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
一种增量编码器的接口电路设计
• 199•引言：在自动控制领域，电编码器常用于速度与位置的检测。
增量式编码器不能直接获得转动系统的速度和位置信息，只能通过处编码器输出的两路脉冲信号来计算这两个位置的相对角度差。
本文设计了一种通用的增量式编码器计数和辨向电路，可以将编码器输出的两路脉冲信号处理为倍频脉冲信号和转向电平信号，直接进入单片机处理器进行计数和判定旋转方向。
1.编码器接口电路原理增量式编码器跟随电机转动时，会输出 A 、B 两路脉冲信号，相位相差90°。
脉冲的个数代表转动角度，频率代表转动速度，A 、B 两相信号的超前或者滞后关系代表编码器的转动方向，如图1所示。
图1 增量式编码器信号输出2.编码器接口电路设计及仿真增量式编码器接口电路由积分电路、两个施密特非门电路、四个异或门电路和三个D 触发器组成，如图2所示。
一种增量编码器的接口电路设计湖南铁道职业技术学院 刘 彤 赵巧妮集美大学轮机工程学院 刘 传图2 增量式编码器接口电路A 、B 两相信号分别与各自经过积分电路的信号做异或运算，在A 相信号发生变化时，异或门U3A 输出端口将产生一个跳变沿，B 相信号发生变化时，异或门U3B 输出端口也将产生一个跳变沿。
异或门的跳变沿输出信号分别接入两个D 触发器的时钟触发端，为信号的判读提供时钟。
当A 相异或输出信号U3A 为D 触发器U4A 提供时钟脉冲，A 、B 两相信号进行异或经U3C 输出到D 触发器U4A 的D 端口。
如果A 相信号超前B 相信号90度，D 触发器U4A 的Q 端输出低电平的转动方向信号，如图3所示。
• 200•图3 A相超前B相90度方向信号仿真如果A 相信号滞后B 相信号90度，D 触发器U4A 的Q 端输出高电平的转动方向信号，如图4所示。
图4 B相超前A相90度方向信号仿真A 相跳变沿信号输出接D 触发器U5B 时钟触发端，B 相信号接U5B 的D 输入端，B 相跳变沿信号输出接D 触发器U5A 时钟触发端，A 相信号接U5A 的D 输入端，D 触发器U5A 和U5B 的输出端经异或门电路U3D ，在跳变沿的时钟下严格输出倍频信号，增加了计数脉冲数量，提高测量精度，倍频仿真波形如图5所示。
增量式编码器的应用原理
增量式编码器的应用原理1. 什么是增量式编码器？增量式编码器是一种测量旋转或线性运动的设备，它通过检测位置变化的脉冲数来确定运动的大小和方向。
它通常由旋转编码器和线性编码器组成。
2. 旋转编码器的工作原理旋转编码器是一种传感器，常见的类型包括光电式编码器和磁式编码器。
下面以光电式编码器为例，介绍旋转编码器的工作原理。
2.1 光电式编码器的组成光电式编码器由光源、光电传感器和编码盘组成。
编码盘上有一系列的透明和不透明的刻线，光源照射在编码盘上，光电传感器接收到反射回来的光信号。
2.2 光电式编码器的工作原理当旋转编码器转动时，光线会在透明和不透明的刻线之间交替，光电传感器会依次感受到光和暗。
根据光电传感器感受到的光和暗的变化情况，可以计算出旋转的角度。
2.3 旋转编码器的输出信号旋转编码器的输出信号通常是一个脉冲序列，每个脉冲对应着编码器转动的一个固定角度。
通过计算脉冲数，可以确定旋转的相对位置和方向。
3. 线性编码器的工作原理线性编码器用于测量线性运动，常见的类型包括光栅尺和线性光电编码器。
下面以光栅尺为例，介绍线性编码器的工作原理。
3.1 光栅尺的组成光栅尺由导轨、刻线、读取头和光电传感器组成。
刻线是一系列的透明和不透明的线条，读取头安装在测量目标上，光电传感器接收到反射回来的光信号。
3.2 光栅尺的工作原理当测量目标移动时，光线会在透明和不透明的线条之间交替，光电传感器会依次感受到光和暗。
根据光电传感器感受到的光和暗的变化情况，可以计算出线性运动的大小。
3.3 线性编码器的输出信号线性编码器的输出信号通常是一个脉冲序列，每个脉冲对应着线性运动的一个固定距离。
通过计算脉冲数，可以确定线性运动的相对位置和方向。
4. 增量式编码器的应用增量式编码器广泛应用于机械设备和自动化控制系统中，常见的应用场景包括：•位置测量：增量式编码器可以用于测量机械装置的位置，例如机械臂的关节角度。
•速度测量：通过对增量式编码器的脉冲数进行计数，可以计算出机械装置的运动速度。
实验3 编码器、译码器及应用电路设计
实验三编码器、译码器及应用电路设计一、实验目的：1、掌握中规模集成编码器、译码器的逻辑功能测试和使用方法；2、学会编码器、译码器应用电路设计的方法；3、熟悉译码显示电路的工作原理。
