數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計正交解碼電路的設(shè)計

1、設(shè)計題目：正交解碼電路的設(shè)計組長： 班級 學(xué)號 同組成員：說明：百分比為每位同學(xué)對設(shè)計的貢獻(xiàn)部分，總和應(yīng)為100%功能描述：1、 計數(shù)功能：此電路可以對脈沖進(jìn)行計數(shù)。從而可以對編碼器返回的變化的頻率的脈沖進(jìn)行計數(shù)，實現(xiàn)對速度和角度進(jìn)行測量。2、 倍頻功能：對編碼器返回的脈沖進(jìn)行倍頻，以提高編碼器的精度。3、 方向鑒定：編碼器的返回是兩路具有90相位差的方波信號。正轉(zhuǎn)時，相位差為90，而反轉(zhuǎn)時相位差為-90。本電路可以識別編碼器正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。 4、 加減計數(shù)：由于有識別電路，所以電路可以自動改變計數(shù)的方向。設(shè)計背景：編碼器常用于測量電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向，它有兩路信號返回，兩者相差90相位差。通過相位差

2、的正負(fù)來判斷電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。通過在單位時間內(nèi)對脈沖計數(shù)計算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在某些單片機(jī)如stm32中，有專門用來處理編碼器信號的接口，使用較為方便，但是在一些低端的單片機(jī)如51單片機(jī)中卻沒有專門用來處理的接口。本電路的設(shè)計，目的在于通過外圍電路對編碼器的信號進(jìn)行處理，減輕單片機(jī)的負(fù)荷，提高單片機(jī)的使用效率。同時，本電路將編碼器信號進(jìn)行倍頻處理，從而提高了編碼器的精度。編碼器的返回波形如下圖正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)預(yù)期效果方案設(shè)計：1. 總體設(shè)計思路： 電路框圖：編碼器信號產(chǎn)生電路4倍頻電路鑒相器模10up/down計數(shù)器74ls190帶bcd譯碼的數(shù)碼管以下是電路仿真整體圖：下面進(jìn)行電路的詳解：模擬部分：由于本電

3、路主要是針對編碼器的輸出信號進(jìn)行處理。而仿真軟件中沒有現(xiàn)成的編碼器信號。所以我們先用模擬電路產(chǎn)生了具有90相位差的方波信號。如圖。在如上的電路圖當(dāng)中，由正弦波發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波分成2路，一路經(jīng)過積分電路，得到兩路具有90相位差的正弦波信號。如圖。由于積分電路的放大倍數(shù)過大，得到了信號已經(jīng)失真。然后兩路具有90相位差的正弦波信號經(jīng)過一個過零比較器得到兩路具有90相位差的方波信號。如圖。到此我們模擬的編碼器的輸出信號就完成了。倍頻電路：倍頻主要是提取脈沖的跳變沿，再將兩路倍頻的信號進(jìn)行“異或”得到相對原來的單通道信號四倍頻的信號。如圖。左邊的兩片74ls74 d觸發(fā)器完成對信號的倍頻?？驁D如下：下

4、表d觸發(fā)器的真值表：74ls86d的引腳分布和真值表：a為編碼器的信號，clk為頻率比編碼器高2倍以上的時鐘信號。當(dāng)b和c相同時，d輸出為低，當(dāng)b和c不同時d輸出為高。因此，每次a發(fā)生跳變時d都產(chǎn)生一個脈沖。脈沖的寬度等于clk的寬度。d的輸出信號相對于a就倍頻了。仿真截圖如下：對另一路信號的處理是一樣的，得到兩路經(jīng)過倍頻的后的信號再經(jīng)過“異或門”得到四倍頻的信號。仿真截圖如下：到此我們電路的倍頻部分就完成了。方向識別電路： 該部分包括換向部分和辨向部分。由于在一些應(yīng)用當(dāng)中，編碼器需要測出轉(zhuǎn)動的方向。所以我們在電路當(dāng)中加入了2個開關(guān)用于改變兩路輸出信號的相位差，從而模擬出電機(jī)正反轉(zhuǎn)時編碼器返回

5、的信號變化。如圖。在仿真中按下空格鍵用于切換開關(guān)的狀態(tài)（2個開關(guān)必須同時切換）。切換后，相位差由原來的90變?yōu)?90。為了識別方向，我們使用了一個d觸發(fā)器，輸出的信號的高低代表了其方向。電路截圖如下：正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)a,b接到d觸發(fā)器的d和clk端。當(dāng)d上升沿時，如果b超前a90，d輸出為低。如果b落后a90，則輸出為高。這樣，一個d觸發(fā)器就完成了方向識別的功能。最后將d觸發(fā)器的輸出端接到計數(shù)器的up/down控制端口上控制計數(shù)的方向。計數(shù)部分：74ls190是模10的up/down計數(shù)器。按圖12連接兩片74ls190可以實現(xiàn)模100的up/down計數(shù)器。最后將信號輸出端接到帶bcd譯碼的數(shù)碼管上，顯示當(dāng)前計數(shù)。電路如圖：2.個人承擔(dān)的工作：程順均的工作主要是負(fù)責(zé)方案的整體設(shè)計，任務(wù)的分配以及電路的設(shè)計。樊斌負(fù)責(zé)模擬碼盤信號源，以及倍頻電路的設(shè)計和仿真。戴豪礽，魏淼和郭強(qiáng)主要負(fù)責(zé)部分電路的仿真資料匯總以及報告的撰寫?？偨Y(jié)：該電路的設(shè)計滿足了前面對功能的敘述，能對碼盤信號進(jìn)行處理，具有計數(shù)、倍頻、辨別方向的功能，能將從碼盤得到的相位相差90度的方波信號進(jìn)行處理，得到具有方向的計數(shù)信息。該電路可以用于