英創(chuàng)信息技術(shù)EM9280與光電編碼器的接口及應(yīng)用簡(jiǎn)介

增量式光電編碼器是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域最常用的轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器。針對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量的應(yīng)用需求，我們?cè)贓M9280的硬件基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序并提供標(biāo)準(zhǔn)的流式驅(qū)動(dòng)程序API，為客戶應(yīng)用程序增加轉(zhuǎn)速測(cè)量功能提供了一種快速低成本的實(shí)現(xiàn)途徑。本文主要介紹英創(chuàng)工控主板EM9280與增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器的軟硬件接口。

接口硬件說明

鑒于本應(yīng)用主要是監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)，因此只需要接入增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器的A、B兩相脈沖信號(hào)即可。典型的A、B相信號(hào)的關(guān)系如下圖所示：

上圖的左面是A、B相在電機(jī)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的波形，其特點(diǎn)是A相脈沖超前B相脈沖90o相位。而圖的右邊是點(diǎn)擊逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)的波形，此時(shí)B相超前A相90o相位。

一般說來，光電編碼器的A、B相信號(hào)需要經(jīng)過隔離及電平轉(zhuǎn)換電路，方可接入EM9280的相應(yīng)管腳。隔離整形后的A、B相輸出信號(hào)必須是3.3V的TTL信號(hào)，與EM9280連接如下表所示：

由于內(nèi)部電路對(duì)A、B相信號(hào)進(jìn)一步做了去抖動(dòng)處理，因此要求輸入信號(hào)頻率不能高于5KHz，方能保證后續(xù)計(jì)數(shù)結(jié)果的正確。

從應(yīng)用編程的角度看，光電編碼器的基本指標(biāo)包括：（1）每分鐘最大轉(zhuǎn)速，（2）每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)，也就是光電編碼器的分辨率。

接口軟件說明

光電編碼轉(zhuǎn)速測(cè)量的驅(qū)動(dòng)程序已內(nèi)置在EM9280的內(nèi)核中，其設(shè)備文件名為”ROT1:”。當(dāng)打開該設(shè)備文件后，EM9280的對(duì)應(yīng)管腳（GPIO23和GPIO22）將自動(dòng)轉(zhuǎn)為相應(yīng)的脈沖輸入狀態(tài)。當(dāng)然這兩個(gè)管腳不能再作為通用GPIO或I2C接口使用。

當(dāng)調(diào)用CreateFile（_T（”ROT1:”）, ….）打開設(shè)備文件后，可通過WriteFile設(shè)置光電編碼器的參數(shù)，參數(shù)包含在以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

typedef struct _ROTARY_ENCODER_INFO
{
BYTE ucSize; // 填入本結(jié)構(gòu)的字節(jié)數(shù) = 21
DWORD dwMaxRotary; // 正常工況每分鐘旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，單位為rpm
DWORD dwResolution; // 每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)
DWORD dwAlarmRotaryHigh; // 轉(zhuǎn)速報(bào)警高限值，單位rpm，= 0: 禁止該功能
DWORD dwAlarmRotaryLow; // 轉(zhuǎn)速報(bào)警低限值，單位rpm，= 0: 禁止該功能
DWORD dwPeriod; // 采樣周期，單位為ms，= 0：自動(dòng)設(shè)置采樣周期
} ROTARY_ENCODER_INFO, *PROTARY_ENCODER_INFO;

在上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，dwMaxRotary設(shè)置的上限是編碼器的最高轉(zhuǎn)速，也可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用設(shè)置為正常工況的最高轉(zhuǎn)速。本驅(qū)動(dòng)程序支持的采樣間隔共10檔，分別為1ms、2ms、5ms、10ms、20ms、50ms、100ms、200ms、500ms、1000ms。采樣周期與編碼器參數(shù)的關(guān)系為：

N =（dwMaxRotary×dwResolution / 60）× dwPeriod / 1000

上式中N表示在一個(gè)采樣間隔所采集的脈沖數(shù)，當(dāng)N為正時(shí)，表示順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，N為負(fù)數(shù)時(shí)，表示逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在本驅(qū)動(dòng)程序中，采集輸出的數(shù)據(jù)即為N，數(shù)據(jù)類型為帶符號(hào)的16-bit整型量。具體設(shè)置并啟動(dòng)測(cè)量的API調(diào)用為：

ROTARY_ENCODER_INFO Info; //定義結(jié)構(gòu)對(duì)象
DWORD dwReturnWritten; //實(shí)際寫入的字節(jié)數(shù)
//填寫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)
Info.ucSize = sizeof（ROTARY_ENCODER_INFO）;
// … …
WriteFile（hROT, &Info, sizeof（ROTARY_ENCODER_INFO）, &dwReturnWritten, 0）;

上面調(diào)用中的hROT是CreateFile返回的文件句柄。若dwPeriod設(shè)置為自動(dòng)（= 0），則可通過以下API讀取驅(qū)動(dòng)實(shí)際使用的采樣周期：

ReadFile（hROT, &Info, sizeof（ROTARY_ENCODER_INFO）, &dwReturnRead, 0）;

若應(yīng)用程序設(shè)置自動(dòng)采樣周期，驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒏鶕?jù)光電編碼器的基本參數(shù)（轉(zhuǎn)速和分辨率），選取滿足一定精度的最小采樣周期。

當(dāng)通過WriteFile設(shè)置并啟動(dòng)了轉(zhuǎn)速測(cè)量后，還可通過ReadFile隨時(shí)讀取當(dāng)前轉(zhuǎn)速或截止當(dāng)前時(shí)刻的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)序列（即轉(zhuǎn)速曲線），具體調(diào)用方式為：

int short DBuf[1024]; // 16-bit 帶符號(hào)整型量數(shù)據(jù)buffer
DWORD dwBufLen; // buffer長(zhǎng)度，必須兩字節(jié)對(duì)齊
DWORD dwReturnRead; // 返回的字節(jié)數(shù)
DWORD dwNbSamples;
dwBufLen = 20 * sizeof（int short）; // 采集20個(gè)樣點(diǎn)
dwReturnRead = 0; // 必須置0
ReadFile（hROT, DBuf, dwBufLen, &dwReturnRead, 0）;
dwNbSamples = dwReturnRead / sizeof（int short）;

注意實(shí)際采集的點(diǎn)數(shù)有可能小于希望采集的點(diǎn)數(shù)。在驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)部緩沖的最大數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為32K，即32768個(gè)樣點(diǎn)。上面調(diào)用中特別要注意的是dwBufLen必須為兩字節(jié)對(duì)齊，這是因?yàn)?6-bit 帶符號(hào)整型量占用2個(gè)字節(jié)。