибки измерения положения могут возникать даже тогда, когда для запроса выборок используются прерывания, потому что кодер может перемещаться между моментом подачи сигнала IRQ и запросом выборки обработчиком прерывания.

Чтобы преодолеть это ограничение, интерфейс инкрементного энкодера обычно реализует выборку, запускаемую аппаратно, что позволяет ему производить выборку счетчика положения в точно контролируемые моменты времени в соответствии с входным сигналом триггера.^[1] Это важно, когда позиция должна быть измерена в определенное время или в ответ на физические события, и важно в таких приложениях, как многоосевое управление движением и КИМ, в которых счетчики положения нескольких интерфейсов энкодера (по одному на каждую ось) должны быть одновременно отобранный.

Во многих приложениях компьютер должен точно знать, когда была получена каждая проба, и, если интерфейс имеет несколько триггерных входов, какой сигнал инициировал сбор проб. Чтобы удовлетворить эти требования, интерфейс обычно включает отметка времени и информация о запуске в каждой выборке.

Уведомление о событии

Триггеры выборки часто асинхронны по отношению к выполнению программного обеспечения. Следовательно, когда счетчик положения дискретизируется в ответ на сигнал запуска, компьютер должен быть уведомлен (обычно через прерывать ) что образец доступен. Это позволяет программному обеспечению быть событийный (против. опрошенный ), что способствует быстрому реагированию системы и устраняет накладные расходы на опрос.

Пример FIFO

Последовательные триггеры выборки могут происходить быстрее, чем компьютер может обработать полученные образцы. Когда это происходит, информация в регистре выборки будет перезаписана до того, как ее сможет прочитать компьютер, что приведет к потере данных. Чтобы избежать этой проблемы, некоторые интерфейсы инкрементального энкодера предоставляют ФИФО буфер для образцов.^[1] По мере получения каждой выборки она сохраняется в FIFO. Когда компьютер запрашивает образец, ему разрешается прочитать самый старый образец в FIFO.

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Инкрементальные энкодеры в Wikimedia Commons

Примечания

^ Кодировщика А и B выходные сигналы не указывают абсолютное положение. Тем не менее индекс signal, когда он присутствует и заявлен, указывает, что энкодер находится в своей исходной позиции, которая в некоторых приложениях может быть абсолютной позицией.
^ В контексте синхронных цифровых счетчиков "заклинивание" - это изменение сохраненных счетчиков на определенное значение. Значение применяется к параллельным входам данных счетчика, а вход разрешения загрузки счетчика (или эквивалентный) утверждается, чтобы вызвать изменение счетчика. Во время этой операции нормальный счет на мгновение отключается.