增量式光電編碼器是工業(yè)自動化領域最常用的轉(zhuǎn)速測量傳感器。針對轉(zhuǎn)速測量的應用需求，我們在EM9280的硬件基礎上，設計了相應的驅(qū)動程序并提供標準的流式驅(qū)動程序API，為客戶應用程序增加轉(zhuǎn)速測量功能提供了一種快速低成本的實現(xiàn)途徑。本文主要介紹英創(chuàng)工控主板EM9280與增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器的軟硬件接口。

接口硬件說明

鑒于本應用主要是監(jiān)測轉(zhuǎn)速信號，因此只需要接入增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器的A、B兩相脈沖信號即可。典型的A、B相信號的關系如下圖所示：

上圖的左面是A、B相在電機順時針方向旋轉(zhuǎn)時的波形，其特點是A相脈沖超前B相脈沖90o相位。而圖的右邊是點擊逆時針旋轉(zhuǎn)時的波形，此時B相超前A相90o相位。

一般說來，光電編碼器的A、B相信號需要經(jīng)過隔離及電平轉(zhuǎn)換電路，方可接入EM9280的相應管腳。隔離整形后的A、B相輸出信號必須是3.3V的TTL信號，與EM9280連接如下表所示：

由于內(nèi)部電路對A、B相信號進一步做了去抖動處理，因此要求輸入信號頻率不能高于5KHz，方能保證后續(xù)計數(shù)結果的正確。

從應用編程的角度看，光電編碼器的基本指標包括：（1）每分鐘最大轉(zhuǎn)速，（2）每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)，也就是光電編碼器的分辨率。

接口軟件說明

光電編碼轉(zhuǎn)速測量的驅(qū)動程序已內(nèi)置在EM9280的內(nèi)核中，其設備文件名為”ROT1:”。當打開該設備文件后，EM9280的對應管腳（GPIO23和GPIO22）將自動轉(zhuǎn)為相應的脈沖輸入狀態(tài)。當然這兩個管腳不能再作為通用GPIO或I2C接口使用。

當調(diào)用CreateFile（_T（”ROT1:”）, ….）打開設備文件后，可通過WriteFile設置光電編碼器的參數(shù)，參數(shù)包含在以下數(shù)據(jù)結構：

typedef struct _ROTARY_ENCODER_INFO
{
BYTE ucSize; // 填入本結構的字節(jié)數(shù) = 21
DWORD dwMaxRotary; // 正常工況每分鐘旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，單位為rpm
DWORD dwResolution; // 每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)
DWORD dwAlarmRotaryHigh; // 轉(zhuǎn)速報警高限值，單位rpm，= 0: 禁止該功能
DWORD dwAlarmRotaryLow; // 轉(zhuǎn)速報警低限值，單位rpm，= 0: 禁止該功能
DWORD dwPeriod; // 采樣周期，單位為ms，= 0：自動設置采樣周期
} ROTARY_ENCODER_INFO, *PROTARY_ENCODER_INFO;

在上述數(shù)據(jù)結構中，dwMaxRotary設置的上限是編碼器的最高轉(zhuǎn)速，也可根據(jù)實際應用設置為正常工況的最高轉(zhuǎn)速。本驅(qū)動程序支持的采樣間隔共10檔，分別為1ms、2ms、5ms、10ms、20ms、50ms、100ms、200ms、500ms、1000ms。采樣周期與編碼器參數(shù)的關系為：

N =（dwMaxRotary×dwResolution / 60）× dwPeriod / 1000

上式中N表示在一個采樣間隔所采集的脈沖數(shù)，當N為正時，表示順時針旋轉(zhuǎn)，N為負數(shù)時，表示逆時針旋轉(zhuǎn)。在本驅(qū)動程序中，采集輸出的數(shù)據(jù)即為N，數(shù)據(jù)類型為帶符號的16-bit整型量。具體設置并啟動測量的API調(diào)用為：

ROTARY_ENCODER_INFO Info; //定義結構對象
DWORD dwReturnWritten; //實際寫入的字節(jié)數(shù)
//填寫數(shù)據(jù)結構參數(shù)
Info.ucSize = sizeof（ROTARY_ENCODER_INFO）;
// … …
WriteFile（hROT, &Info, sizeof（ROTARY_ENCODER_INFO）, &dwReturnWritten, 0）;

上面調(diào)用中的hROT是CreateFile返回的文件句柄。若dwPeriod設置為自動（= 0），則可通過以下API讀取驅(qū)動實際使用的采樣周期：

ReadFile（hROT, &Info, sizeof（ROTARY_ENCODER_INFO）, &dwReturnRead, 0）;

若應用程序設置自動采樣周期，驅(qū)動程序?qū)⒏鶕?jù)光電編碼器的基本參數(shù)（轉(zhuǎn)速和分辨率），選取滿足一定精度的最小采樣周期。

當通過WriteFile設置并啟動了轉(zhuǎn)速測量后，還可通過ReadFile隨時讀取當前轉(zhuǎn)速或截止當前時刻的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)序列（即轉(zhuǎn)速曲線），具體調(diào)用方式為：

int short DBuf[1024]; // 16-bit 帶符號整型量數(shù)據(jù)buffer
DWORD dwBufLen; // buffer長度，必須兩字節(jié)對齊
DWORD dwReturnRead; // 返回的字節(jié)數(shù)
DWORD dwNbSamples;
dwBufLen = 20 * sizeof（int short）; // 采集20個樣點
dwReturnRead = 0; // 必須置0
ReadFile（hROT, DBuf, dwBufLen, &dwReturnRead, 0）;
dwNbSamples = dwReturnRead / sizeof（int short）;

注意實際采集的點數(shù)有可能小于希望采集的點數(shù)。在驅(qū)動程序內(nèi)部緩沖的最大數(shù)據(jù)點數(shù)為32K，即32768個樣點。上面調(diào)用中特別要注意的是dwBufLen必須為兩字節(jié)對齊，這是因為16-bit 帶符號整型量占用2個字節(jié)。