编码器使用教程与测速原理之硬件方面(一)

本文介绍了一款带有AB两相输出的霍尔编码器,该编码器不仅能够测量电机转速还能判断旋转方向。文章详细阐述了如何通过软件方法实现四倍频,以提高测量精度,并对比了使用与不使用上拉电阻的情况。

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原理图不多说,网上一说一大把,自行百度即可。
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这是一款增量式输出的霍尔编码器,有AB两项输出,不仅可以测速还可以辨别方向。
在电机转动的时候即可通过AB相输出方波信号。
有的编码器是自带了上拉信号,所以无需外部上拉,可以连接到单片机上。人家给咱处理过了。其图如下所示。
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但这里我要补充一下,传统编码器是没有上拉的,传统编码器的图如下所示:可是是屌丝版的编码器
输出到示波器上的信号是非常混乱的,说实话,好像信号跑飞了。
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这时候,我问了问其他人,尝试用了上拉电阻。可是上拉电阻怎么接,我给忘了,百度一下,放入上拉电阻图吧!
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连接之后,通过示波器上进行了显示,发现效果还算不错,大概上图三张。
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这里,我们是通过软件的方法实现四倍频,首先可以看到编码器上输出得AB相波形,正常情况下,我们使用M法测速的时候,会通过测量单位时间内的A像输出的脉冲数来获得速度信息。
常规方法,我们只测量A相的上升沿或者B相的下降沿。这样只能计数3次。

四倍频的方法是测量A相和B相编码器的上升沿和下降沿。
这样在同样的时间内,可以计数12次(3个1234的循环),这就是软件4倍分频的原理。

软件处理的方法分为两种,自带编码器接口的单片机如STM32,可以直接使用硬件计数。

没有编码器接口的单片机如51单片机,可以通过外部中断读取,比如把编码器A相输出到单片机的外部中断输入口,这样就可以通过跳变沿触发中断,然后在对应的外部中断服务函数里面。通过B相的电平来确定正反转。
如 当A相来一个跳变沿的时候,如果B相是高电平就认为是正转,低电平就认为是反转。

<think>好的,我现在需要帮助用户了解霍尔编码器原理图以及关的电子电路设计。首先,我得回顾下用户提供的引用内容,特别是引用[4]中的信息。用户提到霍尔编码器的工作原理,涉及N、S极交错的磁盘和两个霍尔传感器A、B,它们根据磁场变化输出电平信号。 我需要先解释霍尔编码器的基本原理,包括霍尔效应、磁盘结构以及A、B的信号输出。然后,原理图部分可能需要绘制或描述电路的主要组成部分,比如霍尔传感器、信号调理电路、微控制器接口等。不过由于不能直接画图,应该用文字详细描述各部分的功能和连接方式。 接下来,要考虑电子电路设计的关键点,比如电源滤波、信号整形、抗干扰措施等。这些部分需要结合常见的电路设计实践,确保信号稳定可靠。同时,用户可能还想知道如何将霍尔编码器微控制器(比如STM32)连接,所以需要提到中断输入、计数器配置等。 用户的问题还涉及IT电子电路设计,可能希望了解如何在实际项目中应用霍尔编码器,比如电机测速、位置检测等。需要结合引用中的信息,比如STM32的代码示例,但用户这次没有提供具体的代码,可能需要避免深入代码细节,除非必要。 另外,用户提供的引用中有关于绝对式和增量式编码器的区别,但这里聚焦于霍尔编码器,所以需要区分开来,强调霍尔编码器的特点和优势,比如结构简单、成本低、适用于中等精度场景等。 最后,生成的关问题需要围绕原理图设计、信号处理、电路优化和应用场景展开,确保覆盖用户可能感兴趣的后续问题。 总结步骤: 1. 解释霍尔编码器的工作原理,基于霍尔效应和磁极变化。 2. 描述原理图的主要组成部分,包括传感器、信号调理、微控制器接口。 3. 讨论电路设计要点,如滤波、抗干扰、信号整形。 4. 提及STM32的连接方法,如使用定时器编码器模式。 5. 应用场景和设计注意事项。 6. 生成关问题,引导进步学习。</think>### 霍尔编码器原理电路设计解析 #### 、霍尔编码器基本原理 霍尔编码器基于**霍尔效应**实现位置检测。其核心组件包括: 1. **磁化磁盘**:表面按N、S极交替排列的环形磁铁,随被测物体(如电机轴)旋转。 2. **双霍尔传感器**(A、B):对称分布在磁盘两侧,检测磁场极性变化。当N极经过时输出高电平,S极经过时输出低电平[^4]。 3. **位差设计**:A、B传感器位置偏移1/4磁极间距,形成正交信号,通过位差判断旋转方向(正转时A超前B,反转时B超前A)。 信号输出示意图: ``` A:▁▃▅▇▅▃▁▃▅▇... B:▃▅▇▅▃▁▃▅▇▅... ``` (正转时A比B超前90°) #### 二、典型原理图设计 霍尔编码器电路包含以下模块: ```plaintext +----------------+ +----------------+ +----------------+ | 霍尔传感器 |------>| 信号调理电路 |------>| 微控制器接口 | | (A/B输出) | | (滤波/整形) | | (计数器/中断) | +----------------+ +----------------+ +----------------+ | | | V V V 磁极变化 消除噪声干扰 位置/速度计算 ``` 1. **霍尔传感器模块** - 供电:通常使用3.3V或5V直流电源,需添加0.1μF陶瓷电容滤波 - 输出端接上拉电阻(如10kΩ),确保信号稳定性 2. **信号调理电路** - **RC低通滤波**:滤除高频干扰,典型参数R=1kΩ,C=100nF - **施密特触发器**:将模拟信号转换为数字方波(如SN74LVC2G14) - **ESD保护**:在信号线上并联TVS二极管(如SMAJ5.0A) 3. **微控制器接口** - **STM32连接方案**:使用定时器的编码器模式(如TIM2/TIM3) - 推荐电路: ``` A --> TIMx_CH1 B --> TIMx_CH2 ``` #### 三、电路设计关键点 1. **电源去耦**:每个霍尔传感器VCC引脚就近放置0.1μF+10μF电容组合 2. **信号隔离**:高速光耦(如6N137)隔离电机控制器电路 3. **抗干扰设计**: - 双绞线传输信号 - 屏蔽层接地 - 磁环抑制共模干扰 4. **PCB布局建议**: - 传感器信号走线长度≤5cm - 避免平行布置电机电源线信号线 - 模拟地数字地单点连接 #### 四、STM32应用示例 使用STM32CubeMX配置定时器编码器模式: ```c // 定时器初始化配置 TIM_Encoder_InitTypeDef encoder_config = { .EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12, // 使用A/B两输入 .IC1Filter = 6, // 输入滤波(4-15个时钟周期) .IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING, .IC2Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING }; HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_ALL); // 启动编码器接口 ``` #### 五、典型应用场景 1. 电机转速测量(通过脉冲频率计算RPM) 2. 机器人关节位置闭环控制 3. 数控机床进给轴定位 4. 无人机云台角度检测
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