[转]使用D触发器制作正交编码器的鉴相电路

Posted 2021-01-03 tubujia

我们在做伺服电机控制的时候，一般会用到正交编码器做速度和位置的反馈控制，这里只提增量式正交编码器，其输出一共有三根线，如下图所示，即A相、B相和Index相，其中A相和B相为互差90度的方波或者正弦波脉冲（可以整形成方波），每转一圈会有若干个脉冲输出（输出脉冲的个数决定了编码器的分辨率，我们常称之为线数），用来测量速度和位置，而Index相则每转一圈只输出一个脉冲，用来做误差矫正（可以消除做位置反馈时的累积误差）。同时由于A相和B相的正交90度差，也就引出了相位超前和相位滞后的概念，而凭借这两相的相位差（含正负）则可以判断出编码器转子的方向，进而实现鉴相，方便伺服电机的方向控制。

    上面简单的介绍了正交编码器的工作原理，那么实现鉴相的方法就简单了，实际上现在很多针对电机控制的MCU都自带了正交解码器的Timer，只需将A、B两相连接到MCU的专用解码管脚即可实现内部Timer对脉冲的加减计数，不过究其鉴相原理实际上都是通过D触发器来实现的，即一相接D触发器的D端，另一相接CLK端，通过这样的解码方式其OUT端的高低电平即决定了A、B两相的超前或滞后也即编码器的旋转方向。

    既然MCU内部的鉴相电路也是D触发器来实现的，那么当我们在使用不带正交解码功能的MCU时，我们可以通过外部搭建专用的D触发器来实现鉴相功能，再通过查询外部IO的电平来判断方向。下图所示为使用市场上最常用的D触发器ASIC 74HC74（双D触发器），当然也可以根据成本考虑使用单D触发器（74HC74G1）来实现单个旋转编码器的鉴相（单电机控制，如果为了实现双电机控制则可以使用双路D触发器），其中Out1和Out2则与MCU的普通IO连接。