邏輯電平與編碼器的視覺應用

邏輯電平是指一種可以產生信號的狀態，通常由信號與地線之間的電位差來體現。邏輯電平的浮動范圍由邏輯家族中的不同器件特性所決定。

常見的邏輯電平有：TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVDS、GTL、BTL、ETL、GTLP；RS232、RS422、RS485等。這里以常見的幾個來做說明。

TTL電平信號被利用的最多，是因為通常數據表示采用二進制規定，+5V等價于邏輯“1”,0V等價于邏輯“0”，這被稱作TTL(Transistor-TransistorLogic晶體管-晶體管邏輯電平)信號系統，是一種標準通信技術。

TTL只能在+5V下工作，高低電平之間相差比較小、抗干擾能力差，是電流控制器件，電路速度較快，傳輸延遲時間5~10ns。

輸出 L：<0.8V ；H：>2.4V

輸入 L：<1.2V ；H：>2.0V

TTL電平一般過沖較為嚴重，可能在始端串22Ω或33Ω電阻；TTL電平輸入腳懸空時是內部認為高電平，只會接收一次脈沖信號。

CMOS電平是由場效應管構成，其邏輯電平范圍比較大，邏輯“1”接近電源電壓，邏輯“0”接近于0V。由于高低電平之間相差比較大，所以抗干擾能力也比較強，而且具有很寬的噪聲容限。

輸出 L：<0.1*Vcc ；H：>0.9*Vcc

輸入 L：<0.3*Vcc ；H：>0.7*Vcc

RS232是美國電子工業協會于1962年發布的串行通信接口標準，RS即Recommend Standard推薦標準，232是標示號。該標準對串行通信的物理接口及邏輯電平都做了相關規定。

簡單的RS232通信由三條數據線組成，即TxD、RxD和GND。

RS232采用負邏輯電平，+12~15V工件，邏輯“1”電平為-3~-15V，邏輯“0”電平為+3~+15V。

RS485和RS232類似，但是是一種差分結構傳輸，相對RS232有更高的抗干擾能力，傳輸距離可以達到上千米。

RS485采用4線傳輸方式，差分傳輸，發送數據線為T+/T-，接收數據線為R+/R-。邏輯“1”以兩線間的電壓差為+2V~+6V；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-2V~-6V。

差分傳輸：差分傳世是一種信號傳輸的技術，區別于傳統的一根信號線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號，這兩個信號的振幅相同，相位相反。在這兩根線上的傳輸的信號就是差分信號。信號接收端比較這兩個電壓的差值來判斷發送端發送的邏輯狀態。邏輯“1”可以表示為T+比T-電壓高，邏輯“0”可以表示為T+比T-電壓低，極大的增加了傳輸的抗干擾能力。

RS422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”。

RS422也采用4線差分傳輸方式。

在RS422總線中：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+2V~+6V；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-2V~-6V。

LVDS通常是指低壓差分信號，全稱Low Voltage Differential Signaling，差分對輸入輸出。

LVDS物理接口使用1.2V偏置電壓作為基準，提供大約400mV的擺幅。內部有一個恒流源3.5~4mA，在差分線上改變方向來表示“0”和“1”。通過外部的100Ω電阻轉換為±350mV的差分電平。

編碼器基于是將信號或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。通常編碼器會將角位移或直線位移轉換成電信號，意大利Alkeria相機支持的邏輯電平為TTL、CMOS、RS422、RS485。

在機器視覺上使用編碼器通常用于線掃相機，不使用線掃相機時，需要根據物體運動速度、工作距離來計算線周期（線掃相機頻率），并且在物體運動速度有所改變的情況下，物體會發生變形，影響圖像的采集。

使用編碼器固定在與傳送帶或導軌同軸后，只需要計算一次單個脈沖下線掃相機掃描寬度與實際相匹配，在保證工作距離不變的情況下，即可實現傳送帶變速運動時，獲取完美不變形的圖像。

假定一旋轉編碼器原始設定2000脈沖/圈，線掃相機為4K7μ，搭配使用35mm線掃鏡頭，一物體被放置在如下傳送帶上，轉軸的直徑為100mm，如何擺放線掃相機來保證圖像不變形？

編碼器安裝在轉軸中心位置，轉軸轉動一圈后，同軸的編碼器也轉動一圈，并發出2000個脈沖，已知轉軸直徑為100mm，可以得出傳送帶移動約314.16mm，每個脈沖發出時線掃相機掃描一行4096像素的圖像，則在一個脈沖內需掃描約0.1571mm，可直接計算出線掃相機放置在離傳送帶約785.4mm遠處時，只要在線掃相機極限行頻范圍內，無論傳送帶速度變化為多少，線掃相機始終可以采集到完美不變形的圖像。

意大利Alkeria線掃相機觸發引腳圖如下：

意大利Alkeria相機支持RS-422、RS-644（即LVDS）、LV-TTL（低壓TTL）、LV-CMOS（低壓CMOS）邏輯電平信號，即可支持編碼器觸發線掃，采集不變形的圖像。

【來源：光虎光學內部培訓資料】