基于DSP的光电编码器旋转变压器精度检测

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1、 精度检测卡文件状态草稿文件正式文件 更改正式文件文件标识：当前版本：V1.0作者国鑫完成日期2013-4-1740 / 44修改记录版本日期修改人改动涉与部分或页码改动容目 录1、设计目标12、机械结构与安装22.1、旋转变压器的结构与安装22.1.1、旋转变压器的结构22.1.2、旋转变压器输出方式42.1.3、旋转变压器的安装与误差42.2、光电编码器的结构与安装52.2.1、光电编码器的结构52.2.2、光电编码器的安装62.3、精度检测实验安装方式63、信号接口83.1、旋转变压器信号线接口83.2、光电编码器信号线接口103.3、LCD显示接口114、硬件设计124.1、DSP资源

2、分配124.2、原理图124.2.1、光电编码器部分124.2.2、旋变解码芯片部分134.2.3、显示部分134.2.4、DSP芯片原理图144.3、PCB制版154.4、硬件实物图165、软件设计175.1、算法原理175.2、算法流程图185.3、时序图195.3.1、LCD模块时序图195.3.2、旋变解码芯片时序图195.3.3、光电编码器时序图205.3.4、精度检测流程图216、实验调试226.1、显示模块调试226.2、光电编码器调试266.3、旋变角度采样调试326.3.1、读写调试326.3.2、激励信号336.3.3、旋变角度346.4、精度检测调试376.4.1、不同转

3、速下的最大误差376.4.2、单次最大误差研究416.4.2、定转速下误差研究426.4.3、检测频率与显示频率447、讨论事项457.1、硬件方面：457.2、软件方面：457.3、设计方面：458、改进与优化461、设计目标旋转变压器精度检测系统主要应用于潜油项目，目的在于检测旋转变压器在电机上安装的精度并予以显示。根据需要，本次设计采用ADI公司的AD2S1210旋转变压器解码芯片（以下简称为：旋变解码芯片）和TI的DSP28069来实现旋变解码和精度检测的功能。其中旋变解码器将绝对式角度信号通过SPI通讯方式发送至DSP，光电编码器将增量式角度信号经过电平转换芯片后发送至DSP。精度检

4、测的方法是以光电编码器为基准，将光电编码器采样的数据和旋转变压器解码芯片得到的数据做差，认为得到的差值就是旋转变压器的精度。最后将精度通过LCD显示。2、机械结构与安装2.1、旋转变压器的结构与安装2.1.1、旋转变压器的结构根据转子电信号引进、引出的方式，分为有刷旋转变压器（如图2-1）和无刷旋转变压器（如图2-2）。有刷点击的转子绕组通过滑环和电刷直接引出，其特点是结构简单，体积小，但因电刷与滑环是机械滑动接触的，所以旋转变压器的可靠性差，寿命也较短。图 2-1有刷旋转变压器结构图图 2-2 无刷旋转变压器结构图目前无刷旋转变压器有两种结构形式。一种称作环形变压器式无刷旋转变压器，另一种称

5、作磁阻式旋转变压器。（1）环形变压器式无刷旋转变压器（如图2-3）环形变压器式无刷旋转变压器在结构上和有刷旋转变压器一样。它的一个绕组在定子上，一个在转子上，同心放置。转子上的环形变压器绕组和作信号变换的转子绕组相联，它的电信号的输入输出由环形变压器完成。图2-3无刷式旋转变压器（2）磁阻式旋转变压器（如图2-4）磁阻式旋转变压器的励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽，固定不动。但励磁绕组和输出绕组的形式不一样。两相绕组的输出信号，仍然应该是随转角作正弦变化、彼此相差90度电角度的电信号。图2-4磁阻式旋转变压器（3）多极旋转变压器（如图2-5）图2-5是共磁路结构，粗、精机定、转子绕组公用一套

