数字编码器解码过程中干扰信号的处理方法

1.一种数字编码器解码过程中干扰信号的处理方法，数字编码器用于产生并输出两路脉冲信号，分别为脉冲信号A和脉冲信号B，所述的脉冲信号A和所述的脉冲信号B具有相同的相位和相同的频率，在解码前利用两个数字滤波器分别对所述的脉冲信号A和所述的脉冲信号B进行滤波处理，其特征在于该处理方法包括以下步骤：
①预先引入一个具有较高频率的外部时钟信号，该外部时钟信号的频率满足条件：大于脉冲信号A或脉冲信号B的最高频率的3倍，且小于等于脉冲信号A或脉冲信号B的最高频率的10倍；
②定义用于对脉冲信号A进行滤波处理的数字滤波器为第一数字滤波器，定义用于对脉冲信号B进行滤波处理的数字滤波器为第二数字滤波器，第一数字滤波器中设置有第一一级锁存器和第一二级锁存器，第二数字滤波器中设置有第二一级锁存器和第二二级锁存器，将外部时钟信号分别作为第一一级锁存器、第一二级锁存器、第二一级锁存器及第二二级锁存器的时钟信号；第一一级锁存器用于锁存第一一级锁存器的前一个时钟信号来时的脉冲信号A的信号值A0，记第一一级锁存器锁存的信号值为A1，第一二级锁存器用于锁存第一二级锁存器的前一个时钟信号来时的信号值A1，记第一二级锁存器锁存的信号值为AA1；第二一级锁存器用于锁存第二一级锁存器的前一个时钟信号来时的脉冲信号B的信号值B0，记第二一级锁存器锁存的信号值为B1，第二二级锁存器用于锁存第二二级锁存器的前一个时钟信号来时的信号值B1，记第二二级锁存器锁存的信号值为BB1；
③数字编码器产生并输出脉冲信号A和脉冲信号B，在外部时钟信号的作用下，脉冲信号A的信号值A0被第一一级锁存器采样，第一一级锁存器对信号值A0进行锁存，锁存的结果为信号值A1，脉冲信号B的信号值B0被第二一级锁存器采样，第二一级锁存器对信号值B0进行锁存，锁存的结果为信号值B1；
④判断信号值A1与对应的信号值A0是否相同或信号值B1与对应的信号值B0是否相同，如果信号值A1与对应的信号值A0相同且信号值B1与对应的信号值B0相同，则第一二级锁存器采样第一一级锁存器锁存的信号值A1，第一二级锁存器锁存的结果为信号值AA1，第二二级锁存器采样第二一级锁存器锁存的信号值B1，第二二级锁存器锁存的结果为信号值BB1，并执行步骤⑥，否则，继续执行；
⑤第一二级锁存器和第二二级锁存器不进行信号值采样，然后返回执行步骤③；
⑥第一一级锁存器锁存的信号值A1和第一二级锁存器锁存的信号值AA1输入到数字解码器中，同时第二一级锁存器锁存的信号值B1和第二二级锁存器锁存的信号值BB1输入到数字解码器中，数字解码器对信号值A1、信号值AA1、信号值B1及信号值BB1进行解码，并对数字编码器产生的脉冲信号进行计数，然后再返回执行步骤③。
2.根据权利要求1所述的数字编码器解码过程中干扰信号的处理方法，其特征在于所述的步骤①中外部时钟信号的频率为脉冲信号A或脉冲信号B的最高频率的5～10倍。
3.根据权利要求2所述的数字编码器解码过程中干扰信号的处理方法，其特征在于所述的外部时钟信号的频率为脉冲信号A或脉冲信号B的最高频率的10倍。

数字编码器解码过程中干扰信号的处理方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种信号处理方法，尤其是涉及一种数字编码器解码过程中干扰信号的处理方法。\n背景技术\n[0002] 在工业控制过程中，数字编码器(光尺)能将机械位移量变成电信号，数字编码器可用来测量物体的长度、角度、位置或速度。由于数字编码器具有测量精度高、可靠性好、使用范围广等优点，被广泛地应用于造纸及印刷机械、检测仪表、自动机械、输送系统、起重机、压力控制、测试工作台、天线、纺织机械、测速反馈等领域。