专利名称：采用二级细分提高编码器分辨力的方法和电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种提高编码器分辨力的方法和电路，具体是一种采用二级细分法提 高磁性编码器和光栅编码器分辨力的方法和电路。
背景技术：
磁栅编码主要用于线位移和角位移的测量，可分为长度磁栅和径向磁栅编码器。 通常的磁栅编码器包括一个运动物体，一个随运动物体一起运动的磁鼓，磁鼓上刻有交替 变化的磁栅。随着磁栅的运动，会在运动的磁鼓周围产生周期变化的磁场，通过磁性敏感元 件(磁头)感知周期变化的磁场，从而转化为变化的电压输出信号，对电信号进行放大整形 转化成脉冲信号，通过标准时钟对脉冲信号进行计数，再经过计算处理，得到所要测量的角 位移或线位移。光栅编码器是根据莫尔条纹原理制成的，它主要用于线位移和角位移的测量，因 而又分为长度光栅和径向光栅。通常光栅传感器由照明系统、光栅副和光电接收元件组成。 光栅副是光栅传感器的主要部分，在长度计量中应用的光栅通常称为计量光栅，它主要由 主光栅(也称标尺光栅)和指示光栅组成。当标尺光栅相对于指示光栅移动时，形成的莫 尔条纹产生亮暗交替变化，利用光电接收元件将莫尔条纹亮暗变化的光信号，转换成电脉 冲信号，并用数字显示，从而测量出标尺光栅的移动距离。提高编码器分辨力的方法。提高编码器(包括磁栅编码器和光栅编码器)的分辨 力的方法主要有1.增加单位长度上所刻的栅极数，但会引起输出信号的信噪比的下降， 因而栅极数不能无限增加。2.直接细分法，使运动物体移动一个栅距，输出多个脉冲信号， 因而可以在不降低信噪比的前提下，提高编码器的分辨力。通常直接细分法常用的细分数 为4，即四细分。四细分可用4个依次相距BH/4(其中Bh为一个栅距)的探测元件，这样可 以获得依次有相位差90°的4个正弦交流信号。再用鉴零器分别鉴取4个信号的零电平。 这样在每个栅极周期内将产生4个计数脉冲，实现了四细分。但四细分法提高编码器的分 辨力能力有限，且存在探测器安放困难的问题。因此依靠传统的增加编码器上栅极的方法， 和传统的直接细分法，无论是对于光栅编码器还是磁栅编码器，在提高分辨力上都存在很 大的困难。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种能在稳定工作前提下，有 效提高编码器分辨力的方法及其电路，即基于高频、高分辨力时钟的二级细分法。本发明的工作原理利用标准时钟信号CLK对探测器放大整形后的信号MCP进行 一级粗计数，得到编码器输出的粗计数数值。另外采用高频时钟信号CP对MCP进行二级细 分，分别得到CLK上升沿到MCP上升沿、CLK下降沿到MCP上升沿时间段内的CP脉冲数。以 及单个MCP周期时间段内所包含的CP脉冲数。再通过计算处理，得到编码器输出的细分计 数值。最后将编码器输出的粗计数值和细分计数值结合起来一起输出，即得到编码器的高分辨力输出值。按照本发明提供的技术方案，所述采用二级细分提高编码器分辨力的方法如下以标准时钟信号CLK作为闸门信号对编码器整形信号MCP进行粗计数当CLK出 现上升沿，则开始对MCP进行计数，直到CLK下降沿的来临；计得在CLK高电平时间间隔Th 内MCP上升沿个数为M ；在从CLK上升沿直到MCP上升沿的时间间隔Tm内，对高频时钟信号CP进行二级 细分计数当CLK出现上升沿，开始对CP进行细分计数，直到MCP上升沿来临，停止对CP计 数，在Thi时间间隔内计得CP上升沿个数为N1 ；在从CLK下降沿直到下一次MCP上升沿的时间间隔Th2内，对CP进行二级细分计 数CLK出现下降沿的时候，开始对CP进行计数，直到下一次MCP上升沿的到来，停止对CP 计数，计得在Th2时间内CP上升沿个数为N2 ；在MCP的每一个周期Tm内，对CP进行计数以MCP进行二分频后的DMCP信号对 CP进行计数，所述DMCP信号的高电平时间为MCP的周期Tm ；当DMCP上升沿来临，开始对CP 进行计数，直到DMCP下降沿到来，停止计数，在MCP —个周期Tm时间内计得CP上升沿个数 为Nx ；对所述Nx的计数分为两个，对于Tm之后的一个DMCP高电平时间Tm内，计得的CP上 升沿个数为Nxl ；在Th2之后的DMCP —个高电平时间Tm内计得的CP上升沿个数为Nx2 ；对以上计数值M、N1, N2, Nx1, Nx2进行如下计算处理MM=是+则Mm为编码器的输出值，其中N1ZiNxl为Tm时间内编码器的输出值，N2/Nx2为Th2时 间内编码器的输出值，N1ZiNxl < 1，N2/Nx2 < 1。所述时间段TH，Thi，TM, Th2有以下关系
权利要求