二、实验原理：1、什么是编码：教材说：用文字、符号、或者数字表示特定对象的过程称为编码具体说：编码的逻辑功能是把输入的每个高、低电平信号编成对应的二进制代码2、编码器74LS147的特点及引脚排列图：74LS147是优先编码器，当输入端有两个或两个以上为低电平，它将对优先级别相对较高的优先编码。
其引脚排列图：3、什么是译码：译码是编码的逆过程，把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出，译码器广泛用于代码转换、终端的数字显示、数据分配、组合控制信号等。
译码器按照功能的不同，一般分为三类：（1）变量译码器（用以表示输入变量的状态）74LS138的特点及其引脚排列图：ABC是地址输入端，Y0—Y7是输出端，G1、G2A’、G2B’为使能端，只有当G1=G2A’=G2B’=1时，译码器才工作。
（2）码制变换译码器：用于同一个数据的不同代码之间的相互转换，代表是4—10线译码器译码器74LS42的特点及其引脚排列图：译码器74LS42的功能是将8421BCD码译成10个对象其原理与74LS138类同，只不过它有四个输入端，十个输出端，4位输入代码0000—1111十六种状态组合其中有1010—1111六个没有与其对应的输出端，这六组代码叫做伪码，十个输出端均为无效状态。
（3）数码显示与七段译码驱动器：将数字、文字、符号的代码译成数字、文字、符号的电路a、七段发光二极管数码显示管的特点：（共阴极）b、七段译码驱动器：此类译码器型号有74LS247（共阳）、74LS248（共阴）、CC4511（共阴）等等，本实验采用CC4511BCD码（锁存／七段译码／驱动器）来驱动共阴数码管。
图6—5为CC4511引脚排列：4、在本数字电路实验装置上已完成了译码器74LS48和数码管之间的连接图。
增量型编码器工作原理
增量型编码器工作原理
增量型编码器是一种常用于测量旋转角度或线性位置的传感器。
它们是通过检测旋转轴或运动杆上的离散位置变化来工作的。
增量型编码器主要由两个部分组成：旋转码盘或线性刻度和光电传感器。
旋转码盘通常由一个圆盘构成，上面有固定间距的刻度线。
这些刻度线可以是光学或磁性的。
光电传感器放置在旋转轴的旁边，可以对刻度线进行检测。
当旋转码盘旋转时，刻度线会经过光电传感器的光束。
光电传感器会根据刻度线的通过情况来生成一个脉冲信号。
每次刻度线通过光电传感器时，它会生成一个脉冲。
通过统计脉冲的数量，我们可以计算出旋转编码器的旋转角度或线性位移。
通常，旋转编码器的每个完整旋转提供一个特定的脉冲数量，可以称为分辨率。
为了提高测量精度，增量型编码器通常还包括一个方向信号。
方向信号指示旋转编码器的旋转方向，通常是一个电平信号，用于判断是顺时针旋转还是逆时针旋转。
可以通过读取脉冲信号和方向信号来实时监测旋转编码器的旋转状态，并将其转换为实际的旋转角度或线性位移。
总结来说，增量型编码器通过检测旋转码盘上的刻度线通过光
电传感器生成脉冲信号来测量旋转角度或线性位移。
这些脉冲信号可以通过计数来确定位置，并通过方向信号确定旋转方向。
增量式编码器工作原理超详细图解
增量式编码器工作原理超详细图解返回列表←增量式编码器工作原理超详细图解文章来源：发布时间：2019/04/12 点击数：3123 旋转编码器是由光栅盘（又叫分度码盘）和光电检测装置（又叫接收器）组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光栅盘与电机同轴，电机旋转时，光栅盘与电机同速旋转，发光二极管垂直照射光栅盘，把光栅盘图像投射到由光敏元件构成的光电检测装置（接收器）上，光栅盘转动所产生的光变化经转换后以相应的脉冲信号的变化输出。
编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料等。
玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高。
金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性也比玻璃的差一个数量级。
塑料码盘成本低廉，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。
编码器以信号原理来分，有增量式编码器（SPC）和绝对式编码器（APC），顾名思义，绝对式编码器可以记录编码器在一个绝对坐标系上的位置，而增量式编码器可以输出编码器从预定义的起始位置发生的增量变化。
增量式编码器需要使用额外的电子设备（通常是PLC、计数器或变频器）以进行脉冲计数，并将脉冲数据转换为速度或运动数据，而绝对式编码器可产生能够识别绝对位置的数字信号。
综上所述，增量式编码器通常更适用于低性能的简单应用，而绝对式编码器则是更为复杂的关键应用的最佳选择--这些应用具有更高的速度和位置控制要求。
