增量式光電編碼器信號處理電路的設計與實(shí)現

輸入脈沖fi經(jīng)R1、C1組成的微分電路加到輸入比較器的反相輸入端。輸入比較器的同相輸入端經(jīng)電阻R2、R3分壓而加有約2Vcc／3的直流電壓，反相輸入端經(jīng)電阻R1加有Vcc的直流電壓。當輸入脈沖的下降沿到來(lái)時(shí)，經(jīng)微分電路R1、C1產(chǎn)生一負尖脈沖疊加到反相輸入端的Vcc上，當負向尖脈沖大于Vcc／3時(shí)，輸入比較器輸出高電平使觸發(fā)器置位，此時(shí)電流開(kāi)關(guān)打向右邊，電流源IR對電容CL充電，同時(shí)因復零晶體管截止而使電源Vcc通過(guò)電阻Rt對電容Ct充電。當電容CL兩端電壓達到2Vcc／3時(shí)，定時(shí)比較器輸出高電平使觸發(fā)器復位，此時(shí)電流開(kāi)關(guān)打向左邊，電容CL通過(guò)電阻RL放電，同時(shí)，復零晶體管導通，定時(shí)電容Ct迅速放電，完成一次充放電過(guò)程。此后，每當輸入脈沖的下降沿到來(lái)時(shí)，電路重復上述的工作過(guò)程。從前面的分析可知，電容CL的充電時(shí)間由定時(shí)電路Rt、Ct決定，充電電流的大小由電流源IR決定，輸入脈沖的頻率越高，電容CL上積累的電荷就越多，輸出電壓(電容CL兩端的電壓)就越高，實(shí)現了頻率電壓的變換。其中，輸出電壓Vo與fi的關(guān)系為：
Vo=-2．09RLRtCt／Rs (1)
R3的取值為：
R3=(Vcc-2 V)／0．2 mA (2)
電容C1的選擇不宜太小，要保證輸入脈沖經(jīng)微分后有足夠的幅度來(lái)觸發(fā)輸入比較器，但電容C1小些有利于提高轉換電路的抗干擾能力。電阻RL和電容CL組成低通濾波器。電容CL大些，輸出電壓Vo的紋波會(huì )小些，電容CL小些，當輸入脈沖頻率變化時(shí)，輸出響應會(huì )快些。這些因素在實(shí)際運用時(shí)要綜合考慮。
在具體應用時(shí)需注意，輸入頻率脈沖信號經(jīng)RC微分電路加至LM331內的輸入比較器，脈沖下降沿有效，而LS7084的CLK輸出端已是負尖脈沖信號，所以L(fǎng)M331的6腳和8腳之間無(wú)須接微分電路?？紤]到同一型號編碼器有不同的分辨率，本電路中，在LM331的1腳輸出端專(zhuān)門(mén)設計了四位SW3撥碼開(kāi)關(guān)電路，分別連接不同的電阻，即RL可以取10 kΩ、50 kΩ、100 kΩ、500 kΩ。電阻選擇方法如下。
1)計算輸入頻率：
fi=最高轉速(轉／分鐘)÷60x編碼器分辨率(Pules／Review．) (3)
注意：輸入頻率不得超過(guò)100 kHz。
2)計算電阻值：
R=109÷(fix1．895) (4)
選擇低于并最接近所計算出來(lái)的電阻值的電阻，也可以選擇多個(gè)電阻并聯(lián)的方式進(jìn)行設置。
2．4 其他部分電路設計
電源部分將24 V直流輸入電壓轉換成±15 V，+5 V，-12 V，用以給整個(gè)電路中的各個(gè)芯片供電。其中，專(zhuān)業(yè)電源轉換芯片LT1111構成反極性降壓電路，輸出-15V。
編碼器輸入信號部分針對2RHIB型光電編碼器的4種不同輸出信號，采用不同的接受信號芯片，從而進(jìn)行后續處理。輸入信號選擇的缺省連接為“TP-標準”或“TP-差分”。
電壓調整部分采用LM324運放，對LM331輸出的電壓根據實(shí)際需求進(jìn)行調整。本電路設計了兩路電壓輸出，互為反相。其中，兩路輸出電壓均為可調。

3 電路調試
準備萬(wàn)用表、示波器和平口螺絲刀。按編碼器上各個(gè)顏色的線(xiàn)的定義正確接線(xiàn)，檢查電路板下沒(méi)有雜物，附近沒(méi)有熱源。檢查完畢確保無(wú)誤，給電路上電。
用萬(wàn)用表測量電源部分的+15 V，+5 V電壓是否正確。若不正確，檢查相關(guān)電路。然后，用螺絲刀調節LT1111芯片8腳輸出端的電位器，使輸出-15 V。注意，-15 V的數值應與+15V對稱(chēng)，以確保運放LM324的正、負供電電源對稱(chēng)。最后測量-12V電壓。
用示波器分別測光耦的輸入、輸出、LS7084的兩路輸入信號、UP／DN輸出、CLK輸出波形以及正反轉指示燈是否指示正確。當編碼器正轉時(shí)，UP／DN應輸出高電平，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮；反之，低電平，綠色發(fā)光二極管點(diǎn)亮。CLK輸出波形應能觀(guān)察到負尖脈沖。
將LM331的1腳的撥碼開(kāi)關(guān)選擇100 k檔，編碼器的輸入頻率選擇10．8 kHz，用萬(wàn)用表測量輸出電壓。分別調節兩路輸出電壓的電位器，測量?jì)陕份敵鲭妷菏欠穹聪?，數值是否正確。其中，順時(shí)針調節電位器，幅值減小，反之增大。注意，運放的實(shí)際輸出電壓值可能跟理論計算值存在誤差，這時(shí)，首先檢查運放的正、負電源是否對稱(chēng)，平衡電阻是否選擇正確，若均無(wú)誤，則應多次調節電位器，使誤差最小。調試完成后，斷電。

4 結束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)系統的最終調試，本電路作為增量式光電編碼器輸出信號的處理電路是合適的，并且能夠保證信號輸出的穩定和精度。實(shí)踐證明，此電路簡(jiǎn)單、可靠，具有一定的實(shí)用價(jià)值。