6、铁心。粗机，是指单对磁极的旋转变压器，精度低；精机，是指多对磁极的旋转变压器，精度高。图2-5多极旋转变压器结构示意2.1.2、旋转变压器输出方式根据信号输出的方式，分为正余弦旋转变压器、线性旋转变压器、特种函数旋转变压器。1）正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器在定子槽中分别布置有两个空间互成90的绕组，一个是定子激磁绕组，一个为定子交轴绕组(补偿)，两套绕组的结构是完全一样的。 在转子槽中也分别布置有两个空间互成90的绕组，一个正弦输出绕组，一个余弦输出绕组，两套绕组的结构是完全一样的。正余弦旋转变压器的输出电压与转子转角成正余弦函数关系。2）线性旋转变压器输出电压与转角成正比的旋转变压器叫做

7、线性旋转变压器。3）特种函数旋转变压器特种函数旋转变压器就是输出电压与旋转角度成特殊函数关系，该种变压器通用性小。2.1.3、旋转变压器的安装与误差 旋转变压器的安装可以分为两种：（1）旋转变压器安装在机壳优点是：可以缩短电机和旋变的总长度；缺点是：因电机漏磁易引起温升；同时，也不易于产品维护。（2）旋转变压器安装在机壳外优点是：不易受电机温升和电磁干扰影响；同时，也比较便于维护；缺点是：延长了电机主体长度。旋转变压器的安装误差一般可分为三种：（1）径向跳动图 2-6 径向跳动误差应在0.03mm以。（2）垂直度图 2-7 垂直度误差应在0.03mm以。（3）轴向调整图 2-8 轴向调整轴向间

8、隙误差应在0.25mm以。2.2、光电编码器的结构与安装2.2.1、光电编码器的结构增量式光电编码器主要由光源、码盘（如图2-9）、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成（如图2-10）。图 2 -9 光电编码器码盘图2-10 光电编码器结构码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4 节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90电度角。当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射

9、到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差90电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。2.2.2、光电编码器的安装光电编码器安装在主轴，与钢辊同步，即钢辊转动一周，光电编码器转动一周。要求转动平稳无震动，高速旋转时不打滑。安装同旋转变压器。2.3、精度检测实验平台介绍多摩川的TS2640N321E64是一种新型无刷旋转变压器。作为旋变它们具有固定特征，无刷设计，对噪声、振动、撞击和高温不敏感。旋转变压器的结构属于环形变压器式，输出方式是正余弦。旋转变压器安装在电机的尾轴，在机壳外面。（图2-11，图2-12）图 2-11 多摩川的旋转变

10、压器图 2-12 多摩川的旋转变压器输入电压/频率光电编码器是美国DYNAPAR公司的，精度是13位，即8192 PPR（脉冲数每转）。通过一个轴套安装在输出轴。通过支架固定在电机上。如图2-13：图 2-13 实验中编码器安装实物图3、信号接口3.1、旋转变压器信号线接口旋转变压器的解码芯片用的是ADI公司的AD2S1210。主要功能和特点是：l 最大跟踪速率：3125rps l 精度：-2.5弧分-+2.5弧分l 分辨率：10/12/14/16可选l 可选的并行端口和串行端口l 绝对的位置输出和角度输出l 仿真增量AB相输出l 兼容DSP的SPI接口具体引脚以与跟DSP连接情况见表3-1表

11、 3-1旋变解码芯片引脚功能与与DSP连线引脚名称I/O功能描述备注1、48RES0、RES1I分辨率选择、逻辑输入。对AD2S1210分辨率进行编程硬件拉高2/CSI片选、低电平有效，保持低电平时，器件使能。DSP I/O3/RDI边沿触发的逻辑输入、/SOE引脚为高电平时，该引脚用作并行输出D15D0的帧同步信号和输出使能信号。/CS和/RD保持低电平时、输出缓冲期使能。/SOE引脚为低电平时，/RD引脚应保持高电平硬件拉高4/WR、/FSYNCI边沿触发的逻辑输入、/SOE引脚为高电平时，该引脚用作并行输入D7D0的帧同步信号和输入使能信号。/CS和/WR、/FSYNC保持低电平时、输入

