常州大学增量式编码器方向判别和计数电路设计显示电路

学号：13481120

常州大学

《机电一体化系统》课程设计

题目增量编码器方向判别和计数电路设计

学生王春来

学院机械工程学院专业班级机电131

校内指导教师俞竹青专业技术职务教授

校外指导老师专业技术职务

二○一七年一月

任务书

1．设计题目

增量编码器方向判别和计数电路设计

2. 设计内容

设计内容主要包括：查资料、总体设计、原理图、元器件选型、PCB、课程设计说明书六个部分。课程设计的最后要求是写出课程设计说明书，把总体设计、原理图、元器件选型、PCB过程进行全面的说明，上升到一定高度。

具体设计步骤如下：

2.1总体方案设计

根据技术指标的功能要求，确定电路的总体构成，一般为信号拾取电路、信号处理电路、显示电路等。

2.2关键元器件选型

根据技术要求和设计总体方案选择合适的元器件，以实现电路的功能。

2.3电路原理图

根据设计总体方案和关键元器件的型号参数设计电路原理图。

2.4 PCB图

根据电路原理图和元器件封装形式设计PCB图。

2.5 编写设计说明书

把设计过程的总体设计方案、参数计算、元器件选型依据、实现的波形等内容编写成设计说明书。

增量式编码器方向判别和计数电路设计

摘要：本设计电路分为电源电路、方向判别电路和计数电路。电源电路通过变压器降压和全桥整流，将交流电压转化成单脉冲电压。然后使用电容滤波和稳压器稳压，将电压控制在各芯片的电源电压5V。方向判别电路由芯片AT288a芯片根据A、B两信号顺序，将增量式编码器的两相脉冲信号转化为正向和反向的脉冲信号，来作为计数电路的输入方向信号。计数电路是将两片74LS192组合实现8位电路计数的功能。

因为正转时A相超过B相90°，反转时A相落后B相°，而且脉冲的个数与位移量成比例的关系，当对象发生变化时，对脉冲个数的计算（有方向地累加和减少）得到相应的位移，可以更好地实现闭环有效的控制。

最后将计数电路所得到的二进制转数利用74LS283和74LS46的芯片转化成BCD码在LED数码管上显示。

关键词：增量式编码器；电源电路；判别电路；计数电路；显示电路

目录

摘要 (Ⅱ)

1绪论 (1)

1.1增量式编码器简介 (1)

1.2桥式整流电路简介 (3)

1.3 七段数码管简介 (3)

2 总体方案的设计 (6)

2.1电路工作流程 (6)

2.2总体方案设计 (6)

3 电源电路设计 (8)

3.1变压器选择 (8)

3.2整流桥选择 (8)

3.3稳压器AMS1117简介 (9)

3.4电源电路原理图设计 (11)

4方向判别电路设计 (12)

4.1芯片ST288A简介 (12)

4.2反相器74LS04简介 (14)

4.3方向判别电路设计 (15)

5 计数电路设计 (17)

5.1 芯片74LS192简介 (17)

5.2 增量式光电编码器计数电路设计 (19)

6 显示电路设计 (21)

6.1 译码器74LS48简介 (21)

6.2 显示电路设计 (23)

7 设计总结 (24)

参考文献 (25)

附录A电路原理图及PCB图 (26)

附录B 元器件购买信息 (27)

1.绪论

1.1 增量式编码器简介

增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。

1）工作原理

图 1.1.1 编码器工作原理

在一个码盘的边缘上开有相等角度的缝隙（分为透明和不透明部分），在开缝码盘两边分别安装光源及光敏元件。当码盘随工作轴一起转动时，每转过一个缝隙就产生一次光线的明暗变化，再经整形放大，可以得到一定幅值和功率的电脉冲输出信号，脉冲数就等于转过的缝隙数。将该脉冲信号送到计数器中去进行计数，从测得的数码数就能知道码盘转过的角度。

2）正反转输出脉冲信号

在光电码盘上配置A 、B 双路发光二极管等电子元件组成的检测装置，检测双路A V 、B V 脉冲信号，相位相差90°。当A 相B 相超前90°时，是正转；A 相滞后B 相90°时，是反转。如下图所示

图1.1.2 增量式编码器输出正反转波形

3）编码器的精度

增量式编码器的测量精度是由光栅盘的栅数决定的。一般的，光栅盘的栅数增加到300，500，1000，则将一周分为300份，500份，1000份，光电编码器的测角精度就会分成不同的精度等级。

光电编码器的测量准确度与码盘圆周上的狭缝条纹数n 有关，能分辨的角度α为：

n 360

=α

（1-1） n 1=

分辨率 （1-2） 例如：码盘边缘的透光槽数为1024个，则能分辨的最小角度：

352.01024

360==

α 4）光电编码器的应用 —角度测量。例如：汽车驾驶模拟器，对方向盘旋转角度的测量选用光电编码器作为传感器；重力测量仪，采用光电编码器，把他的转轴与重力测量仪中补偿旋钮轴相连。

—长度测量。例如：计米器，利用滚轮周长来测量物体的长度和距离；拉线位移传感器，利用收卷轮周长计量物体长度距离。

—速度测量。例如：线速度，通过跟仪表连接，测量生产线的线速度；角速度，通过编码器测量电机、转轴等的速度测量。

—位置测量。例如：在机床方面，记忆机床各个坐标点的坐标位置，如钻床等；自动化控制方面，控制在牧歌位置进行指定动作。如电梯、提升机等。

—同步控制，通过角速度或线速度，对传动环节进行同步控制，以达到张力控制 。