\n[0003] 数字编码器把角位移或直线位移转换成的电信号，产生两路包含相位的脉冲信号，即产生包含相位的脉冲信号A和包含相位的脉冲信号B，在解码端数字解码器可以对脉冲信号A和脉冲信号B的脉冲个数进行计数从而得到角位移值或直线位移值，并根据脉冲信号A和脉冲信号B的相位差判断角位移或直线位移的位移方向。但通常数字编码器产生的脉冲信号A和脉冲信号B在传输到控制设备的过程中，会因传输距离远、应用环境差等原因，使得控制设备接收到的信号中可能会出现毛刺、波形不整等干扰，这些干扰产生结果误差。\n[0004] 为能够较好地滤除控制设备接收到的信号中无效的干扰信号，目前比较通用的方法就是采用滤波器对接收到的信号进行滤波，即在利用数字解码器进行解码的过程中利用两个滤波器分别对脉冲信号A和脉冲信号B进行模拟或数字滤波，这种方法往往在滤除干扰信号的同时改变了脉冲信号的相位或滤除了有效信号，这将使解码器解码得到的结果存在错误；另一方面，由于改变了脉冲信号的相位因素，因此在解码端解码器仍将一些宽度比较宽的干扰当成正常的脉冲进行计数，从而将对测量结果造成误差。\n发明内容\n[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种在滤除干扰信号的过程中不改变脉冲信号的相位的数字编码器解码过程中干扰信号的处理方法。\n[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种数字编码器解码过程中干扰信号的处理方法，数字编码器用于产生并输出两路脉冲信号，分别为脉冲信号A和脉冲信号B，所述的脉冲信号A和所述的脉冲信号B具有相同的相位和相同的频率，在解码前利用两个数字滤波器分别对所述的脉冲信号A和所述的脉冲信号B进行滤波处理，该处理方法包括以下步骤：\n[0007] ①预先引入一个具有较高频率的外部时钟信号，该外部时钟信号的频率满足条件：大于脉冲信号A或脉冲信号B的最高频率的3倍，且小于等于脉冲信号A或脉冲信号B的最高频率的10倍；\n[0008] ②定义用于对脉冲信号A进行滤波处理的数字滤波器为第一数字滤波器，定义用于对脉冲信号B进行滤波处理的数字滤波器为第二数字滤波器，第一数字滤波器中设置有第一一级锁存器和第一二级锁存器，第二数字滤波器中设置有第二一级锁存器和第二二级锁存器，将外部时钟信号分别作为第一一级锁存器、第一二级锁存器、第二一级锁存器及第二二级锁存器的时钟信号；第一一级锁存器用于锁存第一一级锁存器的前一个时钟信号来时的脉冲信号A的信号值A0，记第一一级锁存器锁存的信号值为A1，第一二级锁存器用于锁存第一二级锁存器的前一个时钟信号来时的信号值A1，记第一二级锁存器锁存的信号值为AA1；第二一级锁存器用于锁存第二一级锁存器的前一个时钟信号来时的脉冲信号B的信号值B0，记第二一级锁存器锁存的信号值为B1，第二二级锁存器用于锁存第二二级锁存器的前一个时钟信号来时的信号值B1，记第二二级锁存器锁存的信号值为BB1；\n[0009] ③数字编码器产生并输出脉冲信号A和脉冲信号B，在外部时钟信号的作用下，脉冲信号A的信号值A0被第一一级锁存器采样，第一一级锁存器对信号值A0进行锁存，锁存的结果为信号值A1，脉冲信号B的信号值B0被第二一级锁存器采样，第二一级锁存器对信号值B0进行锁存，锁存的结果为信号值B1；\n[0010] ④判断信号值A1与对应的信号值A0是否相同或信号值B1与对应的信号值B0是否相同，如果信号值A1与对应的信号值A0相同且信号值B1与对应的信号值B0相同，则第一二级锁存器采样第一一级锁存器锁存的信号值A1，第一二级锁存器锁存的结果为信号值AA1，第二二级锁存器采样第二一级锁存器锁存的信号值B1，第二二级锁存器锁存的结果为信号值BB1，并执行步骤⑥，否则，继续执行；\n[0011] ⑤第一二级锁存器和第二二级锁存器不进行信号值采样，然后返回执行步骤③；\n[0012] ⑥第一一级锁存器锁存的信号值A1和第一二级锁存器锁存的信号值AA1输入到数字解码器中，同时第二一级锁存器锁存的信号值B1和第二二级锁存器锁存的信号值BB1输入到数字解码器中，数字解码器对信号值A1、信号值AA1、信号值B1及信号值BB1进行解码，并对数字编码器产生的脉冲信号进行计数，然后再返回执行步骤③。