12、缓冲期使能。/SOE引脚为低电平时，该引脚用作串行数据总线的帧同步信号和使能信号。DSP I/O5、19DGND数字地数字地6DVDD数字电源电压，接5V电源7CLKINI时钟输入，AD2S1210的额定输入频率围为6.144 MHz到10.24 MHz晶振8XTALOUTO晶振输出9/SOEI串行输出使能、逻辑输入。/SOE低电平时，为串行输出、/SOE高电平时，为并行输出硬件拉低10/SAMPLEI采样结果，逻辑输入。/SAMPLE信号有高电平至低电平的转换后，数据从位置和速度积分器传送到位置和速度寄存器。故障寄存器也会进行更新。DSP I/O11DB15、SDOO/SOE引脚为高电平时，

13、该引脚用做DB15。/SOE引脚为低电平时，该引脚用做SDO。在SCLK的各个上升沿输出数据。SDO12DB14、SDII/O/SOE引脚为高电平时，该引脚用做DB14。/SOE引脚为低电平时，该引脚用做SDI。在SCLK的各个下降沿输入数据。SDI13DB13、SCLKI/O并行模式下，该引脚用作DB13，串行模式下，该引脚用做SCLK，用做串行时钟输入。SCLK14 17DB12 DB9O数据输出引脚硬件拉高18VDRIVEI逻辑电源输入，此引脚的电源电压决定逻辑接口的工作电压，对此引脚去耦接至DGND。电压围为2.35.25V接3.3V20DB8O数据输出引脚硬件拉高21 28DB7 D

14、B0I/O由/CS、/RD、/WR、/FSYNC引脚控制数据输入输出硬件拉高29AO增量式编码器仿真输出ADSP I/O30BO增量式编码器仿真输出BDSP I/O31NMONorth Marker增量式仿真输出32DIRO逻辑输出，DIR输出指示输入旋转的方向，旋转角度不断增大时，为高电平33/RESETI复位，逻辑输入。需要复位芯片。接复位芯片34LOTO跟踪丢失，逻辑输出35DOSO信号降级、当旋变输入超过规定的DOS正弦、余弦阀值时，或当正弦输入电压与余弦输入电压失配时，就会检测到信号降级。DOS引脚为低电平。36A1I选择模式DSP I/O37A0I选择模式DSP I/O38EXCO

15、激励频率、片上振荡器向旋变提供正弦波激励信号（EXC）与互补信号（/EXC）39/EXCO互补激励信号40AGND模拟地模拟地41SINI差分对SIN/SINLO的正模拟输入42SINLOI差分对SIN/SINLO的负模拟输入43AVDD模拟电源模拟电源44COSLOI差分对COS/COSLO的负模拟输入45COSI差分对COS/COSLO的正模拟输入46REFBYP基准电压旁路47REFOUT基准电压输出旋转变压器输出线（图 3-1）（表3-2）：图 3-1表3-2PINFUNCTIONCable Wire Color1EXCYellow/White2/EXCRed/White3COSLOR

16、ed4COSBlack5SINLOYellow6SINBlue连线为：旋转变压器解码芯片AD2S1210的EXC和EXC引脚通过一个缓冲电路连接旋转变压器的激励输入端，旋转变压器的正余弦信号输出端分别连接到旋转变压器解码芯片AD2S1210的SINLO、SIN、COSLO、COS引脚。3.2、光电编码器信号线接口光电编码器的输出线一共16根，见表3-3：表 3-3 光电编码器输出线PINFUNCTIONCable Wire Color1VCCRed2UBrown3GNDBlack4VGray5ABlue6WWhite7A-Blue/Black8NONENONE9BGreen10U-Brown/

17、Black11B-Green/Black12V-Gray/Black13ZViolet14W-White/Black15Z-Violet/Black16NONENONE其中电源线连接到DSP控制板的电源接口，A、A-通过光耦HCPL0630再通过电平转换芯片连接到DSP的EQep1_A引脚。B、B-通过光耦HCPL0630再通过电平转换芯片连接到DSP的EQep1_B引脚。3.3、LCD显示接口LCD的引脚见表3-4表 3-4 LCD12864引脚说明引脚号引脚名称方向功能说明1GND -模块的电源地2VCC-模块的电源正端3V0-LCD 驱动电压输入端4RS(CS)H/L并行的指令/数据选择

