连接正交编码器至DAQ设备

本节内容包含

事前准备

本文档主要介绍连接和配置NI DAQ设备进行正交编码器测量的详细步骤。使用NI DAQ硬件设备前,请确保已安装应用程序开发环境和NI-DAQmx驱动程序。详细信息,请参阅安装LabVIEW和NI-DAQmx

正交编码器基础

NI多功能DAQ设备、带数字I/O C系列模块的CompactDAQ机箱、NI计数器/定时器设备配合正交编码器(也叫角编码器)使用可进行位置测量。使用X1、X2、X4正交编码器和上述设备上的计数器可以测量角位。编码器中的轴旋转时,正交编码器产生两个信号脉冲,分别为信号A(也称通道A)和信号B(也称通道B),均为典型的TTL数字信号。

计数器

X系列设备和CompactDAQ机箱有4个通用32位计数器/定时器,M系列设备和部分其他DAQ设备有2个计数器/定时器。通用计数器/定时器使用的是5 V TTL数字信号,用于多种测量和脉冲生成应用。图1所示为X系列设备上的Counter 0(计数器0)。

图1. NI X系列设备上的Counter 0

设备上的4个计数器相同。计数器拥有8个输入信号,但在大多数应用中只需用到少数几个。各计数器均有一个FIFO用于缓冲采集和生成。

编码

通道A和通道B的偏移量为90度,用于确定编码器移动的方向。在一个周期中,如通道A相超前通道B相,计数器值将增加;如通道B相超前通道A相,计数器值将减少。每个周期中的增量和减量取决于编码类型为X1、X2还是X4。

X1编码

图2是一个周期中X1编码的增量和减量。通道A相超前通道B相时,增量发生在通道A的上升沿;通道B相超前通道A相时,减量发生在通道A的下降沿。

图2. X1编码

X2编码

X2编码与X1编码类似,只是根据两个通道的相对时序,计数器的增量或减量同时发生在通道A的上升沿和下降沿。即每个周期发生两次增量或减量,如图3所示。

图3. X2编码

X4编码

同理,对于X4编码,计数器的增量或减量同时发生在通道A和B的两个边沿,而发生增量还是减量取决于通道的相对时序。即每个周期发生四次增量或减量,如图4所示。

图4. X4编码

通道Z特性

部分正交编码器有第三个通道Z,也称做索引通道。通道Z如为高电平,计数器将重载,即计数器的值在周期中的某个相位被重新设定为用户指定的值。您可通过编程时使重载发生在一个周期四相位中的任意一个。

通道Z特性—转至高电平和保持在高电平的时间不同于正交编码器设计。关于通道Z相对于通道A和通道B的定时详情,请参阅正交解码器的相关文档。在指定重载的相位内,必须保证通道Z在至少一段时间内处于高电平。例如,在图5中,当通道A为高且通道B为低时,通道Z始终为低。因此,重载只能在其他相位进行。

在图5中,重载时段为通道A和B同为低的时段。此时如通道Z的电平为高,计数器将重载。增量和减量的优先级高于重载。因此,在通道B降为低电平,进入重载相位时,将首先发生增量。达到重载时段后,重载将在第一个最大时基周期内发生。重载发生后,计数器将继续计数。下图显示了通道Z如何重载(X4解码)。

图5. 通道Z重载(X4解码)

找出DAQ设备的引脚分布

连接信号前,请先了解设备的引脚分布。

  1. 打开Measurement & Automation Explorer (MAX),展开“设备和接口”。
  2. 右键单击设备名称,选择“设备引脚”。连接器引脚图下方的表格中包含了计数器输入的相关信息。

图6. 设备引脚帮助

下列引脚类型对应于正交编码器测量:

  • CTR x A:正交编码器通道A—通道A和通道B决定了正交编码器旋转的方向。
  • CTR x B:正交编码器通道B—通道A和通道B决定了正交编码器旋转的方向。
  • CTR x Z:正交编码器索引—通道Z如为高电平,计数器将复位,即计数器的值在周期中的某个相位被重新设定为用户指定的值。
  • PFI x:可编程函数接口—PFI线是TTL数字I/O线,可从DAQ设备路由至计数器输入、输出或其他数字信号。请参考引脚接线图下面的表格查看PFI线对应的计数器输入。
  • D GND: 数字地—数字I/O、计数器和PFI线的参考地。

配置正交编码器测量

通过MAX,您可快速验证测量系统的精度。使用NI-DAQmx的全局虚拟通道可在不编程的情况下配置正交编码器测量。虚拟通道是NI-DAQmx驱动构架的一个概念,它表示包括名称、物理通道、输入端连接、信号测量或生成的类型以及换算信息在内的一组属性设置。

请按照下列步骤进行操作:

  1. 在MAX中,右键单击“数据邻居”并选择“新建”。
  2. 选择“NI-DAQmx全局虚拟通道”,并单击“下一步”。
  3. 选择“采集信号»计数器输入»位置»角”。

图7. 创建NI-DAQmx虚拟通道

  1. 6. 选择编码器连接的物理通道。物理通道指测量和产生模拟信号或数字信号的接线端或引脚。

图8. 设备物理通道

  1. 单击“下一步”,输入全局虚拟通道的名称或使用默认名称。
  2. 单击“完成”,在MAX中看到以下屏幕:

图9. 在MAX中设置角位通道

  1. 在“设置”选项卡中输入每转脉冲数(脉冲/转)。该值是A信号或B信号上的脉冲数,而不是A信号与B信号上脉冲总数。
  2. 输入解码器的初始角。该值的单位在单位下拉菜单中指定。
  3. 启用Z索引复选框可指定是否为测量启用z索引。
  4. 如启用Z索引,在Z索引值框内指定重载的值。当信号Z为高,且信号A和信号B处于“相位”下拉菜单中指定的相位时,计数器将重载。
  5. 选择解码类型,指定编码器对信号A或B生成脉冲的计数和解析方式。正交编码器不支持双脉冲计数。相比X1解码,X2和X4解码对于位置的细微变化更敏感,而X4的敏感度最高。

连接正交编码器至设备

接下来,请将正交编码器实际连接至DAQ设备。

  1. 在MAX角位全局通道的“设置”选项卡上参考信号连接。根据物理通道和是否启用了Z索引,MAX可显示连接正交编码器信号的PFI端子。计数器(和PFI)输入连接参考的是D GND。
  2. 请参考设备引脚、MAX和以下连线图来连接信号A、B、Z(可选)和COM。也可同时参考编码器的产品文档。

图10. 正交编码器输入信号连线

测试信号

NI-DAQmx全局虚拟通道可预览测量结果。

  1. 在MAX中单击“NI-DAQmx全局通道”选项卡,然后单击“运行”按钮。测得角位值将在窗口顶部显示。

图11. 在MAX中预览角位测量

此外,您也可保存NI-DAQmx全局虚拟通道的配置以供未来参考。

上一篇连接和设置硬件
LabVIEW入门下一篇