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光電編碼器(Optical Encoder)俗稱“單鍵飛梭”，其外觀好像一個(gè)電位器，因其外部有一個(gè)可以左右旋轉(zhuǎn)同時(shí)又可按下的旋鈕，很多設(shè)備(如顯示器、示波器等)用它作為人機(jī)交互接口。

光電編碼器是利用光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)位移-數(shù)字變換,通過(guò)光電轉(zhuǎn)換,將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字量的傳感器.

常見(jiàn)的光電編碼器由光柵盤,發(fā)光元件和光敏元件組成.光柵實(shí)際上是一個(gè)刻有規(guī)則透光和不透光線條的圓盤,光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化,光敏元件輸出波形經(jīng)整形后,變?yōu)槊}沖信號(hào),沒(méi)轉(zhuǎn)一圈,輸出一個(gè)脈沖.根據(jù)脈沖的變化,可以精確測(cè)量和控制設(shè)備位移量

EPC－755A光電編碼器的應(yīng)用

EPC－755A光電編碼用具備良好的使用性能，在角度丈量、位移丈量時(shí)抗干擾能力很強(qiáng)，并具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號(hào)，且該脈沖信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)后可得到被丈量的數(shù)字信號(hào)。因此，我們?cè)谘兄破囻{駛模擬器時(shí)，對(duì)方向盤旋轉(zhuǎn)角度的丈量選用EPC－755A光電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用集電極開(kāi)路型，輸出分辨率選用360個(gè)脈沖/圈，考慮到汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)是雙向的，既可順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，需要對(duì)編碼器的輸出信號(hào)鑒相后才能計(jì)數(shù)。圖2給出了光電編碼器實(shí)際使用的鑒相與雙向計(jì)數(shù)電路，鑒相電路用1個(gè)D觸發(fā)器和2個(gè)與非門組成，計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成。

當(dāng)光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道A輸出波形超前通道B輸出波形90°，D觸發(fā)器輸出Q(波形W1)為高電平，Q(波形W2)為低電平，上面與非門打開(kāi)，計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)(波形W3)，送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193的加脈沖輸進(jìn)端CU，進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；此時(shí)，下面與非門封閉，其輸出為高電平(波形W4)。當(dāng)光電編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道A輸出波形比通道B輸出波形延遲90°，D觸發(fā)器輸出Q(波形W1)為低電平，Q(波形W2)為高電平，上面與非門封閉，其輸出為高電平(波形W3)；此時(shí)，下面與非門打開(kāi)，計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)(波形W4)，送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193的減脈沖輸進(jìn)端CD，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。

汽車方向盤順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，其最大旋轉(zhuǎn)角度均為兩圈半，選用分辨率為360個(gè)脈沖/圈的編碼器，其最大輸出脈沖數(shù)為900個(gè)；實(shí)際使用的計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成，在系統(tǒng)上電初始化時(shí)，先對(duì)其進(jìn)行復(fù)位(CLR信號(hào))，再將其初值設(shè)為800H，即2048(LD信號(hào))；如此，當(dāng)方向盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)電路的輸出范圍為2048～2948，當(dāng)方向盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)電路的輸出范圍為2048～1148；計(jì)數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出D0～D11送至數(shù)據(jù)處理電路。

實(shí)際使用時(shí)，方向盤頻繁地進(jìn)行順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于存在量化誤差，工作較長(zhǎng)一段時(shí)間后，方向盤回中時(shí)計(jì)數(shù)電路輸出可能不是2048，而是有幾個(gè)字的偏差；為解決這一題目，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)方向盤回中檢測(cè)電路，系統(tǒng)工作后，數(shù)據(jù)處理電路在模擬器處于非操縱狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)回中檢測(cè)電路，若方向盤處于回中狀態(tài)，而計(jì)數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出不是2048，可對(duì)計(jì)數(shù)電路進(jìn)行復(fù)位，并重新設(shè)置初值。

光電編碼器在重力丈量?jī)x中的應(yīng)用

采用旋轉(zhuǎn)式光電編碼器，把它的轉(zhuǎn)軸與重力丈量?jī)x中補(bǔ)償旋鈕軸相連。重力丈量?jī)x中補(bǔ)償旋鈕的角位移量轉(zhuǎn)化為某種電信號(hào)量；旋轉(zhuǎn)式光電編碼器分兩種，盡對(duì)編碼器和增量編碼器。

