1 引言 　　在位置控制系統(tǒng)中，為了提高控制精度，準確測量控制對象的位置是十分重要的。目前，檢測位置的辦法有兩種：其一是使用位置傳感器，測量到的位移量由變送器經(jīng)A/D轉換成數(shù)字量送至系統(tǒng)進行進一步處理。此方法雖然檢測精度高，但在多路、長距離位置監(jiān)控系統(tǒng)中，由于其成本昂貴，安裝困難，因此并不適用；其二是使用光電編碼器[1]。光電編碼器是高精度控制系統(tǒng)常用的位移檢測傳感器。當控制對象發(fā)生位置變化時，光電編碼器便會發(fā)出A、B兩路相位差90度的數(shù)字脈沖信號。正轉時A超前B90度，反轉時B超前A90度。脈沖的個數(shù)與位移量成比例關系，因此通過對脈沖計數(shù)就能計算出相應的位移。該方法不僅使用方便、測量準確，而且成本較低，因此在電力拖動系統(tǒng)中，經(jīng)常采用第二種位置測量方法。 　　使用光電編碼器測量位移，準確無誤的記數(shù)起著決定性作用。由于在位置控制系統(tǒng)中，電機既可以正轉，又可以反轉，所以要求計數(shù)器既要能夠實現(xiàn)加計數(shù)，又要能夠實現(xiàn)減計數(shù)。相應的計數(shù)方法可以用軟件來實現(xiàn)，也可以用硬件來實現(xiàn)。 　　使用軟件方式對光電編碼器的脈沖進行方向判別和計數(shù)降低了系統(tǒng)控制的實時性，尤其當使用光電編碼器的數(shù)量較多時，并且其可靠性也不及硬件電路。但是用軟件計數(shù)外圍電路比較簡單,所以在計數(shù)頻率不高的情況下，使用軟件計數(shù)還是有一定優(yōu)勢的。對編碼器中輸出的兩路脈沖進行計數(shù)主要分兩個步驟，首先要對編碼器輸出的兩路脈沖進行鑒相，即：判別電機是正轉還是反轉；其次是進行加減計數(shù)，正轉時加計數(shù)，反轉時減計數(shù)。 2 鑒相原理 　　脈沖鑒相的方法比較多，既可以用軟件實現(xiàn)，也可以用一個D觸發(fā)器實現(xiàn)。下圖是編碼器正反轉時輸出脈沖的相位關系。 　　由圖中編碼器輸出波形可以看出，編碼器正轉時A相超前B相90度.在A相脈沖的下降沿處，B相為高電平；而在編碼器反轉時，A相滯后B相90度，在A相脈沖的下降沿處，B相輸出為低電平。這樣，編碼器旋轉時通過判斷B相電平的高低就可以判斷編碼器的旋轉方向[2]。 3 用軟件實現(xiàn)脈沖的鑒相、計數(shù) 　　編碼器輸出的A向脈沖接到單片機的外部中斷INT0，B向脈沖接到I/O端口P1.0。當系統(tǒng)工作時，首先要把INT0設置成下降沿觸發(fā)，并開相應中斷。當有有效脈沖觸發(fā)中斷時，進行中斷處理程序，判別B脈沖是高電平還是低電平，若是高電平則編碼器正轉，加1計數(shù)；若是低電平則編碼器反轉，減1計數(shù)。 4 用硬件實現(xiàn)脈沖的鑒相、計數(shù) 　　硬件計數(shù)在執(zhí)行速度上有軟件計數(shù)不可比擬的優(yōu)勢，通常采用多個可預置4位雙時鐘加減計數(shù)器74LS193 級聯(lián)組成的加減計數(shù)電路。P0-P3為計數(shù)器的4位預置數(shù)據(jù)端，與數(shù)據(jù)輸入鎖存器相接；QA-QD 為計數(shù)器的4位數(shù)據(jù)輸出端，與數(shù)據(jù)輸出緩沖器相接；MR為清零端與上電清零脈沖相接；PL為預置允許端，由譯碼控制電路觸發(fā)；CU 為加脈沖輸入端，CD為減脈沖輸入端；TCU為進位輸出端，TCD 為借位輸出端。如下圖所示： 　　當CU和CD中一個輸入脈沖時，另一個必須處于高電平，才能進行計數(shù)工作。而從編碼器直接輸出的A、B兩路脈沖不符合要求，不能直接接到計數(shù)器的輸入端。但我們可以利用這兩路脈沖之間的相位關系對其進行鑒相后再計數(shù)。下圖給出了光電編碼器實際使用的鑒相與雙向計數(shù)電路，鑒相電路用1個D觸發(fā)器和2個與非門組成，計數(shù)電路用3片74LS193組成。 　　當光電編碼器順時針旋轉時， A相超前B相90°，D觸發(fā)器輸出/Q(W1)為高電平，Q(W2)為低電平，上面與非門打開，計數(shù)脈沖通過(W3)，送至雙向計數(shù)器74LS193的加脈沖輸入端CU，進行加法計數(shù)；此時，下面與非門關閉，其輸出為高電平(W4)。