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--- fpga_quad_decoder [2022/04/26 13:10]
gongyusu 创建
+++ fpga_quad_decoder [2022/04/26 16:17] (当前版本)
gongyusu [什么是正交信号？]
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 ## 用FPGA做正交解码
+转自文章 - [[https://www.fpga4fun.com/QuadratureDecoder.html|Quadrature Decoder]]
 FPGA非常适合用逻辑来实现正交解码的功能。
-### 什么是正交信号？
+###什么是正交信号？
-正交信号是两个产生90度相位差的信号。它们在机械系统中用于确定轴的运动(或转动)。比如下面这是一个向前移动几步的轴。
+正交信号是两个相位差为90度的信号。它们在机械系统中用于确定轴的运动（或旋转）。
+这是一个向前移动几步的轴。
+{{ ::quadraturedecoder_waveforma.gif |}}
+如果对脉冲计数，则可以说轴移动了3步。\\
+如果计算边缘，则可以说轴移动了12步。这就是我们在此页面上所做的。\\
+\\
+现在，轴向后移动了相同的量。
+{{ ::quadraturedecoder_waveformb.gif |}}
+因此，想法是通过查看边缘和水平，我们可以确定运动的方向和距离。\\
+这是一个示例，其中轴向前移动10步，然后向后移动7步。
+{{ ::quadraturedecoder_waveformc.gif |}}
+\\
+####它们在哪里使用？
+  * 在机械手轴中，用于反馈控制。
+  * 用旋钮确定用户输入。
+  * 在电脑鼠标中，确定运动方向。
+如果您打开机械鼠标，则会看到以下内容。
+{{ ::mouseinternal.jpg |}}
+有两个光学正交编码器，每个编码器由开槽轮，光发射器和一对光电探测器制成。\\
+\\
+鼠标包括负责正交解码和串行/ PS2接口的IC。由于创建正交解码器（在FPGA中）比串行或PS2接口要容易得多，因此我们修改了鼠标，并用四缓冲器施密特触发器输入IC替换了原始IC。
+{{ ::mouseinternal2.jpg |}}
+我们使用[[http://www.national.com/ds/CD/CD4093BC.pdf|CD4093]]，每个NAND门的输入连接在一起形成反相器。\\
+现在，鼠标输出正交编码信号！\\
+\\
+####正交解码器
+我们要实现一个根据正交信号递增或递减的计数器。我们假设有一个比正交信号快的“过采样时钟”（在此页面中称为“ clk”）。\\
+\\
+控制计数器的硬件电路非常简单。
+{{ ::quadraturedecoder1.gif |}}
+这是轴向前移动的波形，计数器会递增。
+{{ ::quadraturedecoder_waveform.gif |}}
+该电路有时称为“ 4x解码器”，因为它会计算正交输入的所有跃迁。\\
+\\
+在verilog HDL中，这为我们提供了：\\
+<code verilog>
+module quad(clk, quadA, quadB, count);
+input clk, quadA, quadB;
+output [7:0] count;
+reg quadA_delayed, quadB_delayed;
+always @(posedge clk) quadA_delayed <= quadA;
+always @(posedge clk) quadB_delayed <= quadB;
+wire count_enable = quadA ^ quadA_delayed ^ quadB ^ quadB_delayed;
+wire count_direction = quadA ^ quadB_delayed;
+reg [7:0] count;
+always @(posedge clk)
+begin
+  if(count_enable)
+  begin
+    if(count_direction) count<=count+1; else count<=count-1;
+  end
+end
+endmodule
+</code>
+\\
+####实际生活中的电路
+先前的电路假定“ quadX”输入与“ clk”时钟同步。在大多数情况下，“ quadX”信号与FPGA时钟不同步。经典解决方案是每个输入使用2个额外的D触发器，以避免将亚稳性引入计数器。
+{{ ::quadraturedecoder2.gif |}}
+\\
+<code verilog>
+module quad(clk, quadA, quadB, count);
+input clk, quadA, quadB;
+output [7:0] count;
+reg [2:0] quadA_delayed, quadB_delayed;
+always @(posedge clk) quadA_delayed <= {quadA_delayed[1:0], quadA};
+always @(posedge clk) quadB_delayed <= {quadB_delayed[1:0], quadB};
+wire count_enable = quadA_delayed[1] ^ quadA_delayed[2] ^ quadB_delayed[1] ^ quadB_delayed[2];
+wire count_direction = quadA_delayed[1] ^ quadB_delayed[2];
+reg [7:0] count;
+always @(posedge clk)
+begin
+  if(count_enable)
+  begin
+    if(count_direction) count<=count+1; else count<=count-1;
+  end
+end
+endmodule
+</code>
+\\
+总之，创建正交解码器/计数器所需的硬件很少。FPGA可以容纳多个轴，因此可以同时跟踪多个轴。\\