电动机是各类数控机床的重要履行部件。要完成对电动机的精确方位操控，转子的方位有必要能够被精确的检测出来。光电编码器是现在最常用的检测器材。光电编码器分为增量式、肯定式和混合式。其间，增量式以其结构简略，机械寿命长，易完成高分辨率等长处，已被广泛选用。增量式光电编码器输出有A，B，Z三相信号，其间A相和B相相位相差90°，Z相是编码器的“零位”，每转只输出一个脉冲。在运用中，常常需求对A相、B相正交脉冲依照必定的份额，即分周比进行分频。分频的难点是，不管设定分周比是整数仍是分数，分频后输出的A‘相，B’相脉冲依然要坚持正交或近似正交。为此提出一种依据FPGA的整数分周比完成办法。该办法逻辑结构简略，装备灵敏，易于扩展，具有很高的实用价值。
1 电子齿轮比与分周比
电子齿轮比与分周比是数控机床和数控加工中心中一个很重要的概念。国外大部分伺服驱动设备有电子齿轮比和分周比功用，其间电子齿轮比KEG为伺服电机实践履行的脉冲量与指令脉冲量之比，分周比KDF是伺服驱动器接纳到来自伺服电动机轴上脉冲编码器的脉冲量与实践反应到上位伺服操控体系（CNC）上脉冲量的比。合作运用电子齿轮比和分周比功用，用户能够方便地完成整数脉冲当量，然后防止中心核算呈现量化差错，在不修正G代码的状况下，将代码直接移植到装备不同电机编码器线数或许不同螺距丝杠的机床或许加工中心。
电子齿轮比和分周比能够依照下式核算求得。
式中：PG为电机光电编码器线数，单位为P/rev（脉冲/转）;P为丝杠螺距，单位为mm/rev（毫米/周）;△l为脉冲当量，单位为mm/P（毫米/脉冲）;m/n为减速比。
电子齿轮比能够使用脉冲频率的改换完成，而关于分周比，因为驱动器反应到CNC的脉冲量一般选用正交脉冲序列，故分周比的完成相关于齿轮比要困难。国外的各种驱动器一般都带有分周比功用，对使用FPGA完成分周比进行研讨和讨论，电子齿轮比、分周比功用示意图如图1所示。
2 分周比的原理框图
分周比功用的完成结构如图2所示。
分周比的完成需求3个功用模块：四倍频模块QD-PF、分频模块DF、正交序列生成模块OSG。QDPF模块的输入为正交脉冲序列，输出为方向信号和四倍频后的脉冲。DF模块可完成输入脉冲的三分频。DF内部是一个增减计数器，依据输入的方向信号进行增、减计数，正向计至设定的正阈值后输出一个脉冲和正方向信号，负向计至设定的负阈值后输出一个脉冲和负方向信号。当计数值在正负阈值之间时，即便电机方向发生改变，乃至颤动，输出方向信号都坚持不变。
OSG模块用输入脉冲沿触发内部状况机进行状况转化，依据输入的方向信号判定要跳转的状况，然后发生正交信号和方向信号。
3 仿真研讨
依据图2，使用ACTEL公司的Libro 8.1开发渠道，选用VHDL硬件言语，创建了相应的功用模块，原理图如图3所示。
图3中，PA205，PB206别离是原始差分信号的A相、B相的输入引脚。信号经QDPF四倍频后将方向信号和脉冲信号输出给DF分频模块。经DF分频后将脉冲、方向信号输出给正交脉冲生成模块OSG，发生带相位的正交信号，最终从PA119，PB120反应到CNC。
下面临首要模块做别离介绍。
四倍频模块QDPF：正交信号的四倍频办法有许多种，在许多材料中都触及，在此不做具体介绍。
分频模块DF依照初始化装备的分周比或许预先设定的分周比，对输入CLK_IN引脚的脉冲序列分频。内部的增、减计数器依据输入DIR_IN引脚的方向信号对输入脉冲进行增（DIR_IN=1）或减（DIR_IN=0）计数，增计数至正阈值时输出一个脉冲和正方向信号（DIR_OUT=1），减计数至负阈值是输出一个脉冲和负方向信号（DIR_OUT=0）。若计数值在正、负阈值之间时，不管电机反向，仍是在阈值见颤动，即方向重复改变，输出方向信号都坚持不变。这是能正确完成分频的要害，假如这一步处理欠好，电机定位后可能会呈现不断向CNC发脉冲的状况。以三分频为例，即计数器增计数至3后输出一个正脉冲（正方向信号+脉冲），计数器减计数至-3后输出一个负脉冲（负方向信号+脉冲）。计数值在（-3，3）时，计数器只对脉冲计数而不输出。对QDPF 的仿真成果如图4所示。
OSG被脉冲信号的上升沿触发后，依据当时状况和方向信号，跳到下一个状况。当方向信号为正时，依照外环的逆时针方向切换状况，发生A‘相超前B’相 90°的正交脉冲序列;当方向信号为负时，依照内环的顺时针方向切换状况，发生B‘相超前A’相90°的正交脉冲序列，仿真如6所示。
图6中，dir为方向信号，其跳变沿即方向改变处。由图6可见，电机正转时次序为10→11→01→00（反向）→01→11→10→…。完成了相位随输入信号的切换。
最终，对分周比功用全体结构进行仿真，输入为正交的脉冲序列。输入仿照实践电机光电编码器脉冲输出对脉冲相位重复切换以验证电机定位后的输出。仿真如图7所示。 从图7中可见，当输入信号pula，pulb相位不断切换时，输出pula1，pulb1依照3分频，满意3或-3后输出新的正交序列。实践试验波形如图8所示。
图8中，波形1、波形2别离是光电编码器输出的A相、B相正交脉冲。波形3、波形4别离是对A相、B相正交脉冲3分频后的A‘相、B’相正交脉冲。调查图 7，图8，成果共同。用此计划完成的分周比现已成功运用于高精度伺服驱动器中，在实践运用中重复验证，未发现差错。
4 结 语
本文提出的分周比完成办法能够精确地将光电编码器输出的正交信号依照设定的分周比进行分频。经过设定分频比能够完成1～256倍的分频，乃至更高。在实践体系中，还能够使用MCU经过总线在线装备分周比。假如要完成分数份额的分周比，也只需在本计划根底上稍加改善即可。
