1引言

　　目前桶棍，各類伺服驅(qū)動器及其應(yīng)用中廣泛采用光柵裝置作為速度測量性宏、位置測量的敏感元件衔沼。而且，廣泛采用兩路正交方波的形式菩佑，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求極高凝化。因此，對于光柵編碼器的信號的細(xì)分等主要處理環(huán)節(jié)瞧哟，一方面集中考慮提高分辨率的問題枪向，同時(shí)，需要考慮實(shí)時(shí)性的問題产掂。

　　盡管高速單片機(jī)辅及、DSP等高速數(shù)字處理器件的應(yīng)用可以極大地改善系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性桌强，但是做除法運(yùn)算仍需較長的時(shí)間浴营，大約為幾百微秒顺鸯，無法滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求尊捞，因此，軟件細(xì)分的方法受到了限制。

　　目前斜脂，有很多采取純硬件進(jìn)行細(xì)分的方法帚戳，如儡首，電阻鏈細(xì)分，空間細(xì)分对供，鎖相倍頻产场，還有兩種方法的結(jié)合使用等软动。上述幾種方法在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛采用衙地，特別是電阻鏈細(xì)分庙炮，在低倍頻的情況下是一種很好的方案。但是在高倍頻的情況下刷桐，不可避免地出現(xiàn)大量使用比較器的情況娶得，以及比較器死區(qū)(滯后區(qū))問題懊湾，難以調(diào)節(jié)√陕剩空間細(xì)分的方法中悼吱，主要解決的問題是切割電平精準(zhǔn)的問題后添，其中的三角波切割三角波的方案有很多優(yōu)點(diǎn)遇西，可以改變使用過零比較造成的細(xì)分誤差努溃。但是仍然存在大量使用比較器的問題檩翁，調(diào)節(jié)起來比較繁瑣景絮。鎖相倍頻細(xì)分的方法崎络，一方面说悄，成本較前兩種高，另一方面颗酷，受環(huán)境溫度的影響比較大，實(shí)際的應(yīng)用中很少采用戏丽。本文從原理上考慮了一種新的細(xì)分方案砂猿，使用取絕對值，八卦限理論耙屹，利用ASIC器件(速度為納秒級)對信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算和處理等一整套純粹硬件的信號細(xì)分方案铲醉，并通過調(diào)試和實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了該方案的可行性抗俄。

　　2細(xì)分原理及框圖

　　細(xì)分主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成脆丁，取絕對值、提取卦限信號动雹、A／D轉(zhuǎn)換槽卫、查細(xì)分表跟压、邏輯運(yùn)算等。

　　濾波歼培、放大震蒋、整形電路對于輸入原始信號sinx、cosx進(jìn)行初步處理丐怯，在幅值喷好、對稱性翔横、正交性等方面滿足后續(xù)電路的要求读跷。取絕對值電路根據(jù)二極管截止導(dǎo)通特性，并結(jié)合基本運(yùn)算放大器的基本工作原理禾唁，設(shè)計(jì)硬件電路效览，使其uo＝｜ui｜輸出，實(shí)現(xiàn)對輸入信號的倍頻穗狞，兩路信號交錯(cuò)形成八個(gè)卦區(qū)以及相應(yīng)的卦限信號踱封。

　　A／D轉(zhuǎn)換模塊對絕對值信號進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)化，如圖2所示：模擬多路開關(guān)在卦限控制信號的作用下凭衩，對絕對值信號進(jìn)行選擇脏诈，其輸出分別作為A／D轉(zhuǎn)換的輸入信號和參考信號。A／D轉(zhuǎn)換受控于采樣控制信號慌位，其輸出數(shù)據(jù)與采樣時(shí)刻的相位信號對應(yīng)锯政。

　　如果將該數(shù)據(jù)與相位之間的對應(yīng)關(guān)系用一張表來描述，就是我們所建立的細(xì)分表子宵。但是由于細(xì)分倍數(shù)的不同尚档，兩者之間并不是一一對應(yīng)關(guān)系。

　　3硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試

　　從原理上可以看出彪性，該細(xì)分模塊的技術(shù)關(guān)鍵是比較器整形產(chǎn)生的卦限信號和A／D模塊產(chǎn)生的地址信號必須同步彩梅，這是能否正確細(xì)分的關(guān)鍵。因此稍记，在電路設(shè)計(jì)過程中巩恼，比較器的滯后及其抗干擾能力是必須考慮和解決的問題。在抗干擾方面靠抑，采用差分放大名惩，可以有效地抑制共模干擾≡熊考慮其滯后問題娩鹉，采用整形電路與取絕對值電路分離，可以通過調(diào)節(jié)各個(gè)運(yùn)放的直流參數(shù)稚伍，使得卦限信號與絕對值信號能夠近似同步弯予，否則戚宦，產(chǎn)生的細(xì)分方波將會在過零處變得混亂。如圖3所示锈嫩，對其中sinx信號取絕對值及整形受楼，這樣一來，既方便了調(diào)試呼寸，也避免了干擾及比較器的滯后問題艳汽。

　　邏輯控制電路及運(yùn)算模塊主要完成對A／D轉(zhuǎn)換模塊的采樣控制、讀存儲器(細(xì)分表)对雪、運(yùn)算輸出細(xì)分正交方波等邏輯河狐。整個(gè)模塊由FPGA來實(shí)現(xiàn)。外圍晶振提供10MHz的時(shí)鐘树颖，由分頻模塊進(jìn)行分頻若战，實(shí)現(xiàn)周期為2μs(滿足系統(tǒng)最大500kHz的反饋要求)的脈沖列作為采樣控制信號。在A／D轉(zhuǎn)換模塊完成采樣轉(zhuǎn)換并且轉(zhuǎn)換結(jié)束信號／INT為低電平時(shí)效聂，此時(shí)瞪澈，卦限信號及地址信號在存儲器的地址信號線上有效，在FPGA內(nèi)部經(jīng)過邏輯判斷后枷澜，發(fā)出讀(／RD)命令脓额。讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存后提供給后序運(yùn)算模塊，經(jīng)判斷運(yùn)算后輸出正交細(xì)分方波跷缀。

　　4檢測及檢測結(jié)果

　　我們搭建了細(xì)分檢測硬件平臺搬混，由標(biāo)定系統(tǒng)一維平轉(zhuǎn)臺和同軸的圓光柵編碼器構(gòu)成。數(shù)顯裝置顯示了標(biāo)定轉(zhuǎn)臺實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度尖初，同時(shí)葵昂，主機(jī)通過接口電路對細(xì)分方波進(jìn)行計(jì)數(shù)并顯示，經(jīng)過多次測量纯末，兩顯示值之間的差e≤1寥掐，即，小于等于一個(gè)當(dāng)量磷蜀，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的召耘。同時(shí)，通過伺服驅(qū)動的一維平轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)及檢測機(jī)構(gòu)來定量地檢測分析細(xì)分誤差褐隆，初始位置：3′26．3″污它，末位置：2′50．7″，差值：3′26．3″－2′50．7″＝35．6″庶弃，36．0″－35．6″＝0．4″衫贬。

　　5結(jié)束語

　　采用純硬件的手段可以滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，采樣速度為2μs。同時(shí)固惯，采用該方法可以實(shí)現(xiàn)高倍頻細(xì)分梆造，滿足大多數(shù)系統(tǒng)對于兩路正交反饋方波的需求，可以在光柵編碼器信號處理中采用葬毫。

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