\n[0013] 所述的步骤①中外部时钟信号的频率为脉冲信号A或脉冲信号B的最高频率的\n5～10倍。\n[0014] 所述的外部时钟信号的频率为脉冲信号A或脉冲信号B的最高频率的10倍。\n[0015] 与现有技术相比，本发明的优点在于通过引入一个频率为大于数字编码器产生并输出的包含有相位的脉冲信号A或包含有相位的脉冲信号B的最高频率的3倍且小于等于其最高频率的10倍的外部时钟信号，将该外部时钟信号作为第一数字滤波器的各级锁存器及第二数字滤波器的各级锁存器的时钟信号，可有效地滤除脉冲信号A和脉冲信号B中宽度较小的干扰信号，且可保证不改变脉冲信号A和脉冲信号B的相位因素，简单的说是过滤宽度小于时钟信号的干扰信号；而对于宽度较宽的干扰信号，比如脉冲信号A从高电平跳变到低电平时脉冲信号B为高电平，则计数值加1，而当干扰信号结束脉冲信号A从低电平跳变到高电平时脉冲信号B仍然是高电平，则计数值减1，这样实现了计数值的自动修正，这样就能有效地消除宽度较宽的干扰信号对脉冲信号的影响，从而使得最终的计数值更为准确。\n附图说明\n[0016] 图1a为设置有二级锁存器的第一数字滤波器对信号的处理过程示意图；\n[0017] 图1b为设置有二级锁存器的第二数字滤波器对信号的处理过程示意图；\n[0018] 图2为对脉冲信号A的脉冲个数进行计数的过程示意图。\n具体实施方式\n[0019] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。\n[0020] 在工业控制过程中，数字编码器用于产生并输出两路平行的脉冲信号，分别为脉冲信号A和脉冲信号B，脉冲信号A和脉冲信号B具有相同的相位和相同的频率，在解码前利用两个数字滤波器分别对脉冲信号A和脉冲信号B进行滤波处理，在此基础上，本发明提出了一种数字编码器解码过程中干扰信号的处理方法，具体包括以下步骤：\n[0021] ①预先引入一个具有较高频率的外部时钟信号，该外部时钟信号要求的频率需满足以下条件：大于脉冲信号A或脉冲信号B的频率的3倍，且小于等于脉冲信号A或脉冲信号B的频率的10倍。\n[0022] ②定义用于对脉冲信号A进行滤波处理的数字滤波器为第一数字滤波器，定义用于对脉冲信号B进行滤波处理的数字滤波器为第二数字滤波器，第一数字滤波器中设置有第一一级锁存器和第一二级锁存器，第二数字滤波器中设置有第二一级锁存器和第二二级锁存器，将外部时钟信号分别作为第一一级锁存器、第一二级锁存器、第二一级锁存器及第二二级锁存器的时钟信号；第一一级锁存器用于锁存第一一级锁存器的前一个时钟信号来时的脉冲信号A的信号值A0，记第一一级锁存器锁存的信号值为A1，第一二级锁存器用于锁存第一二级锁存器的前一个时钟信号来时的信号值A1，记第一二级锁存器锁存的信号值为AA1；第二一级锁存器用于锁存第二一级锁存器的前一个时钟信号来时的脉冲信号B的信号值B0，记第二一级锁存器锁存的信号值为B1，第二二级锁存器用于锁存第二二级锁存器的前一个时钟信号来时的信号值B1，记第二二级锁存器锁存的信号值为BB1。在此，脉冲信号A的信号值和脉冲信号B的信号值均为0或1值。\n[0023] 在此具体实施例中，第一数字滤波器如图1a所示，其只设置了2级锁存器即第一一级锁存器和第一二级锁存器，同样如图1b所示，在第二数字滤波器中也只设置了2级锁存器即第二一级锁存器和第二二级锁存器，实际上，第一数字滤波器和第二数字滤波器中设置的锁存器的级数是可以根据硬件的性能和脉冲信号被干扰的情况进行确定的，比如设置3级锁存器，但最少应设置2级锁存器。