一种提高绝对式旋转编码器分辨率的方法

摘要

本发明是一种提高绝对式旋转编码器分辨率的方法，它采用增量/绝对混合编码式的码盘，在不增加码道数量的情况下，通过增量编码进行数字插值，提高绝对式旋转编码器的分辨率。增量编码的两路正、余弦信号被2个8位A/D转换器采样和转换，再经过1个32倍插值电路进行数字插值，输出插值的5位二进制码信号。绝对编码的11位格雷码信号通过格雷码/二进制转换电路，变换成11位二进制码信号。增量编码插值的5位二进制码信号和绝对编码的11位二进制码信号通过组合和输出接口电路,输出一个16位二进制码/格雷码数字信号。本发明方法在不增加码盘上码道数目的情况下，通过增量编码信号进行数字插值，提高绝对式旋转编码器的分辨率。

主权项

一种提高绝对式旋转编码器分辨率的方法，其特征在于：该方法采用增量/绝对混合编码式的码盘，在不增加码道数量的情况下，通过增量编码进行数字插值，提高绝对式旋转编码器的分辨率；增量编码的两路正、余弦信号经过2个8位A/D转换器和1个32倍插值电路，输出插值的5位二进制码信号；绝对编码的11位格雷码信号通过格雷码/二进制转换电路，变换成11位二进制码信号；绝对编码的11位二进制码信号和增量编码插值的5位二进制码信号通过组合和输出接口电路，输出一个16位二进制码/格雷码信号，使绝对式旋转编码器输出数字的分辨率由11位提高到16位；具体地：(1)增量编码的两个正、余弦信号被2个8位A/D转换器采样和转换，变换成8位二进制码信号，其中最高位是符号位；数字化的增量编码信号通过1个32倍插值电路进行数字插值，输出插值的5位二进制码信号；采用32倍插值电路，增量信号的两路正、余弦信号经过2个8位A/D转换器转换成数字信号，通过32倍插值电路输出5位inc[4..0]二进制编码；插值信号inc(4..0)中最高3位通过正、余弦符号位和数值的大小运算产生：inc4＝！sign(A12)$inc3=sign\left(A12\right)\oplus sign\left(A13\right)$$inc2=\left\{\begin{array}{cc}0,& IF(chA13>chA12)\\ 1,& IF(chA13\le chA12)\end{array}\right.$式中：A12、A13为增量式码道；sign(A12)为A12通道的符号位；chA12为A12通道的数字量；sign(A13)为A13通道的符号位；chA13为A13通道的数字量；用正、余弦信号模拟一个插值函数ref(x)：$ref\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}1-chA13+chA12,x\in [0,\pi /4)\\ chA12-chA13,x\in [\pi /4,\pi /2)\end{array}\right.$插值函数ref(x)在[0，π/4)区间和[π/4，π/2)区间波形基本相同，通过插值信号inc2控制插值函数ref(x)的输出信号，使正、余弦信号区间由[0，π/2)变换为区间[0，π/4)；线性函数：$y\left(x\right)=\frac{4}{\pi }x,x\in [0,\pi /4)$插值函数ref(x)和线性函数y(x)在[0，π/4)区间波形，两个函数的波形非常接近，用线性函数进行近似；ref(x)≈y(x)插值函数ref(x)在插值点π/16、π/8、3π/16分别对应0.25、0.5、0.75，在区间[0，π/4)范围内插值信号inc1、inc0通过插值函数ref(x)运算产生：$inc1=\left\{\begin{array}{cc}0,& If\left(ref\right(x)<0.5)\\ 1,& If\left(ref\right(x)\ge 0.5)\end{array}\right.$$inc0=\left\{\begin{array}{cc}0,& If\left(ref\right(x)<0.25OR0.5\le ref\left(x\right)<0.75\left)\right)\\ 1,& If(0.25\le ref(x)<0.5ORref\left(x\right)\ge 0.75)\end{array}\right.$32倍插值电路全部采用逻辑电路，通过可编程控制器实现；(2)格雷码/二进制转换电路：绝对编码的11位二进制信号是格雷码，需要将格雷码转换成二进制码；格雷码转换成二进制码公式：$\left\{\begin{array}{c}{b}_1=g_1\\ b_i=g_i\oplus b_{i-1}\end{array}\right.$式中：i表示光栅的码道数，i＝1表示A1光栅码道；组合和接口电路：11位绝对值编码信号b1，b2，…，b11和5位增量插值信号inc4，inc3，inc2，inc1，inc0组合成(b1，b2，…，b11，inc4，inc3，inc2，inc1，inc0)16位二进制数字，输出16位二进制数字，通过B/G信号选择，输出16位格雷码数字；二进制码转换成格雷码公式：$\left\{\begin{array}{c}{c}_{15}=d_{15}\\ c_i=d_i\oplus d_{i+1}\end{array}\right.$式中：i＝0，1…，14；(3)位转换电路：增量编码的两路正、余弦信号被2个8位A/D转换器采样和转换，变换成8位二进制码信号，经过1个32倍插值电路进行数字插值，输出插值的5位二进制码信号，作为绝对式旋转编码器低5位数字信号；绝对编码的N位格雷码信号通过格雷码/二进制转换电路，变换成N位二进制码信号，作为绝对式旋转编码器高N位数字信号，通过组合和输出接口电路，输出一个N+5位二进制码/格雷码数字信号，使绝对式旋转编码器输出数字的分辨率由N位提高到N+5位。