输出类型取决于具体应用。
1、增量式旋转编码器工作原理增量式旋转编码器通过两个光敏接收管来转化角度码盘的时序和相位关系，得到角度码盘角度位移量的增加（正方向）或减少（负方向）。
增量式旋转编码器的工作原理如下图所示。
图中A、B两点的间距为S2，分别对应两个光敏接收管，角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。
当角度码盘匀速转动时，可知输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值相同，同理，当角度码盘变速转动时，输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。
增量式编码器的工作原理
增量式编码器的工作原理————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：增量式编码器的工作原理增量式编码器的工作原理如图1所示。
它由主码盘、鉴向盘、光学系统和光电变换器组成。
在图形的主码盘（光电盘）周边上刻有节距相等的辐射状窄缝，形成均匀分布的透明区和不透明区。
鉴向盘与主码盘平行，并刻有a、b两组透明检测窄缝，它们彼此错开1/4节距，以使A、B两个光电变换器的输出信号在相位上相差90°。
工作时，鉴向盘静止不动，主码盘与转轴一起转动，光源发出的光投射到主码盘与鉴向盘上。
当主码盘上的不透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线被全部遮住，光电变换器输出电压为最小；当主码盘上的透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线全部通过，光电变换器输出电压为最大。
主码盘每转过一个刻线周期，光电变换器将输出一个近似的正弦波电压，且光电变换器A、B的输出电压相位差为90°。
图1 增量式编码器工作原理图2 光电编码器的输出波形光电编码器的光源最常用的是自身有聚光效果的发光二极管。
当光电码盘随工作轴一起转动时，光线透过光电码盘和光栏板狭缝，形成忽明忽暗的光信号。
光敏元件把此光信号转换成电脉冲信号，通过信号处理电路后，向数控系统输出脉冲信号，也可由数码管直接显示位移量。
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：α=360°/n（1）分辨率=1/n（2）例如：码盘边缘的透光槽数为 1 024个，则能分辨的最小角度α=360°/1 024=0.352°。
为了判断码盘旋转的方向，必须在光栏板上设置两个狭缝，其距离是码盘上的两个狭缝距离的（m+1/4）倍，m为正整数，并设置了两组对应的光敏元件，如图1中的A、B光敏元件，有时也称为cos、sin 元件。
当检测对象旋转时，同轴或关联安装的光电编码器便会输出A、B两路相位相差90°的数字脉冲信号。
增量式编码器的工作原理与使用方法
1．工作原理旋转编码器是一种采用光电等方法将轴的机械转角转换为数字信号输出的精密传感器，分为增量式旋转编码器和绝对式旋转编码器。
光电增量式编码器的工作原理如下：随转轴一起转动的脉冲码盘上有均匀刻制的光栅，在码盘上均匀地分布着若干个透光区段和遮光区段。
增量式编码器没有固定的起始零点，输出的是与转角的增量成正比的脉冲，需要用计数器来计脉冲数。
每转过一个透光区时，就发出一个脉冲信号，计数器当前值加1，计数结果对应于转角的增量。
增量式编码器的制造工艺简单，价格便宜，有时也用来测量绝对转角。
2．增量式编码器的分类1）单通道增量式编码器内部只有一对光电耦合器，只能产生一个脉冲序列。
2）AB相编码器内部有两对光电耦合器，输出相位差为90°的两组脉冲序列。
正转和反转时两路脉冲的超前、滞后关系刚好相反。
由下图可知，在B相脉冲的上升沿，正转和反转时A 相脉冲的电平高低刚好相反，因此使用AB相编码器，PLC可以很容易地识别出转轴旋转的方向。
需要增加测量的精度时，可以采用4倍频方式，即分别在A、B相波形的上升沿和下降沿计数，分辨率可以提高4倍，但是被测信号的最高频率相应降低。
3）三通道增量式编码器内部除了有双通道增量式编码器的两对光电耦合器外，在脉冲码盘的另外一个通道有1个透光段，每转1圈，输出1个脉冲，该脉冲称为Z相零位脉冲，用做系统清零信号，或坐标的原点，以减少测量的积累误差。
2．编码器的选型首先根据测量要求选择编码器的类型，增量式编码器每转发出的脉冲数等于它的光栅的线数。
在设计时应根据转速测量或定位的度要求，和编码器的转速，来确定编码器的线数。
编码器安装在电动机轴上，或安装在减速后的某个转轴上，编码器的转速有很大的区别。
还应考虑它发出的脉冲的最高频率是否在PLC的高速计数器允许的范围内。
