正交编码器

©2005MicrochipTechnologyInc.DS70063C_CN第16-1页正交编码器接口（QEI）16第16章正交编码器接口（QEI）目录本章包括下列主题：16.1模块简介......................................................................................................................16-216.2控制和状态寄存器.......................................................................................................16-416.3可编程数字噪声滤波器................................................................................................16-916.4正交解码器................................................................................................................16-1016.516位向上/向下位置计数器......................................................................................16-1216.6QEI用作备用16位定时器/计数器...........................................................................16-1616.7正交编码器接口中断..................................................................................................16-1716.8I/O引脚控制..............................................................................................................16-1816.9低功耗模式下的QEI工作..........................................................................................16-1916.10复位的影响................................................................................................................16-1916.11设计技巧....................................................................................................................16-2116.12相关应用笔记............................................................................................................16-2216.13版本历史....................................................................................................................16-23dsPIC30F系列参考手册DS70063C_CN第16-2页©2005MicrochipTechnologyInc.16.1模块简介16.1.1功能综述正交编码器（又名增量式编码器或光电式编码器），用于检测旋转运动系统的位置和速度。正交编码器可以对多种电机控制应用实现闭环控制，诸如开关磁阻（SR）电机和交流感应电机（ACIM）。典型的增量式编码器包括一个放置在电机传动轴上的开槽的轮子和一个用于检测该轮上槽口的发射器/检测器模块。通常，有三个输出，分别为：A相、B相和索引（INDEX），所提供的信息可被解码，用以提供有关电机轴的运动信息，包括距离和方向。A相（QEA）和B相（QEB）这两个通道间的关系是惟一的。如果A相超前B相，那么电机的旋转方向被认为是正向的。如果A相落后B相，那么电机的旋转方向则被认为是反向的。第三个通道称为索引脉冲，每转一圈产生一个脉冲，作为基准用来确定绝对位置。这三个信号的相关时序图，参见图16-1。编码器产生的正交信号可以有四种各不相同的状态。这些状态在图16-1中用一个计数周期表示。请注意，当旋转的方向改变时，这些状态的顺序与此相反。正交解码器捕捉相位信号和索引脉冲，并将信息转换为位置脉冲的数字计数值。通常，当传动轴向某一个方向旋转时，该计数值将递增计数；而当传动轴向另一个方向旋转时，则递减计数。图16-1：正交编码器接口信号QEAQEBINDXQEAQEBINDX1个周期0100101111100001正向旋转反向旋转©2005MicrochipTechnologyInc.DS70063C_CN第16-3页第16章正交编码器接口（QEI）正交编码器接口（QEI）16正交编码器接口（QEI）模块提供了与增量式编码器的接口。QEI由对A相和B相信号进行解码的正交解码器逻辑以及用于累计计数值的向上/向下计数器组成。输入端上的数字毛刺滤波器对输入信号进行滤波。图16-2为QEI模块的简化框图。