基于EP1C3的智能光栅数显系统设计与实现

　　1引言

　　光栅数显系统广泛用于工业测量投影仪、机床电箱等，以提高工业测量的自动化程度和测量精度，减轻测量人员的劳动强度，提高工作效率。数显系统简化的原理框图如图1所示。

　　计数器电路接收来自光栅尺或旋转编码器的正交方波信号和参考零位信号，实现判向与计数、自动清零、自动锁存数据并产生中断信号功能。CPU通过与计数器电路的接口读入各通道计数值，根据按键功能进行计算、显示、通讯、打印等。其中，键盘处理可由CPU(通过接口芯片)直接实现(如图1中键盘A)，也可由计数器电路实现(如图1中键盘B)。有关CPU实现显示、通讯、打印和键盘处理的文献已有很多，本文重点介绍计数器电路的实现方法。

　　2输入信号

　　输人计数器电路的光栅尺信号如图2所示。计数器电路有3组输人，每组输人分别包括A,B.RI 3路信号，其中A,B是相位差为900的方波序列，方波频率≤1MHz,RI为宽度≥1 μs的正(或负)脉冲。此外，计数器电路还有一路输人信号E,为宽度≥1 μs的正(或负)脉冲。所有输人信号均为TTL电平。

　　3计数器电路的功能

　　计数器电路需实现判向与计数、自动清零、自动锁存数据并中断等功能。

　　(1)判向与计数:计数器电路内部双向计数器(包括符号位时至少25位)对正交的方波序列A和B的沿(上升沿与下降沿)进行计数，每个沿计一个数。当A相超前B相时，作增计数;当B相超前A相时，作减计数。在每次计数之前需判别是A相超前B相，还是B相超前A相，即判向。一种基本的判向原理如下:当输人信号方向为~Pl-P2--"P3-P4-"Pl时，为正向，增计数;当输人信号方向为~P4-"P3-"P2-"P1-"P4时，为反向，减计数。分析P1 ^-P4各点AB的状态10,11,01,00不难看出，只发将B相的前一状态与A相的当前状态相异或，为‘1’时即为正向，为‘0’时即为反向。以上只是判向的基本原理，在实际设计时还需考虑上电时的初始状态，当然也可采用其他文献介绍的判向方法。

　　(2)自动清零:当有RI脉冲信号时，计数器电路内部计数器自动清零，可选择上升沿或下降沿有效。

        (3)自动锁存数据并中断:在有E脉冲信号时，模块将计数器内的数据锁存到输出移位寄存器，同时输出中断信号通知控制CPU，可选择上升沿或下降沿有效。

　　4计数器电路接口

　　综上所述，可得计数器电路的基本功能框图，如图3所示。计数器电路与控制CPU的接口可采用串行方式，也可采用8位并行总线方式。图中A,B,RI和E为输人信号线;DO-,- D7为输出数据总线(当采用串行方式时只有一颗输出数据线);CLK为输出时钟线，在CLK的上升沿模块将下一个输出数据放在数据总线上，时钟频率应≥1MHz; HOLD为锁存线，模块在HOLD的上升沿(或下降沿)将计数器中的数据锁存到输出寄存器;ENE用来屏蔽自动锁存信号E, ENRIX.ENRIY. ENRIZ分别用来屏蔽RIX, RIY和RIZ，它们均可采用低电平屏蔽，也可采用高电平屏蔽;CLX,CLY.CLZ提供给控制CPU，分别用来对3个双向计数器清零，低电平有效;HRX, HRY, HRZ, HE分别用来控制RIX,RIY,RIZ.E信号是上升沿有效还是下降沿有效。