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编码器
增量式编码器倍频技术 增量式编码器输出的常见脉冲波形信号形式 占空比为50%的方波通道A和通道B相位差为90°。 正弦波的模拟信号通道A和通道B相位差为90°。 对于占空比为50%的方波通道A和通道B相位差为90°。先以下图为例子。 如果只在某一通道的上升沿计数则计数频率 该通道频率。 如果在某一通道的上升沿和下降沿都计数则计数频率 该通道频率 * 2即2倍频。 如果在双通道的上升沿和下降沿都计数则计数频率 该通道频率 * 4即4倍频。 因此至少在1/2个原始方波周期内就可以计数一次最多在1/4个原始方波周期内就可以计数一次。这样计数频率就是原始方波信号的2或4倍即编码器的分辨率提高了2倍到4倍。 假设有个增量式编码器的分辨率是600PPR能分辨最小角度是0.6°对它进行4倍频后就相当于把分辨率提高到600*42400PPR此时编码器能够分辨的最小角度为0.15°。 编码器倍频计数还可以用来扩展一些测速方法的速度适用范围。例如电机测试通常使用M法测量编码器4倍频后可以扩展M法的速度下限。 常用编码器测速方法M法、T法和M/T法 对于电机转速的测试可以把增量式编码器安装到电机上用控制器对编码器脉冲进行计数然后通过特定的方法求出电机转速。 M法频率测量法在一个固定的定时时间内以秒为单位统计这段时间的编码器脉冲数计算速度值。 设编码器单圈脉冲数为C在时间T内统计到的编码器脉冲数为M则转速n M / CT。编码器单圈脉冲数C是一个常数所以转速n和M成正比使得在高速测量时M变大可以获得较好的测量精度和平稳度。但如果速度很低低到每个T只有几个脉冲此时算出的转速误差就会比较大并且不稳定。 有一些方法可以改善M法在低速测量的准确性比如增量式编码器倍频技术。当原本捕获到的脉冲M只有4个经过4倍频后相同电机状态M变成了16个也就提升了低速下的测量精度。 T法周期测量法建立在一个已知频率的高频脉冲并对其计数计数时间由捕获到的编码器相邻两个脉冲的间隔时间T决定计数值为M。设编码器单圈总脉冲数为C高频脉冲的频率为F则转速n 1/CTF/CM。C和F是常数所以转速n和M成反比。在电机高转速时编码器脉冲间隔时间T很小使得测量周期内的高频脉冲计数值M也变得很少导致测量误差变大。而在低转速时T足够大测量周期内的M也足够多。所以T法和M法刚好相反更适合测量低速。 M/T法综合了M法和T法各自的优势即测量编码器脉冲数又测量一定时间内的高频脉冲数。 在一个相对固定的时间内计数编码器脉冲数为M0并计数一个已知频率为F的高频脉冲计数值为M1设编码器单圈总脉冲数为C则转速n FM0/CM1。由于F和C是常数所以转速n只受M0和M1的影响。电机高速时M0增大M1减小相当于M法电机低速时M1增大M0减小相当于T法。 STM32的编码器接口 STM32芯片内部有专门用来采集增量式编码器方波信号的接口这些接口实际上是STM32定时器的其中一种功能。编码器接口功能只有高级定时器TIM1/8和通用定时器TIM2~TIM5才有。 编码器接口用到了定时器的输入捕获部分。