3．编码器与PLC高速计数器的配合问题以S7-200为例，使用单通道增量式编码器时，可选高速计数器的单相加/减计数器模式（模式0~5），可细分为有/无外部方向输入信号、有/无复位输入和有/无启动输入信号。
增量式光电编码器原理及其结构
增量式光电编码器原理及其结构增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。
它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。
一般来说，增量式光电编码器输出A、B 两相互差90°电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。
同时还有用作参考零位的Z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号。
标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。
增量式光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成，如图1-1 所示。
码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。
它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4 节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90°电度角。
当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差90°电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。
增量式光电编码器输出信号波形如图1-2 所示。
增量式光电编码器的优点是：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号传输距离较长，可靠性较高。
其缺点是它无法直接读出转动轴的绝对位置信息。
图 1-2 增量式光电编码器的输出信号波形1.2.2 基本技术规格在增量式光电编码器的使用过程中，对于其技术规格通常会提出不同的要求，其中最关键的就是它的分辨率、精度、输出信号的稳定性、响应频率、信号输出形式。
实验一增量式码盘原理及应用
实验一增量式码盘原理及应用一、实验目的：1、掌握光电编码器的工作原理与使用方法。
2、掌握T法测速的基本原理。
二、实验设备：1、EM400教学设备一台。
2、计算机一台。
3、双踪示波器一台。
三、实验原理：（一）光电编码器的工作原理以最常用的增量式光电编码器说明其原理（如图1-1）：图1-1增量式光电编码器的工作原理1发光二极管2光电圆盘3转盘缝隙4遮光板ABC光敏元件光电圆盘与被测轴连接，光线通过光电圆盘和遮光板的缝隙，在光电元件上形成明暗交替变化的条纹，在A、B光敏元件上产生近似于正弦波的电流信号，经放大整形电路变成相位相差90°的方波信号，如图1-2所示。
轴每转动一圈，只产生一个C相脉冲，用做参考零位的标志脉冲，在数控机床的进给控制中，C相脉冲用来产生机床的基准点。
A相和B相的相位差可用作电机的旋转方向判别，若A相超前于B相，对应电机作正向运动；反之，对应电机作反向运动。
该方波的前沿或后沿产生的计数脉冲，可以形成代表正向和反向位置的脉冲序列。
此外，在实际应用中，为了提高编码器信号的传输能力和抗干扰能力，每一相都以差分形式输出，如A相有A和A/一起差动输出。
A相B相C相图1-2光电编码器输出波形（二）编码器测速原理：在闭环伺服系统中，根据脉冲计数来测量转速的方法有以下三种：（1）在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度，称为M法测速；（2）测量相邻两个脉冲的时间来测量速度，称为T法测速；（3）同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T法测速。
以上三中测速方法中，M法适合于测量较高的速度，能获得较高分辨率；T法适合于测量较低的速度，这时能获得较高的分辨率；而M/T法则无论高速低速都适合测量。
由于PMAC控制器采用的是T法测速，所以以下只对T法测速进行介绍。
T法测速的原理是用一已知频率fc（此频率一般都比较高）的时钟脉冲向一计数器发送脉冲，计数器的起停由码盘反馈的相邻两个脉冲来控制，原理图见图1-3。
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。
实验二编码器、译码器及数码显示电路的设计与调试