一种采用二级细分提高编码器分辨力的方法，其特征是所述方法如下以标准时钟信号CLK作为闸门信号对编码器整形信号MCP进行粗计数当CLK出现上升沿，则开始对MCP进行计数，直到CLK下降沿的来临；计得在CLK高电平时间间隔TH内MCP上升沿个数为M；在从CLK上升沿直到MCP上升沿的时间间隔TH1内，对高频时钟信号CP进行二级细分计数当CLK出现上升沿，开始对CP进行细分计数，直到MCP上升沿来临，停止对CP计数，在TH1时间间隔内计得CP上升沿个数为N1；在从CLK下降沿直到下一次MCP上升沿的时间间隔TH2内，对CP进行二级细分计数CLK出现下降沿的时候，开始对CP进行计数，直到下一次MCP上升沿的到来，停止对CP计数，计得在TH2时间内CP上升沿个数为N2；在MCP的每一个周期TM内，对CP进行计数以MCP进行二分频后的DMCP信号对CP进行计数，所述DMCP信号的高电平时间为MCP的周期TM；当DMCP上升沿来临，开始对CP进行计数，直到DMCP下降沿到来，停止计数，在MCP一个周期TM时间内计得CP上升沿个数为Nx；对所述Nx的计数分为两个，对于TH1之后的一个DMCP高电平时间TM内，计得的CP上升沿个数为Nx1；在TH2之后的DMCP一个高电平时间TM内计得的CP上升沿个数为Nx2；对以上计数值M、N1，N2，Nx1，Nx2进行如下计算处理 <mrow><msub> <mi>M</mi> <mi>M</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>N</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>N</mi><mrow> <mi>x</mi> <mn>1</mn></mrow> </msub></mfrac><mo>+</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mfrac> <msub><mi>N</mi><mn>2</mn> </msub> <msub><mi>N</mi><mrow> <mi>x</mi> <mn>2</mn></mrow> </msub></mfrac> </mrow>则MM为编码器的输出值，其中N1/Nx1为TH1时间内编码器的输出值，N2/Nx2为TH2时间内编码器的输出值，N1/Nx1＜1，N2/Nx2＜1。
2.如权利要求1所述采用二级细分提高编码器分辨力的方法，其特征是所述时间段 Th' Tm, Tm,Th2有以下关系: T11 — TH1+MTM_TH2o
3.一种采用二级细分提高编码器分辨力的方法的实施电路，其特征是包括 第一模块，得到编码器整形信号MCP信号的上升沿截止信号；第二模块，得到标准时钟信号CLK的上升沿使能信号UP与下降沿使能信号DOWN ；第三模块，获得MCP的二分频信号DMCP ；第四模块，以CLK作为闸门信号对MCP进行粗计数；第五模块，在时间间隔Tm内对高频时钟信号CP进行细分计数；第六模块，在时间间隔Th2内对高频时钟信号CP进行细分计数；第七模块，在MCP的每一个周期Tm内，以MCP进行二分频后的DMCP信号对CP进行计数；所述第四模块计得在CLK高电平时间间隔Th内MCP上升沿个数为M ；所述第五模块在 Tm时间间隔内计得CP上升沿个数为N1 ；所述第六模块计得在Th2时间内CP上升沿个数为 N2 ；所述第七模块对于Thi之后的一个DMCP高电平时间Tm内，计得的CP上升沿个数为Nxl ； 在Th2之后的DMCP —个高电平时间Tm内计得的CP上升沿个数为Nx2 ； 对以上计数值M、N1, N2, Nx1, Nx2进行如下计算处理则Mm为编码器的输出值，其中N1ZiNxl为Thi时间内编码器的输出值，N2/Nx2为Th2时间内 编码器的输出值，N1ZiNxl < 1，N2/Nx2 < 1。
4.权利要求4所述电路，其特征是所述第一模块得到MCP信号的上升沿截止信号MUP的逻辑关系式为=MUP=(MCP)w (MCP)w+1，其中，(疏、为第η个CP脉冲时刻MCP的逻辑非，(MCP)n+1为n+1时刻MCP的逻辑值，MUP的触发时钟为CP。
5.权利要求4所述电路，其特征是所述第二模块得到CLK的上升沿使能信号UP的逻辑 表达式为UP=^!^>(CLK)m+1，其中UP的触发脉冲为MCP ；CLK下降沿使能信号DOWN的逻辑表达式为DOWN=(CLK) .(CLK)^1，其中DOWN的 触发脉冲为MCP。
6.权利要求4所述电路，其特征是所述第三模块包括一个74LS90计数器，将74LS90计 数器的RO (1)，RO (2)，R9 (1)，R9 (2)端接地，即置低电平，使74LS90构成一个二分频分频器； MCP连接到74LS90计数器的时钟输入端即CKA端，74LS90计数器的QA端输出即为MCP 二 分频后的信号DMCP ；所述DMCP信号的高电平时间等于MCP信号的周期。
全文摘要
本发明提出了一种采用二级细分提高编码器分辨力的方法及其电路，即基于高频、高分辨力时钟的二级细分法。可以在稳定工作的前提下，提高编码器的分辨力。适用于磁栅编码器和光栅编码器，也适用于线性编码器和径向编码器。本方法基于脉冲计数法测量标准时钟信号CLK内编码器上探测器脉冲信号MCP上升沿个数即整脉冲数；再采用高频时钟信号CP对探测器脉冲信号MCP进行二级细分；最后再通过对各段测量结果计算得出编码器的测量值。此外本发明还给出了本方法采用分立器件的一个具体实现电路。本发明具有原理简明清晰，实用性强，易于实现，电路工作稳定可靠，易于与现有编码器的技术和应用结合的优点。
文档编号G01D5/38GK101936751SQ20101023511
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者刘明峰, 王建国, 白建民, 薛松生, 魏福林 申请人:兰州大学