18、信号；串行的片选信号5R/W(SID)H/L并行的读写选择信号；串行的数据口6E(CLK)H/L并行的使能信号；串行的同步时钟7DB0H/L数据08DB1H/L数据19DB2H/L数据210DB3H/L数据311DB4H/L数据412DB5H/L数据513DB6H/L数据614DB7H/L数据715PSBH/L并/串行接口选择：H-并行；L-串行16NC空脚17/RST H/L复位，低电平有效18VOUT-倍压输出脚（VDD=+3.3V 有效）19LED_A-背光源正极（LED+3V）20LED_K-背光源负极（LED-OV）4、硬件设计4.1、DSP资源分配DSP28069资源：（具体参数见

19、芯片DATASHEET和资源分配表）l 共58个复用GPIO口；l 两路SPI；l 两路EQEP；l 16路AD采样通道；l 12路EPWM输出口；l 一路CAN总线；l 一路SCI；l 一路IIC；需求：l 旋变解码芯片需要一路SPI和7个普通PGIO口；l 光电编码器需要一路EQEP；l LCD显示模块需要用到11个普通GPIO口；l 开关输入量需要2个GPIO口。此次实验将DSP的SPIA模块以与7个普通GPIO口用于转变解码芯片AD2S1210；DSP的EQEP1模块用于光电编码器；11个普通GPIO口用于LCD显示模块。2个普通GPIO口用于开关量输入。除去以上开销，DSP还剩下16

20、个普通GPIO口、一个SPI模块、一个EQEP模块。可以用于精度检测卡的扩展。4.2、原理图4.2.1、光电编码器部分图4-1 光电编码器部分电路如图4-1所示，最左边的是标定卡接口，通过该接口输入A+、A-、B+、B-、C+、C-三组信号，这三组信号经过光耦HCPL0630，再将5V的信号送入电平转换芯片。有电平转换芯片将5V的信号降压成3.3V的信号，然后将信号送至DSP。4.2.2、旋变解码芯片部分图 4-2旋变解码芯片部分的电路图 4-3 激励信号缓冲电路将旋变解码芯片产生的激励信号通过一个缓冲电路（图 4-3）送至旋转变压器，然后将旋转变压器输出的正余弦信号送回至旋变解码芯片AD2S

21、1210。旋变解码芯片通过对输入得到的正余弦信号，计算出电机主轴当前的绝对角度与电机的转速。然后将角度和转速通过SPI通讯送至DSP。4.2.3、显示部分图 4-4 LCD预留GPIO口DSP留出11个普通GPIO口供LCD使用，其中8路为并口数据线，3路为控制信号。具体原理图参见项目工程文件。4.2.4、DSP芯片原理图图 4-5 DSP28069芯片原理图图 4-6 精度检测卡原理图图4-6 为精度检测卡的全部原理图，当初设计的时候考虑到用LED数码管显示精度，由于考虑到DSP的另外一个SPI模块可能用于其他编码器或外设模块（例：手操器），所以用DSP的16个GPIO来控制8个LED数码管

22、的显示。该种方法编程比较繁琐，可显示的容有限，后选择用LCD来代替显示部分。4.3、PCB制版图 4-7 PCB正面图 4-8 PCB反面图 4-7和图 4-8为PCB板的正面和反面3D模拟图。PCB布局具体参数为：l PCB设计为2层板；l DSP部分的信号线走线宽度为10mil；l 旋变解码芯片部分的信号走线宽度为20mil；l 电源线走线宽度为40mil；l 信号线走线过孔最小为：径10mil，直径20mil；l 电源线走线过孔最小为：径20mil，直径50mil；l 模拟电路和数字电路分开；l 除了DSP芯片管脚附近的走线间距为0.25mm，所有信号线走线间距在15mil以上。4.4、

23、硬件实物图5V供电接口旋变12V供电光电编码器接口数码管显示旋转变压器接口JTAG接口LCD接口图 4-9 实物图5、软件设计5.1、算法原理首先分别求得光电编码器当前的角度读数和旋转变压器当前的角度读数，然后求得光电编码器当前角度和前一刻角度的差值= - 以与旋转变压器当前的角度和前一刻角度的差值= - 。接着将每次求得的差值求和： = +，= + 。最后将光电编码器和旋转变压器的差值累加值相减就是误差值。ERROR =。5.2、算法流程图开始旋转变压器故障检测是否存在故障是读旋转变压器当前角度读光电编码器当前角度计算光电编码器角度差值= 0 ?否否= 32768 ?是是= 65536 =

