逻辑电平与编码器的视觉应用

逻辑电平是指一种可以产生信号的状态，通常由信号与地线之间的电位差来体现。逻辑电平的浮动范围由逻辑家族中的不同器件特性所决定。

常见的逻辑电平有：TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVDS、GTL、BTL、ETL、GTLP；RS232、RS422、RS485等。这里以常见的几个来做说明。

TTL电平信号被利用的最多，是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”,0V等价于逻辑“0”，这被称作TTL(Transistor-TransistorLogic晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统，是一种标准通信技术。

TTL只能在+5V下工作，高低电平之间相差比较小、抗干扰能力差，是电流控制器件，电路速度较快，传输延迟时间5~10ns。

输出 L：<0.8V ；H：>2.4V

输入 L：<1.2V ；H：>2.0V

TTL电平一般过冲较为严重，可能在始端串22Ω或33Ω电阻；TTL电平输入脚悬空时是内部认为高电平，只会接收一次脉冲信号。

CMOS电平是由场效应管构成，其逻辑电平范围比较大，逻辑“1”接近电源电压，逻辑“0”接近于0V。由于高低电平之间相差比较大，所以抗干扰能力也比较强，而且具有很宽的噪声容限。

输出 L：<0.1*Vcc ；H：>0.9*Vcc

输入 L：<0.3*Vcc ；H：>0.7*Vcc

RS232是美国电子工业协会于1962年发布的串行通信接口标准，RS即Recommend Standard推荐标准，232是标示号。该标准对串行通信的物理接口及逻辑电平都做了相关规定。

简单的RS232通信由三条数据线组成，即TxD、RxD和GND。

RS232采用负逻辑电平，+12~15V工件，逻辑“1”电平为-3~-15V，逻辑“0”电平为+3~+15V。

RS485和RS232类似，但是是一种差分结构传输，相对RS232有更高的抗干扰能力，传输距离可以达到上千米。

RS485采用4线传输方式，差分传输，发送数据线为T+/T-，接收数据线为R+/R-。逻辑“1”以两线间的电压差为+2V~+6V；逻辑“0”以两线间的电压差为-2V~-6V。

差分传输：差分传世是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。逻辑“1”可以表示为T+比T-电压高，逻辑“0”可以表示为T+比T-电压低，极大的增加了传输的抗干扰能力。

RS422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”。

RS422也采用4线差分传输方式。

在RS422总线中：逻辑“1”以两线间的电压差为+2V~+6V；逻辑“0”以两线间的电压差为-2V~-6V。

LVDS通常是指低压差分信号，全称Low Voltage Differential Signaling，差分对输入输出。

LVDS物理接口使用1.2V偏置电压作为基准，提供大约400mV的摆幅。内部有一个恒流源3.5~4mA，在差分线上改变方向来表示“0”和“1”。通过外部的100Ω电阻转换为±350mV的差分电平。

编码器基于是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。通常编码器会将角位移或直线位移转换成电信号，意大利Alkeria相机支持的逻辑电平为TTL、CMOS、RS422、RS485。

在机器视觉上使用编码器通常用于线扫相机，不使用线扫相机时，需要根据物体运动速度、工作距离来计算线周期（线扫相机频率），并且在物体运动速度有所改变的情况下，物体会发生变形，影响图像的采集。

使用编码器固定在与传送带或导轨同轴后，只需要计算一次单个脉冲下线扫相机扫描宽度与实际相匹配，在保证工作距离不变的情况下，即可实现传送带变速运动时，获取完美不变形的图像。

假定一旋转编码器原始设定2000脉冲/圈，线扫相机为4K7μ，搭配使用35mm线扫镜头，一物体被放置在如下传送带上，转轴的直径为100mm，如何摆放线扫相机来保证图像不变形？

编码器安装在转轴中心位置，转轴转动一圈后，同轴的编码器也转动一圈，并发出2000个脉冲，已知转轴直径为100mm，可以得出传送带移动约314.16mm，每个脉冲发出时线扫相机扫描一行4096像素的图像，则在一个脉冲内需扫描约0.1571mm，可直接计算出线扫相机放置在离传送带约785.4mm远处时，只要在线扫相机极限行频范围内，无论传送带速度变化为多少，线扫相机始终可以采集到完美不变形的图像。

意大利Alkeria线扫相机触发引脚图如下：

意大利Alkeria相机支持RS-422、RS-644（即LVDS）、LV-TTL（低压TTL）、LV-CMOS（低压CMOS）逻辑电平信号，即可支持编码器触发线扫，采集不变形的图像。

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