利用HCTI-2032正交解码器在多轴运动控制系统中位置检测接口的应用

1 引言

在机器人和其他精密仪器的控制系统中，位置检测是需要解决的重要问题之一，位置检测的精度和稳定性对控制系统起着关键作用。计量光栅传感器、旋转编码器、激光陀螺等测量系统的输出一般为两路相位差90°的正交解码脉冲信号。根据正交解码信号之间相位的超前与滞后关系，把正交信号转换为另外两路信号，分别为代表正交信号任一路脉冲数的脉冲序列以及代表正交信号相位关系的控制信号。它们分别送到可逆计数器的计数输入端和加／减控制端。根据可逆计数的结果可获得测量系统所需要的位移或角位移等测量。在轮式移动机器人运动控制系统中常用旋转编码器检测车轮的速度和角度，从而构成闭环系统实现运动控制算法。一般微处理器不带正交解码脉冲接口，而一些专为控制电机推出的DSP，如TI公司的C24x、C27x、C28x系列只提供了两路正交解码脉冲接口，且是与捕捉功能复用的，不能满足检测两个以上位置的需要，因此设计开发解码器与微处理器的接口具有重要的应用价值。

2，HCTL-2032简介

HCTI-2032是Avago公司企业生产的CMOS专用网络集成控制电路，集噪声进行滤波、正交解码、可逆计数、总线技术接口于一体，可大大改善学生测量管理系统的性能。相比HCTI-2022而言，HCTL-2032可接收两路正交解码脉冲，并且可以增加了我们接收基准电压信号，时钟工作周期达33MHz，不仅节省了电路结构设计的体积，而且发展提高了工程测量结果精度和处理相关数据的速度。

2.1 功能

HCTL-2032的引脚排列如图1所示，HCTL-2032可以将光电编码器输出的波形转换成数字信号输入微处理器，两路输入引脚CHAx、CHAv、CHIx和CHBx、CHBy、CHIy经过施密特触发器整形滤波后，通过设置EN1、EN2的值选择采用4×、2×、1×计数模式，而后送入32位二进制计数器对采集的正交波计数，由于输出数据线只有8位，因此32位的数据需要通过改变控制线SEL1、SEL2、OE的值分四次依次读出。

2.2 内部结构

HCTL-2032内部包括数字滤波器、正交解码逻辑、位置计数器、总线接口，内部结构框图如图2所示。

2.2.1 数字滤波器

Hctl-2032的输入部分包括施密特触发器和用于抑制与正交信号混合的噪声的数字延迟滤波器。正交信号通过施密特触发器后，必须保持三个上升边缘通过数字滤波器，滤除小于1v 的低电平噪声。其余的高电平，短时间噪声脉冲通过数字滤波器过滤。

2.2.2 正交解码

HCTL-2032提供×1，2，4，×3种可供选择的解码方法，解码由EN1、EN2组合值控制，相邻两个跳边之间有四种电平状态：10，11，01，00。 当您选择×4模式时，在一个周期中，正交解码器沿时钟上升计数四个状态，同样，当选择两个×和一个×时，在一个周期中，正交解码器采样时钟上升边缘上的两个和一个状态来计数。 每次监测状态变化时，在CNTDEC引脚处输出宽度为半时钟周期的正脉冲。 同时给出状态转移方向信号，U/D=1，表示A相超前B相。 相反，B相导致A相。 同时，级联信号CNTCAS。 计数器溢出的tES>tCLK。 是正交解码器对信号和时钟的要求

2.2.3 32位二进制计数器与32位锁存器

脉冲输入32位增减计数器的正交解码，时钟计数的上升沿，计数值进入32位锁存器，通常用于下列情况:

（1） 计数范围在32位计数器计数值研究范围之内，计数值可以代表中国绝对重要位置。

（2）机械往返周期运动和每周计数值小于32位，可以通过每个循环重置计数器。

(3)该系统还可用作8、16、24、32位计数器，其中两次读取的计数之差表示绝对位置。系统软件可以计算出系统的绝对位置，但计数器可能会溢出或溢出。为了防止位置信息的丢失，你必须确保每个计数不超过计数器最大计数的一半，也就是说，8位，16位，24位，32位应该分别读入2147483647。

（4）当统计量大于32位时，可以利用控制端口和其他计数器组成更高级别的计数器，从而获得计数的绝对值，并且在非读数据期间32位锁存器的每个上升边缘的值捕获计数器。 读取数据后，不再捕获新的数据值，以确保数据的正确性。 读取数据后，锁存器被RST信号清除。

2.2.4 禁止学生逻辑和总线数据接口

根据三个信号的值，根据三个信号的值，根据三个信号的值，根据三个信号的值，根据三个信号的值，禁止样本OE，SEL1和SEL2的值。根据三个信号的不同值三个信号。

3、 与TMS320F2812的接口进行电路

TMS320F2812是TI中的最新DSP设备。它具有数字信号处理能力，强大的事件管理功能和嵌入式控制功能，快速计算速度，丰富的接口资源，适用于具有大规模数据处理的测量和控制应用。 TMS320F2812仅提供两个事件管理器EV1和EV2，每个事件管理器模块都有一个正交编码脉冲电路QEP1和QEP2，QEP3和QEP4，只有两个正交码脉冲。 TMS320F2812工作电压为3.3 V，HCTL-2032工作电压为5 V，两者不能直接连接，并且必须使用电平转换器，这种设计使用SN74LVTH245驱动器，并以防止负载分离DSP，两个通道高速光电耦合器HCPL2630。硬件电路如图3所示。

4 、软件设计

4.1 初始化DSP

Dsp 的初始化主要包括工作频率的设置、看门狗的关闭、 gpio 的设置等。代码如下:

4.2 读取数据

数据读取四次完成，依次从高字节读取到低字节，读取每个字节定义三个变量：Result，Result_old，Result_new，用于存储最终结果，前一个读取值，下一个读取值。 首先，DSP从数据线中获取HCTL-2032引脚值。 为了保证数据的可靠性，DSP将反复读取引脚的值。 如果两次数据相同，则取数字作为最终值，否则数据不稳定，继续读取。 采用4×译码方式，读取x通道数据时，读取数据的流程图如图4所示。

5、 结束语

HCTI-2032正交解码器内部管理具有32位计数器，因此可以计数工作过程由器件本身就是硬件设计完成，减轻了CPU的计数负担。解码器与CPU接口使用方便，非常适合在多轴运动作为控制信息系统中扩展编码器位置通过检测数据接口。

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