導(dǎo)語：正交編碼器解碼器電路設(shè)計(jì)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1基于Multisim12的正交編碼器與解碼器的電路設(shè)計(jì)與仿真

基于Multisim12的正交編碼與解碼器的設(shè)計(jì)與仿真的整體設(shè)計(jì)，其中主要包括正交編碼器與正交解碼器兩大部分。正交編碼器部分主要包括積分電路、過零比較電路、換向開關(guān)等，其主要功能是形成兩路相位差為90°的穩(wěn)定方波信號(hào)。正交解碼器部分主要包括倍頻電路、上下行計(jì)數(shù)器等，其主要功能是判斷信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)反映出電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向等工作狀態(tài)。

1.1信號(hào)源模塊

輸入信號(hào)的頻率與產(chǎn)生輸入信號(hào)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速正相關(guān)。因此，為更好地模擬出正交編碼的過程，本文采用RC正弦波振蕩器，設(shè)計(jì)的50Hz正弦波振蕩器。

1.2過零比較電路模塊

在進(jìn)行交流信號(hào)的移相后，對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行過零比較，從而得到直流電壓信號(hào)，過零比較模塊。其輸出的即為穩(wěn)定的方波信號(hào)，且兩路信號(hào)相位差仍穩(wěn)定為1.4倍頻電路模塊在實(shí)際應(yīng)用中往往為了追求更高的精度而把返回的信號(hào)頻率進(jìn)行4倍頻。具體設(shè)計(jì)的倍頻電路模塊。在本仿真設(shè)計(jì)中，選用了比較典型的D觸發(fā)器74LS74。為了模擬正交編碼器在測量過程中正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)方向判斷，設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)用于切換方向。當(dāng)開關(guān)處于不同的狀態(tài)時(shí)，編碼器部分會(huì)顯示出不同的方向，從而解碼器部分的計(jì)數(shù)器就會(huì)顯示出不同的計(jì)數(shù)狀態(tài)（遞增計(jì)數(shù)或遞減計(jì)數(shù)）。因此，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)與開關(guān)狀態(tài)保持一致，由計(jì)數(shù)器狀態(tài)反映出正交編碼器所編碼的電機(jī)信號(hào)，進(jìn)而判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

1.3計(jì)數(shù)器電路模塊

為了實(shí)現(xiàn)正向和方向的計(jì)數(shù)模式，設(shè)計(jì)中選擇了可上下行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器74LS190。將74LS190的進(jìn)位輸出接到下一級(jí)計(jì)數(shù)器的使能端上，即構(gòu)成了一個(gè)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。其中74LS190控制方向的信號(hào)線由編碼器1.4倍頻電路模塊在實(shí)際應(yīng)用中往往為了追求更高的精度而把返回的信號(hào)頻率進(jìn)行4倍頻。具體設(shè)計(jì)的倍頻電路模塊。在本仿真設(shè)計(jì)中，選用了比較典型的D觸發(fā)器74LS74。為了模擬正交編碼器在測量過程中正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)方向判斷，設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)用于切換方向。當(dāng)開關(guān)處于不同的狀態(tài)時(shí)，編碼器部分會(huì)顯示出不同的方向，從而解碼器部分的計(jì)數(shù)器就會(huì)顯示出不同的計(jì)數(shù)狀態(tài)（遞增計(jì)數(shù)或遞減計(jì)數(shù)）。因此，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)與開關(guān)狀態(tài)保持一致，由計(jì)數(shù)器狀態(tài)反映出正交編碼器所編碼的電機(jī)信號(hào)，進(jìn)而判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

1.4計(jì)數(shù)器電路模塊

為了實(shí)現(xiàn)正向和方向的計(jì)數(shù)模式，設(shè)計(jì)中選擇了可上下行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器74LS190。將74LS190的進(jìn)位輸出接到下一級(jí)計(jì)數(shù)器的使能端上，即構(gòu)成了一個(gè)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。其中74LS190控制方向的信號(hào)線由編碼器部分信號(hào)處理電路給出，從而決定計(jì)數(shù)方式是遞增或遞減。

1.5整體電路

將上述各模塊進(jìn)行連接，并以數(shù)碼管顯示，即為模擬正交編碼器與解碼器的設(shè)計(jì)電路圖。

1.6擴(kuò)展部分

在正交編碼與解碼器的基本電路的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高仿真電路的實(shí)用性與完整性，更好的將輸入信號(hào)中包含的速度信息反映出來，本文為正交編碼與解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)了直流穩(wěn)壓電源模塊、無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器模塊與乘法器模塊等三部分。這三個(gè)模塊可以配合正交編碼與解碼系統(tǒng)，保證系統(tǒng)更穩(wěn)定、更持久的工作，同時(shí)解讀出輸入信號(hào)中包含的更多信息。

（1）直流穩(wěn)壓電源模塊。在設(shè)計(jì)過程中，大部分芯片的供電均為5V直流電。為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的可行性與實(shí)用性，可利用5V直流電壓穩(wěn)壓模塊給系統(tǒng)供電。首先，利用變壓器對(duì)220V通用交流電進(jìn)行降壓處理。然后，對(duì)直流電進(jìn)行整流、濾波處理，運(yùn)用模擬電路知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)電橋整流。在整流電橋后接入一系列電容，同時(shí)配合使用穩(wěn)5V芯片LM7805[6]。

（2）無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器模塊。多諧振蕩器是利用深度正反饋，通過阻容耦合使兩個(gè)電子器件交替導(dǎo)通與截止，從而自激產(chǎn)生方波輸出的振蕩器，常用作方波發(fā)生器[7]。多諧振蕩器又稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（AstableOperation），它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)，兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。在本設(shè)計(jì)中，采用555定時(shí)器產(chǎn)生矩形波脈沖信號(hào)，用于提供芯片時(shí)鐘信號(hào)。

（3）乘法器模塊。為了計(jì)算出輸入信號(hào)所包含的速度信息，本設(shè)計(jì)拓展了一個(gè)乘法器模塊，具體組成是通過使用5個(gè)移位寄存器74LS194實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)的逐位相乘，每次相乘的結(jié)果均由74LS283芯片進(jìn)行移位加和，從而得出二進(jìn)制數(shù)相乘的結(jié)果。由于四位二進(jìn)制數(shù)表示的最大值為十進(jìn)制的15，所以，乘法所得結(jié)果[8]最大為225。速度值與輸入信號(hào)的頻率成正比，在編碼器編碼過程中，信號(hào)的頻率不變，而計(jì)數(shù)器數(shù)值遞增或遞減速度與變換后的信號(hào)頻率成正比。因此，只需將計(jì)數(shù)器的變化速率與系統(tǒng)固有的系數(shù)值相乘，即可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。計(jì)數(shù)器變化速率可以用極短時(shí)間內(nèi)（如幾秒）數(shù)值的變化量近似代替。

2結(jié)語

本文以Multisim12為平臺(tái)，模擬設(shè)計(jì)了編碼與解碼電機(jī)運(yùn)動(dòng)編碼與解碼器。仿真計(jì)數(shù)結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)可以較好地展示出電機(jī)的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)動(dòng)快慢。此外，由于采用了倍頻電路，計(jì)數(shù)精度較高，從而為提高精確測量與控制提供了保證。

作者:王玲陳遠(yuǎn)超單位:北京科技大學(xué)