24、+ 否计算旋转变压器角度差值= 0 ?否= 32768 ?是是= 65536 = + 否Num = Num + 1Num 16 ?Err = - 否是Err Err_N?Err_N = ErrErr Err_P?Err_P = ErrErr_PP = Err_N + Err_P否否否是是 = 0= 0更新角度=更新角度= 5.3、时序图5.3.1、LCD模块时序图LCD显示器的型号是LCM12864R。具体功能如下：l 可以显示汉字与图形；l 置8192个汉字（16 * 16 点阵）；l 128个字符（8 * 16 点阵）；l 64 * 256 点阵显示RAM；l 配置LED 背光；l 具有光

25、标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等功能。该LCD的通讯方式有：8 位或4 位并行以与3 位串行。这次实验用到的是8 位并行。时序图如下：图 5-1 并口通讯模式写入时序图图 5-2并口通讯模式读数时序图对于LCD操作，可以将相应的地址和数据发送至LCD，也可以将之前写入的数据读出来。但对于这次的精度检测实验来说，只需要将检测出来的数据发送至LCD并显示即可，只需要简单的配置LCD，然后将地址和数据发送到LCD，用不到回读操作。从写入时序图中看出，对于写入操作R/W信号可以持续保持拉低状态。RS信号：当发送数据时拉高，发送指令时拉低。使能信号为一个有效的下降沿。数据信号为八个GPIO口同时

26、输出。5.3.2、旋变解码芯片时序图实验用的旋转变压器解码芯片是ADI公司的AD2S1210，该芯片的最大跟踪速率3125RPS，分辨率为10/12/14/16，由用户设置。时序图如下：图 5-3 串口通讯模式写入时序图图 5-4 串口通讯模式读数时序图时序图中A0、A1为工作模式的设定，如图6-13：图 6-13 配置模式设置l /CS为片选信号，根据时序图，片选信号可以一直保持低电平。l WR/FSYNC信号为低电平写入有效信号。5.3.3、光电编码器时序图实验用的光电编码器是美国DYNAPAR公司的，精度是13位的，即8192PPR。光电编码器模块，硬件电路连接对了，配置好相应的寄存器，

27、然后将读数从相应的寄存器中读数来就可以了。EQEP模块采集的是脉冲的上升沿、下降沿，也就是对脉冲4倍频。所以电机旋转一圈的精度是215，即32768。脉冲计数时序图如下：图 5-5 光电编码器计数时序图时序图中，PHASEA和PHASEB为光电编码器发送的脉冲，COUNT和UP/DN信号实际上是不存在的，它是DSP根据PHASEA和PHASEB信号计算出来的结果。COUNT信号表示当PHASEA信号超前PHASEB信号90度时（即顺时针旋转），DSP每检测到一个脉冲的上升沿或下降沿将计数增加1，当PHASEA信号落后PHASEB信号90度时（即逆时针旋转），DSP每检测到一个脉冲的上升沿或下降

28、沿将计数减少1。UP/DN信号表示当PHASEA信号超前PHASEB信号90度时（即顺时针旋转）为高电平，当PHASEA信号落后PHASEB信号90度时（即逆时针旋转）为低电平。5.3.4、精度检测流程图开始系统初始化、GPIO口初始化、中断初始化、定时器初始化上电等待1秒EQep模块初始化、旋变模块初始化、LCD显示模块初始化显示欢迎界面定时器开等待中断定时器中断1采样与精度处理定时器中断2显示精度6、实验调试6.1、显示模块调试6.1.1、LCD12864读写调试LCD12864写时序图：数据R/W信号使能信号RS信号图 6-1写入时序图图中：l RS信号为数据/指令信号：高电平表示该状态