增量編碼器是以脈沖形式輸出的傳感器，其碼盤比盡對(duì)編碼器碼盤要簡(jiǎn)單得多且分辨率更高。一般只需要三條碼道，這里的碼道實(shí)際上已不具有盡對(duì)編碼器碼道的意義，而是產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖。它的碼盤的外道和中間道有數(shù)目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區(qū)（光柵），但是兩道扇區(qū)相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)區(qū)。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的輸出信號(hào)是相位差為90°的A相和B相脈沖信號(hào)以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)（它作為碼盤的基準(zhǔn)位置，給計(jì)數(shù)系統(tǒng)提供一個(gè)初始的零位信號(hào)）。從A，B兩個(gè)輸出信號(hào)的相位關(guān)系（超前或滯后）可判定旋轉(zhuǎn)的方向。由圖3（a）可見(jiàn)，當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時(shí)，A道脈沖波形比B道超前π/2，而反轉(zhuǎn)時(shí)，A道脈沖比B道滯后π/2。圖3（b）是一實(shí)際電路，用A道整形波的下沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的正脈沖與B道整形波相‘與’，當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時(shí)只有正向口脈沖輸出，反之，只有逆向口脈沖輸出。因此，增量編碼器是根據(jù)輸出脈沖源和脈沖計(jì)數(shù)來(lái)確定碼盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和相對(duì)角位移量。通常，若編碼器有N個(gè)（碼道）輸出信號(hào)，其相位差為π/ N，可計(jì)數(shù)脈沖為2N倍光柵數(shù)，現(xiàn)在N=2。圖3電路的缺點(diǎn)是有時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤記脈沖造成誤差，這種情況出現(xiàn)在當(dāng)某一道信號(hào)處于‘高’或‘低’電平狀態(tài)，而另一道信號(hào)正處于‘高’和 ‘低’之間的往返變化狀態(tài)，此時(shí)碼盤固然未產(chǎn)生位移，但是會(huì)產(chǎn)生單方向的輸出脈沖。例如，碼盤發(fā)生抖動(dòng)或手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)（下面可以看到，在重力儀丈量時(shí)就會(huì)有這種情況）。

增量光電編碼器基本波形和電路圖

四倍計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)方式的波形和電路圖

上圖是一個(gè)既能防止誤脈沖又能進(jìn)步分辨率的四倍頻細(xì)分電路。在這里，采用了有記憶功能的D型觸發(fā)器和時(shí)鐘發(fā)生電路。由圖4可見(jiàn)，每一道有兩個(gè)D觸發(fā)器串接，這樣，在時(shí)鐘脈沖的間隔中，兩個(gè)Q端（如對(duì)應(yīng)B道的74LS175的第2、7引腳）保持前兩個(gè)時(shí)鐘期的輸進(jìn)狀態(tài)，若兩者相同，則表示時(shí)鐘間隔中無(wú)變化；否則，可以根據(jù)兩者關(guān)系判定出它的變化方向，從而產(chǎn)生‘正向’或‘反向’輸出脈沖。當(dāng)某道由于振動(dòng)在‘高’、‘低’間往復(fù)變化時(shí)，將交替產(chǎn)生‘正向’和‘反向’脈沖，這在對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器取代數(shù)和時(shí)就可消除它們的影響（下面儀器的讀數(shù)也將涉及這點(diǎn)）。由此可見(jiàn)，時(shí)鐘發(fā)生器的頻率應(yīng)大于振動(dòng)頻率的可能最大值。由圖4還可看出，在原一個(gè)脈沖信號(hào)的周期內(nèi)，得到了四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。例如，原每圈脈沖數(shù)為1000的編碼器可產(chǎn)生4倍頻的脈沖數(shù)是4000個(gè)，其分辨率為0.09°。實(shí)際上，目前這類傳感器產(chǎn)品都將光敏元件輸出信號(hào)的放大整形等電路與傳感檢測(cè)元件封裝在一起，所以只要加上細(xì)分與計(jì)數(shù)電路就可以組成一個(gè)角位移丈量系統(tǒng)(74159是4-16譯碼器)。 本篇文章來(lái)由電子網(wǎng)收集整理轉(zhuǎn)載請(qǐng)以鏈接形式注明出處 網(wǎng)址：http://dz.siaaa.com/read.php?tid-459715-fpage-1.html

光電編碼器與S3C2410的硬件接口

光電編碼器與S3C24lO的接口電路如圖4所示。光電編碼器的A、B相為集電極開(kāi)路輸出，由于S3C2410的I／O口電平為3．3 V，所以將其通過(guò)電阻上拉到3．3V后再分別接到CPU的EINT0和EINT1上；將Pl直接接到3．3V，P2通過(guò)電阻下拉到GND。當(dāng)旋鈕按下時(shí)，P2口輸出為高電平，否則輸出為低電平。

工作狀態(tài)下，將EINTO、EINTl配置成上升沿和下降沿均觸發(fā)的外部中斷，將EINT2配置成上升沿觸發(fā)的中斷，旋鈕按下時(shí)EINT2引腳產(chǎn)生上升沿觸發(fā)中斷。

