[发明专利]一种基于GPIO的角度光电编码器计数电路

说明书

技术领域

本发明公开了一种光电编码器计数电路，应用在旋光检测器中的光电编码器的角度计数，该电路是旋光偏振检测技术中偏振角度测量的关键电路，属于光电检测技术领域。

背景技术

在角度测量技术中，通常是通过光电编码盘来进行角度测量的，为了提高角度检测的精度，都采用角度分辨率更高的一体化增量式光电编码器。这种方案将与角度测量相关部件集成为一体，可以保证较高的测量精度。该器件的输出为脉冲形式，每次旋转了一个最小角度，编码器输出出现一次跳变，而且正、反方向旋转的输出分别对应两个不同的脉冲输出(分别对应信号A和B)。每旋转一周，触发一次零位信号，称为Z信号。通过对A、B信号的累积，可以计算出当前的角度；通过检测Z信号，可以检测零点。实现脉冲信号计数功能的电路称为计数器，通常是通过单片机来实现，再通过串口(RS232)将数据上传到计算机中作进一步处理。目前，这种类型的计数器已经称为一个标准的模块，可以在市面上买到。

但存在以下情况，不能采用标准化的模块：1.当主控计算机没有串行接口；2.对检测的速度要求较高，串口的传输速度跟不上角度的变化的情况下；3.对于无计数接口的单片机。本发明所涉及电路主要是解决这些问题的：采用I/O接口进行数据的传输，省略RS232串行接口；对于普通的PC机，可以采用通用I/O板卡直接读取测量旋光角度值；对于带I/O口的微型或单片计算机(比如RaspberryPI、Arduino等)可以通过自带的GPIO接口直接读取对应角度信号。本发明所公布的电路主要用于解决以上问题。

本发明所公布的基于GPIO的角度光电编码器计数电路主要应用在线旋光检测仪的角度测量上。本电路记录光电角度编码器的输出脉冲，并将脉冲的数量和相位进行加减计数，计数值通过GPIO接口读入上位机中。在上位机中再转换为角度值输出。

发明内容

本发明公开了一种用于旋光检测器中的偏振角度检测的角度编码脉冲计数电路，其目的是对角度脉冲进行计数并通过I/O接口直接读取对应角度值，不用传统RS232串行接口和单片机技术而实现角度精确测量。

本发明电路的原理图为图1，电路零件清单为图2，本发明通过如下技术方案来实现。一种基于GPIO的角度光电编码器计数电路，本发明特征在于：(1)用1片型号为74LS74AN的D触发器和2片型号为74LS00N的与非门组成鉴相器，分别实现加法、减法和零位信号的鉴别；(2)由3片74LS193计数芯片串联组成计数电路，计数总和为2^12＝4096级；(3)由2片74LS193N总线复用芯片实现输出信读取；(4)电路供电为+5V稳定电压，提供LED电源指示。本基于GPIO的角度光电编码器计数电路的PCB印制板设计如图3所示。

本发明所输出的角度数据中高8位数据中的前4位信号为0，仅后4位信号有效，与低8位信号组合，一共实现2^12＝4096级的计数，同时要求后续读取电路采用分时读数方案，并通过高、低位组合计算对应角度。

本发明其角度计数采用1片型号为74LS74AN的D触发器和2片型号为74LS00N的与非门组成鉴相器，对加、减法计数和置零操作进行处理；该输入方式能与标准的增量式角度编码器进行连接，每旋转一周(360度)，零位信号会触发一次，根据编码器的精度不同计数值不同；加法计数信号对应原理图中的IN-A信号线；减法计数对应于原理图中的IN-B信号线；零位信号对应于原理图中的IN-Z信号线。

本发明12位/8位转换由2片74LS193N选择器芯片实现高、低位数据分时读取和总线复用；与标准GPIO连接时，用一个片选信号分两次读取的角度信号，然后移位相加得出角度值；片选信号为原理图中所标的IN-A/B控制线；通过片选芯片74LS157N与GPIO板卡或者控制主机的数据总线相连，对应于原理图中的OUT-D0至OUT-D7信号线。