29、下写入LCD的为数据，低电平表示该状态下写入LCD的为指令。l R/W信号为读/写信号：高电平表示该状态下为读数据，低电平表示该状态下为写数据。l 使能信号：LCD检测到使能信号的下降沿，便将数据/指令读入/输出。l 数据信号表示GPIO口输出或读入的数据：高电平表示逻辑，低电平表示逻辑。LCD12864读时序图：数据使能信号RS信号R/W信号图 6-2 写入时序图图中：l RS信号为数据/指令信号：高电平表示该状态下写入LCD的为数据，低电平表示该状态下写入LCD的为指令。l R/W信号为读/写信号：高电平表示该状态下为读数据，低电平表示该状态下为写数据。l 使能信号：LCD检测到使能信号的

30、下降沿，便将数据/指令读入/输出。l 数据信号表示GPIO口输出或读入的数据：高电平表示逻辑，低电平表示逻辑。6.1.2、显示效果显示效果截图：图 6-3 汉字显示图 6-4 英文显示图 6-5 英文和数字显示6.2、光电编码器调试不同转速下的脉冲波形和角度波形：角度输出Phase-BPhase-A图 6-6 当转速为100RPM时的脉冲与角度波形正转光电编码器为8192PPR，从图中可以计算出一个脉冲的周期为68个us，一分钟约为882352个脉冲数，一圈8192个脉冲，那么一共是107转。跟转速100转每分钟几乎一样。图中一个角度周期为1.2秒，DSP采集脉冲的上升沿和下降沿，电机转动一周

31、一共采集脉冲数为8192 * 4 = 32768 。DA卡为16位的，一周为65536，所以一周相当于转动2周，一周0.6秒，转速正好为100转。图 6-7 当转速为100RPM时的脉冲与角度波形反转图 6-8 当转速为500RPM时的脉冲与角度波形正转图 6-9 当转速为500RPM时的脉冲与角度波形反转图 6-10 当转速为1000RPM时的脉冲与角度波形正转图 6-11 当转速为1000RPM时的脉冲与角度波形反转图 6-12 当转速为1500RPM时的脉冲与角度波形正转图 6-13 当转速为1500RPM时的脉冲与角度波形反转从以上截图可以验证光电编码器器件无故障，数据采集与角度输出正

32、确。当电机正转、反转，以与在不同转速下，光电编码器和数据采集、角度显示都正确无误。6.3、旋变角度采样调试实验用的旋转变压器解码芯片是ADI公司的AD2S1210，该芯片的最大跟踪速率3125RPS，分辨率为10/12/14/16，由用户设置。实验用的是16位分辨率。6.3.1、读写调试旋变解码芯片通讯图：写入数据读出数据CLKWR/FSYNC图 6-14 发送数据截图图中：l 读出数据为DSP通过SPI接收到的数据；l 写入数据为DSP通过SPI发送的数据；l CLK为SPI的发送时钟，当前模式为每次发送位数据；l R/FSYNC为边沿触发逻辑信号，每个下降沿为串行数据同步信号。6.3.2、

33、激励信号旋变输出激励信号与输入正余弦信号如图：正弦余弦信号激励信号图6-15 旋变输出激励信号与输入正余弦信号从图中可以看出，这些信号的频率为10KHz，上电默认的频率。当分辨率为16位时，旋变解码芯片可提供的激励频率为2KHz10KHz，现将频率设置为5KHz。如图：图6-16 旋变输出激励信号与输入正余弦信号从图中可以看出激励信号的频率为5Khz，可以验证写入数据正确。6.3.3、旋变角度图 6-17旋变输出角度100RPM正转图 6-18旋变输出角度100RPM反转图 6-19旋变输出角度500RPM正转图 6-20旋变输出角度500RPM反转图 6-21旋变输出角度1000RPM正转图

34、 6-22旋变输出角度1000RPM反转图 6-23旋变输出角度1500RPM正转图 6-24旋变输出角度1500RPM反转从上面几图中可以验证，电机转速与示波器实测频率一样。所以验证转速上读正确。6.4、精度检测调试6.4.1、不同转速下的误差精度误差的计算方法是分别将旋变和光电走过的单位角度累加，然后相减得出误差值通过DA卡输出。图 6-25电机没有转动时的电源噪声AC值图 6-26电机500转下的电源噪声AC值通过上面两截图，发现当电机没有转动时的噪声PP值为25毫伏，当电机转动时，噪声为47毫伏。图 6-27 误差输出（100转)图 6-28 误差输出（500转)图 6-29 误差输出