外部中斷初始化及中斷服務(wù)程序的編寫

首先必須完成CPU的I／O口和中斷的初始化工作，然后再編寫中斷處理程序。具體分為4個(gè)步驟：

1. 初始化I／O口。在Port[_]Init()函數(shù)中，將EINT0和EINTl初始化為上升沿和下降沿均觸發(fā)的中斷。將EINT2初始化為上升沿觸發(fā)的中斷。
2. 添加中斷號(hào)。在oalint.h下添加光電編碼器中斷向量的宏定義。代碼為#define SYSINTR[_]OED(SYSINTR[_]FIRMWARE+20)
3. 添加中斷的初始化、禁止、復(fù)位等函數(shù)，分別在OEMInterruptEnable()、OEMInterruptDisable()、OEM-InterruptDone()等函數(shù)中加入相關(guān)代碼。
4. 返同中斷標(biāo)識(shí)，由OEMInterruptHandler()函數(shù)返回中斷標(biāo)識(shí)(SYSINTR[_]OED)。

編寫流接口驅(qū)動(dòng)程序

Windows CE．net把中斷處理分成兩個(gè)部分：中斷服務(wù)程序(ISR)和中斷服務(wù)線程(IST)。TSR通常要求越短、越快越好，它的唯一任務(wù)就是返回中斷標(biāo)識(shí)。正由于ISR很小，只能做少量的處理，因此中斷處理器就調(diào)用IST執(zhí)行大多數(shù)的中斷處理。中斷服務(wù)線程(IST)在從waitForSingleObject()函數(shù)得到中斷已經(jīng)發(fā)生的信號(hào)前一直保持空閑；當(dāng)接收到中斷信號(hào)后，它就在本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的PDD層調(diào)用子程序，這些程序反過(guò)來(lái)訪問(wèn)硬件以獲得硬件的狀態(tài)。IST使用InterruptInitialize()函數(shù)來(lái)注冊(cè)自己，然后使用WaitForSingleObject()函數(shù)等待中斷信號(hào)。如果這時(shí)中斷信號(hào)到來(lái)，則應(yīng)將光電編碼器的狀態(tài)記錄下來(lái)，保存在變量OED[_]Status中。OED[_]Status=1表示旋鈕按下，OED[_]Status=2表示旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，OED[_]Status=3表示旋鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

這里還有一種比較簡(jiǎn)單的鑒相規(guī)則，具體步驟是，當(dāng)創(chuàng)建線程時(shí)讀出EINTl的電平狀態(tài)并保存在變量PreEINTl中，每次中斷到來(lái)時(shí)首先判斷EINT2是否為高電平。如果為高電平，則說(shuō)明按鈕按下；如果EINT2為低電平，則判斷EINTO電平是否與PreEINTl相同。如果相同，則說(shuō)明旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；反之，旋鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，判斷的流程如圖5所示。

光電編碼器鑒相流程框圖

Windows CE流接口驅(qū)動(dòng)程序模型要求驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)者編寫10個(gè)接口函數(shù)，針對(duì)光電編碼器的驅(qū)動(dòng)主要應(yīng)完成設(shè)備初始化和數(shù)據(jù)讀取2個(gè)函數(shù)的編寫。WindowsCE設(shè)備文件名前綴由3個(gè)大寫字母組成，操作系統(tǒng)使用這3個(gè)字母來(lái)識(shí)別與流接口驅(qū)動(dòng)程序相對(duì)應(yīng)的設(shè)備。這里定義設(shè)備文件名前綴為“OED”(Optical Encoder)，其中設(shè)備初始化函數(shù)OED[_]Init()在Windows CE裝載驅(qū)動(dòng)程序時(shí)用于創(chuàng)建中斷事件和中斷服務(wù)線程。在函數(shù)OED[_]Read()中將光電編碼器的狀態(tài)(OED[_]Status)返回。

封裝驅(qū)動(dòng)程序并加入到WinCE中

根據(jù)上述方法編譯出動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)還不夠，因?yàn)樗慕涌诤瘮?shù)還沒(méi)有導(dǎo)出，還需要告訴鏈接程序輸出什么樣的函數(shù)，因此必須建立一個(gè)后綴名為def的文件。在本設(shè)計(jì)中為OpticalEnccder.def。下面是此文件的內(nèi)容：

一個(gè)具體的流接口驅(qū)動(dòng)程序和注冊(cè)表是密不可分的。向WinCE內(nèi)核添加注冊(cè)表項(xiàng)的方法有兩種：一種是直接修改Platform Builder下的reg文件；另一種是自己編寫一個(gè)注冊(cè)表文件，通過(guò)添加組件的方法將動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件添加到內(nèi)核中。這里用第2種方法，將OpticalEncoder.dll添加到內(nèi)核中。編寫的注冊(cè)表文件內(nèi)容如下：

最后編寫一個(gè)CEC文件，完成對(duì)定制內(nèi)核注冊(cè)表部分的修改并將OpticalEncoder．dll添加到系統(tǒng)內(nèi)核中去，然后在Platform Builder中就可以直接添加已經(jīng)編寫好的驅(qū)動(dòng)程序了。