當光電編碼器逆時針旋轉時， A相比B相延遲90°，D觸發(fā)器輸出/Q(W1)為低電平，Q(W2)為高電平，上面與非門關閉，其輸出為高電平(W3)；此時，下面與非門打開，計數(shù)脈沖通過(波W4)，送至雙向計數(shù)器74LS193的減脈沖輸入端CD，進行減法計數(shù)[3]。 5 利用單片機內部計數(shù)器實現(xiàn)可逆計數(shù) 　　對以上兩種計數(shù)方法進行分析可知，用純軟件計數(shù)雖然電路簡單，但是計數(shù)速度慢，難以滿足實時性要求，而且容易出錯，用外接加減計數(shù)芯片的方法，雖然速度快，但硬件電路復雜，由上圖可以看出要做一個12位計數(shù)器需要5個外圍芯片，成本也較高。那么我們能否用單片機內部的計數(shù)器來實現(xiàn)加減計數(shù)呢。我們知道，8051片內有兩個16位的定時器：定時器0和定時器1,8052還有一個定時器2,這三個定時器都可以作為計數(shù)器來用。但8051內部的計數(shù)器是加1計數(shù)器，所以不能直接應用，必須經(jīng)過適當?shù)能浖幊蹋瑏韺崿F(xiàn)其“減”計數(shù)功能。硬件電路如下： 　　我們可以把經(jīng)過D觸發(fā)器之后的脈沖,即方向控制脈沖（DIR）接到單片機的外部中斷INT0端，同時經(jīng)過反向器后再接到另一個外部中斷INT1，并且把計數(shù)脈沖A接到單片機的片內計數(shù)器T0端即可，相對外部計數(shù)芯片來說，使用這種方法電路相對要簡單的多。系統(tǒng)工作時，先要把兩個中斷設置成下降沿觸發(fā)，并打開相應的中斷。當方向判別脈沖（DIR）由低—高跳變時，INT1中斷，執(zhí)行相應的中斷程序，進行加計數(shù)；而當方向判別脈沖由高—低跳變時，INT0中斷，執(zhí)行相應的中斷程序，進行“減”計數(shù)（實際是重新復值，進行加計數(shù)）。下面是軟件編程思路： 我們在C語言環(huán)境下來實現(xiàn)計數(shù)功能： #include int data k=1; void service_int0() interrupt 0 using 0 { k-- ;/*標志位減1*/ TR0=0 ;/*停止計數(shù)*/ TH0= -TH0 ; TL0= -TL0 ;/*把計數(shù)器重新復值，此時相當于減計數(shù)*/ TR0=1 ;/*開始計數(shù)*/ } void service_int1() interrupt 2 using 1 { k++ ;/*標志位加1*/ TR0=0 ;/*停止計數(shù)*/ TH0= -TH0 ; TL0= -TL0 ;/*把計數(shù)器重新復值，此時相當于加計數(shù)*/ TR0=1 ;/*開始計數(shù)*/ } void timer0(void) interrup 1 using2 { if(k=0) /*反向計數(shù)滿*/ else if(k=1) /*計數(shù)為0*/ else /*正向計數(shù)滿*/ } void main(void) {TCON=0X05 ;/*設置下降沿中斷*/ TMOD=0X05 ;/*T0為16位計數(shù)方式*/ IE=0X87 ;/*開中斷*/ TH0=0 ; TL0=0 ;/*預置初值*/ } 　　此方法采用中斷的形式進行計數(shù)，硬件電路比較簡單，程序也不復雜，執(zhí)行速度較快。 6 結論 　　本文分別介紹了利用軟件、外接計數(shù)芯片及單片機內部計數(shù)器實現(xiàn)對編碼器輸出脈沖進行計數(shù)的方法。利用軟件計數(shù)，硬件電路簡單，但占用了較多的CPU資源，執(zhí)行速度較慢。利用外接計數(shù)芯片的方法計數(shù)，計數(shù)速度較快，但是要用較多的外圍芯片，硬件電路復雜。利用單片機內部計數(shù)器實現(xiàn)加減計數(shù)，在編碼器旋轉方向不頻繁改變的情況下，計數(shù)速度很快，而且外圍電路簡單，編程也不復雜，只是占用了兩個外部中斷和一個內部計數(shù)器。具體使用哪種計數(shù)方法，在使用時還要根據(jù)具體情況進行選擇。