\n[0024] ③数字编码器产生并输出脉冲信号A和脉冲信号B，在外部时钟信号的作用下，脉冲信号A的信号值A0被第一一级锁存器采样，第一一级锁存器对信号值A0进行锁存，锁存的结果为信号值A1，脉冲信号B的信号值B0被第二一级锁存器采样，第二一级锁存器对信号值B0进行锁存，锁存的结果为信号值B1。\n[0025] ④判断信号值A1与对应的信号值A0是否相同或信号值B1与对应的信号值B0是否相同，如果信号值A1与对应的信号值A0相同且信号值B1与对应的信号值B0相同，则第一二级锁存器采样第一一级锁存器锁存的信号值A1，第一二级锁存器锁存的结果为信号值AA1，第二二级锁存器采样第二一级锁存器锁存的信号值B1，第二二级锁存器锁存的结果为信号值BB1，并执行步骤⑥，否则，继续执行。\n[0026] ⑤第一二级锁存器和第二二级锁存器不进行信号值采样，然后返回执行步骤③。\n[0027] 上述步骤④和步骤⑤所述的具体过程不仅滤除了脉冲信号A和脉冲信号B中宽度较窄的干扰信号，而且保证了脉冲信号A和脉冲信号B的相位不发生改变。\n[0028] ⑥第一一级锁存器锁存的信号值A1和第一二级锁存器锁存的信号值AA1输入到数字解码器中，同时第二一级锁存器锁存的信号值B1和第二二级锁存器锁存的信号值BB1输入到数字解码器中，数字解码器对信号值A1、信号值AA1、信号值B1及信号值BB1进行解码，并对数字编码器产生的脉冲信号进行计数，然后再返回执行步骤③。\n[0029] 步骤⑥中对数字编码器产生的脉冲信号进行计数的方法可采用现有的任意成熟的解码计数方法，如可采用以下方法：在脉冲信号A的信号变化(发生跳变)的基础上，先判断信号值AA1和信号值A1是否相同，如果相同，对数字编码器产生的脉冲信号进行计数，而计数值加1还是减1则再根据信号值B1为0还是1来进行决定，同样在脉冲信号B的信号变化的基础上，也需先判断信号值BB1和信号值B1是否相同，如果相同，对数字编码器产生的脉冲信号进行计数，而计数值加1还是减1则再根据信号值A1为0还是1来进行决定，最终获取正确的计数值。在此，判断信号值AA1和信号值A1是否相同或信号值BB1和信号值B1是否相同，可采用“XOR”异或逻辑运算符来实现，另外通过计数值的增1和减1，自动修正了计数值，使最终获得的计数值准确。\n[0030] 如图2给出的对脉冲信号A进行计数的过程，图1中数字1～12分别表示脉冲信号A的一次跳变，“+”表示脉冲计数值加1，“-”表示脉冲计数值减1，其中1、2、3、4、7、10、\n11和12是脉冲信号A的正常跳变，脉冲信号A每次发生正常跳变时，跳变前的电平都与脉冲信号B的电平相同，所以每次正常跳变脉冲计数值都加1，而5、6、8和9是干扰引起的跳变，如果信号很宽，6和8使脉冲计数值加1，5和9跳变时由于跳变前的电平与脉冲信号B的电平不同，所以脉冲计数值减1，这样，刚好起到一个补偿的效果，有效抑制了宽度较宽的干扰信号对计数值结果的影响；如果干扰信号很窄，达不到2个以上的时钟宽度，则由数字滤波器滤除掉。\n[0031] 在此具体实施例中，外部时钟信号的频率是通过大量的实验取得的，当外部时钟信号的频率为数字编码器产生并输出的包含有相位的脉冲信号A或包含有相位的脉冲信号B的最高频率的3倍以上时，数字滤波器滤除干扰的效果较好，但实际应用过程中最好取频率为脉冲信号A或脉冲信号B的最高频率的5～10倍，这样效果佳，在此处，取该外部时钟信号的频率为脉冲信号A或脉冲信号B的最高频率的10倍。如果外部时钟信号的频率为数字编码器将产生的包含有相位的脉冲信号A或包含有相位的脉冲信号B的最高频率的3倍以下时，会将正常的脉冲信号给滤除掉，相反，如果频率过高，则不利于干扰信号的过滤。