35、（1000转)从以上几截图中，发现电机在不同转速下输出误差几乎没有变化，原因为误差远远小于噪声幅值。为了明显地显示误差的波动围，将误差放大600倍。图 6-30 误差输出（10转正转）图 6-31 误差输出（50转正转）图 6-32 误差输出（100转正转）图 6-33 误差输出（500转正转）图 6-34 误差输出（1000转正转）图 6-35 误差输出（1500转正转）图 6-36 误差输出（10转反转）图 6-37 误差输出（50转反转）图 6-38 误差输出（100转反转）图 6-39 误差输出（500转反转）图 6-40 误差输出（1000转反转）图 6-41 误差输出（1500转反

36、转）表6-1 误差输出数据转速（RPM）正转PP值（V）反转PP值（V）103.53.5504.85.21006.06.05005.04.410006.76.815003.63.8根据表格数据初步分析，误差随着电机转速升高，误差增大，到1500转是反而减小。本次次两，由于拖动电机和被测电机轴高有略微差别，电机转动时，有很大的抖动，光电编码器抖动比较厉害，数据不是特别精确。按最大误差6.8V为旋变的精度，放大倍数为600倍，换算成精度为883线，24弧分。按最小误差3.5V计算，精度为1618线，12狐分。6.4.2、检测频率与显示频率检测的频率截图：图 6-54 检测频率检测频率的方法是进入中

37、断后把GPIO口拉高，检测完，推出中断时将GPIO口拉低，然后用示波器检测GPIO口的电平信号。从图中可以看出，检测周期为100us，检测时间为20多微秒。图 6-55显示频率从图中可以看出显示频率为1秒一次。7、讨论事项7.1、调试遇到的问题1) 电机拖动电机时抖动比较大。2) 随着电机转速上升，误差变大，到1500转时又变小。3) 误差基值偏移。7.2、硬件方面：1) 上拉电阻对逻辑电平的影响，显示模块调试时实测引脚为0.3V但读数为高电平。上拉电阻阻值为2.2K，是否将上拉电阻增大就可以了。2) 电平信号在跳变时的尖峰脉冲怎么去除，加小电容？3) 光电编码器A、B输入需不需要用一个差分输

38、入，还是直接将AB信号的补偿端接地？7.3、软件方面：1) 检测频率，多少时间检测一次。现在的检测频率为每20us一次。2) 需不需要开关量输入。哪些情况下可以用到开关量输入。3) 显示部分显示容与显示格式。以中文显示还是英文显示？英文显示有时存在不够的现象。如果有开关量输入，可以用开关量输入来实现翻页与回滚。7.4、设计方面：1) 由于旋转变压器的6根信号线比较细又比较硬（脆），现在使用的连接器（比较大）很容易就把线弄断，考虑是否要换连接器。2) 之前标定卡有用到上位机。现在的精度检测卡需要与上位机通讯么？用什么通讯方式，RS485还是RS232，是基于CAN总线的，还是SCI通讯的？这样在

39、没有示波器的时候也能看波形，还能做数据处理。3) DSP芯片资源的配置，还需要用到或者可能用到的外设或者编码器。4) 精度检测卡各接口的朝向，PCB布局。8、改进与优化l 之前“标定卡”QEP接口电源使用跳线，这次制版没有注意到，需要改进。l 第二路QEP中的EQEP_2A和EQEP_2I位置对调了。l LED数码管占用GPIO口较多，换成LCD，需要去除数码管电路部分，加上LCD显示模块。l 复位芯片3.3V的库存没有了，下次制版考虑选用别的有库存的复位芯片。LCD12864通讯接口的上拉电阻影响GPIO口的读数，当LCD输入为时，检测引脚有0.3V的电压，导致逻辑电平变高。可能原因是LCD部有下拉电阻或等效电阻，使得输入变成分压输入。解决方法，该部分去掉上拉电阻。或者加大上拉电阻。l