旋转编码器是一种高精度的角方位丈量传感器，具有分辨率高、呼应速度快等特色，被广泛应用在以方位或视点为方针的控制系统中。将编码器安装在电机轴的非负载端跟从滚动，其反应信号传递给控制器，构成对电机的闭环控制[1]。
增量式旋转编码器宣布两路正交脉冲，即两路(A、B)相位差90°的方波，其相位联系标志电机的转向，当A相超前B相90°时，标志电机正转，如图1所示；当B相超前A相90°时，标志电机回转，如图2所示。编码器旋转一圈，输出脉冲数固定，通过累加A、B两相信号的脉冲数能够核算电机转过的视点。
本文用VHDL言语规划了一种增量式旋转编码器的接口电路，能够装备在CPLD或许FPGA上，完成对编码器输出信号的四倍频、双向可逆计数和与单片机接口的功用。下面介绍各个电路的规划原理和完成源码。
1 四倍频电路规划原理
关于每个确认的编码器，其脉冲周期T对应的角位移固定为q，其量化差错为q/2。若将A和B信号四倍频，则计数脉冲的周期将减小到T/4，量化差错减小为q/8，从而使角位移丈量精度进步4倍[2]。
如图1和图2所示，在恣意一个周期T内，A、B两路信号各改动了两次，别离发生一次上升沿和一次下降沿，若用Y对A、B两路信号的跳变沿计数，则在一个脉冲周期内，信号Y就会呈现4次改动，完成编码器信号的四倍频。
2 转向辨别电路规划原理
在信号跳变沿时检测另一相信号的电平值能够判别转向[3]。例如，在A相信号上升沿时检测B相信号电平，若B为低电平(如图1)，表明电机正转；若B为高电平(如图2)，表明电机回转。结合上面所述四倍频原理，计数规矩总结如下。
(1)检测到以下状况表明电机正转，加计数：
①A相上升沿，B=0；②A相下降沿，B=1；③B相上升沿，A=1；④B相下降沿，A=0。
(2)检测到以下状况表明电机回转，减计数：
①B相上升沿，A=0；②B相下降沿，A=1；③A相上升沿，B=1；④A相下降沿，B=0。
3 与单片机接口规划原理
编码器的脉冲计数值一般要传送给单片机或其他控制器进行处理，而CPLD的大局时钟的频率高于单片机的时钟频率，为确保CPLD和单片机之间计数值传输的正确性，单片机首要发送信号给CPLD，将计数值锁存后再进行传输。CPLD与单片机接口示意图如图3所示。本规划中CPLD检测到单片机锁存信号的上升沿后将当时计数值锁存[4]，然后在单片机位选信号的上升沿和下降沿分时将16 bit计数值的高8位和低8位传送给单片机8 bit I/O端口。
4 完成电路的源代码
本规划使用D触发器的延时效果检测信号跳变沿，D输入端接脉冲信号，则Q输出端是上一个CLK周期的脉冲信号状况。在CLK的上升沿检测Q端输出和D端信号电平值是否共同，不共同表明呈现跳变沿。
设A和B是A、B相的源信号，通过D触发器后A、B相信号记为A1、B1，则计数规矩表明为：
5 仿真成果
使用ALTERA的开发工具MAX+PlusⅡ，输入VHDL文本文件，方针设备为EPM7128SLC84[5]，CLK周期为200 ns，A、B的周期为2 000 ns，编译后仿真波形如图4~图7所示。
图4是编码器正转时的仿真波形，在A相信号的1个周期，两条符号线内，计数值OUTPUT由初始值4增加到8，完成四倍频加计数。
图5是编码器回转时的仿真波形，在A相信号的1个周期内，计数值OUTPUT由初始值15削减到11，完成四倍频减计数。
图6是编码器由正转切换为回转时的仿真波形。如图中符号线所示，B相超前A相后的第一个CLK的上升沿，计数方向当即改动，由加计数变为减计数。
如图7中符号线所示，在锁存信号lock上升沿时16 bit计数值锁存于OUT_lock；位选信号choose上升沿后的第一个CLK上升沿，8 bit计数值OUTPUT8输出OUT_lock的高8位；choose下降沿时OUTPUT8输出OUT_lock的低8位。
由上述仿真波形能够看出，本电路的规划完成了编码器的转向辨别、四倍频、双向计数以及与单片机通讯的功用。
本文规划的编码器接口电路，结构简略、可靠性高，即便在正回转频频切换的场合也能高精度地作业。本接口电路已应用在单级旋转倒竖摆控制系统中，且运转杰出。