QEI模块包括：•三个输入引脚，即两个相位信号和一个索引脉冲•输入端上的可编程数字噪声滤波器•提供计数器脉冲和计数方向的正交解码器•16位向上/向下位置计数器•计数方向状态•X2和X4计数分辨率•两种位置计数器复位模式•通用16位定时器/计数器模式•由QEI或计数器事件产生的中断图16-2：正交编码器接口模块的简化框图正交解码器逻辑电路UPDN16位向下/向下计数器QEB数字滤波器QEA时钟方向时钟分频器TCYINDX数字滤波器数字滤波器比较器/最大计数寄存器（MAXCNT）复位相等零检测（POSCNT）dsPIC30F系列参考手册DS70063C_CN第16-4页©2005MicrochipTechnologyInc.16.2控制和状态寄存器QEI模块有四个用户可访问的寄存器。这些寄存器可以字节或字模式进行访问。图16-3中示出了这些寄存器，如下所述：•控制/状态寄存器（QEICON）：该寄存器允许对QEI操作和表示模块状态的状态标志进行控制。•数字滤波器控制寄存器（DFLTCON）：该寄存器允许对数字输入滤波器进行控制。•位置计数寄存器（POSCNT）：该单元允许读/写16位位置计数器。•最大计数寄存器（MAXCNT）：MAXCNT寄存器用于保持某个值，在某些操作中，该值将与POSCNT寄存器的值进行比较。图16-3：QEI编程模型寄存器16-1和寄存器16-4定义了QEI模块控制和数字滤波器控制寄存器（QEICON和DFLTCON）。注：POSCNT寄存器允许以字节模式进行访问。然而，以字节模式读取时，该寄存器的值可能会在随后的读操作过程中部分更新。请使用字模式进行读/写操作或确保计数器在字节操作期间不计数。Bit15Bit0POSCNT（16位）Bit15Bit0MAXCNT（16位）Bit7Bit0DFLTCON（8位）Bit15Bit0QEICON（16位）©2005MicrochipTechnologyInc.DS70063C_CN第16-5页第16章正交编码器接口（QEI）正交编码器接口（QEI）16寄存器16-1：QEICON：QEI控制寄存器高字节：R/W-0U-0R/W-0R-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0CNTERR－QEISIDLINDEXUPDNQEIM2:0bit15bit8低字节：R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0SWPABPCDOUTTQGATETQCKPS1:0POSRESTQCSUDSRCbit7bit0bit15CNTERR：计数错误状态标志位1=发生了位置计数错误0=未发生位置计数错误（仅当QEIM2:0=110或100时，CNTERR标志位适用。）bit14未用位：读作0bit13QEISIDL：空闲模式停止位1=当器件进入空闲模式时，模块不再继续工作0=在空闲模式下，模块继续工作bit12INDEX：索引引脚状态位（只读）1=索引引脚为高电平0=索引引脚为低电平bit11UPDN：位置计数器方向状态位1=位置计数器方向为正（+）0=位置计数器方向为负（-）（当QEIM2:0=1xx时为只读位）（当QEIM2:0=001时为可读/写位）bit10-8QEIM2:0：正交编码器接口模式选择位111=正交编码器接口使能（x4模式），通过与（MAXCNT）匹配将位置计数器复位110=正交编码器接口使能（x4模式），通过索引脉冲将位置计数器复位101=正交编码器接口使能（x2模式），通过与（MAXCNT）匹配将位置计数器复位100=正交编码器接口使能（x2模式），通过索引脉冲将位置计数器复位011=未使用（模块禁止）010=未使用（模块禁止）001=启动16位定时器000=正交编码器接口/定时器关闭bit7SWPAB：A相和B相输入交换选择位1=A相和B相输入已交换0=A相和B相输入未交换bit6PCDOUT：位置计数器方向状态输出使能位1=位置计数器方向状态输出使能（I/O引脚的状态由QEI逻辑控制）0=位置计数器方向状态输出禁止（正常的I/O引脚操作）bit5TQGATE：定时器门控时间累加使能位1=定时器门控时间累加使能0=定时器门控时间累加禁止bit4-3TQCKPS1:0：定时器输入时钟预分频比选择位11=预分频比是1:25610=预分频比是1:6401=预分频比是1:800=预分频比是1:1（预分频器仅用于16位定时器模式）dsPIC30F系列参考手册DS70063C_CN第16-6页©2005MicrochipTechnologyInc.寄存器16-2：QEICON：QEI控制寄存器（续）bit2POSRES：位置计数器复位使能位1=索引脉冲可使位置计数器复位0=索引脉冲不能使位置计数器复位（仅当QEIM2:0=100或110时，该位适用。）bit1TQCS：定时器时钟源选择位1=来自QEA引脚（上升沿）的外部时钟0=内部时钟（TCY）bit0UDSRC：位置计数器方向选择控制位1=QEB引脚状态定义位置计数器方向0=控制/状态位UPDN（QEICON11）定义定时器计数器（POSCNT）方向注：当配置为QEI模式时，此控制位是“无关位”。图注：R=可读位W=可写位U=未用位，读作0-n=上电复位时的值1=置位0=清零x=未知©2005MicrochipTechnologyInc.DS70063C_CN第16-7页第16章正交编码器接口（QEI）正交编码器接口（QEI）16寄存器16-3：DFLTCON：数字滤波器控制寄存器（仅dsPIC30F6010）高字节：U-0U-0U-0U-0U-0U-0U-0R/W-0－－－－－－－CEIDbit15bit8低字节：R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0R/W-0QEOUTQECK2:0INDOUTINDCK2:0bit7bit0bit15-9未用：读作0bit8CEID：计数错误中断禁止位1=禁止位置计数错误中断0=使能位置计数错误中断bit