VCC Y0
74LS138 C 3 B 2 A 1 G2A G2B G1 4 5 6 GND 8
K1
K2
K3
K5
K6
K7
Âß¼¿ª¹Ø
74LS138 3-8 线译码器实验电 路
(2)8线-3线优先编码器逻辑功能验证
8线-3线编码器功能表
输入 E1
输出 QC QB QA GS E0
01234567 xxxxxxxx 11111111 xxxxxxx0 xxxxxx01 xxxxx011
三、实验原理（续）
2.译码器 译码器也是组合电路的一部分。所谓译码,就是把 代码的特定含义“翻译”出来的过程,而实现译码操作 的电路称为译码器。译码器分成三类： （1）二进制译码器：如中规模2-4线译码器 74LS139,3-8线译码器74LS138等。 （2）二-十进制译码器：实现各种代码之间的转换,如 BCD码-十进制译码器74LS145等。 （3）显示译码器：用来驱动各种数字显示器,如共阴 数码管译码驱动74LS48（或74LS248）共阳数码管 译码驱动74LS47（或74LS247）等。
S使能输入端， 低电平有效， 表示编码器正 常工作
YS I 0 I1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 S
YEX =YS S
扩展输出端，代表电路工 作且有输入信号” 使能输出端，代表 电路工作但无输入 信号
芯片引脚图
2线---4线译码器
74LS138管脚功能及定义图
其工作原理如下：①当一个选 通端（E1）为高电平，另两个 选通端（(/E2))和/(E3)）为 低电平时，可将地址端①当一 个选通端（E1）为高电平，另 两个选通端（(/E2))和/(E3)） 为低电平时，可将地址（A0、 A1、A2）的二进制编码在Y0 至Y7对应的输出端以低电平译 出。比如：A2A1A0=110时， 则Y6输出端输出低电平信号7接4位拨动开关 8 9
增量型光电编码器抗抖动二倍频电路的设计
增量型光电编码器抗抖动二倍频电路的设计在某些工业自动控制领域、某些装备应用上，经常会遇到各种需要测量长度的场合，目前通常采用的是光电编码器。
光电编码器根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式、混合式三种。
它是一种集光、机、电为一体的传感器，具有精度高、响应快、性能稳定可靠等显著的优点，能够精确地检测角度、转速、位移等参数。
它可以将位移等物理量转变为数字脉冲信号，通过计算脉冲的个数，实现精确的位移测量。
然而由于工作环境等因素影响，增量型光电编码器输出信号中含有较多的抖动误码脉冲，将会引起误计数。
本文分析误码脉冲产生的原因，设计一种有效的滤波电路。
1 增量型编码器的工作原理增量型编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，它由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔，见图1。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，编码盘上涂有两道相差90°黑自相同的栅栏，分别称之为A道和B道。
其输出脉冲也是相差90°。
当编码器正向旋转时，A相比B相超前90°，当编码器反向旋转时，A相比B相滞后90°。
正常情况下编码器的输出波形如图1所示。
2 误码脉冲产生的原因及其滤除方法2．1 误码脉冲产生的原因为了说明误码脉冲的存在性，将编码器码盘局部放大。
图1中点0是编码器旋转轴的中心，圆角矩形代表码盘上A列和B列透光狭缝。
假定编码器一相信号处于某种状态，而另一相信号处于高低电平跳变的交界状态，则编码器的误码脉冲如图2(a)，图2(b)所示。
由于电机的旋转或机械设备的振动，会使编码器输出脉冲抖动，从而引起误计数。
它一方面表现为在透光窗口附近的抖动，引起的干扰脉冲，如图2(a)给出了A相脉冲信号在上升沿和下降沿发生抖动输出的时序波形，图2(b)给出了B相脉冲信号在上升沿和下降沿发生抖动输出的时序波形；另一方面表现为在编码器的某点附近前后振动，引起干扰脉冲。
增量式编码器计数模块编程
增量式编码器计数模块编程————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：增量式编码器计数模块编程增量式编码器的问题：1）增量型编码器存在零点累计误差，抗干扰较差，接收设备的停机需断电记忆，开机应找零或参考位等问题，这些问题如选用绝对型编码器可以解决。
2）测量速度有等时间法，和等脉冲数法。
等时间法，选定一个单位时间,（如100mS）,在单位时间里累计读取的脉冲数时间平均，既是此时间段的平均速度。
等脉冲数，选定一定数量的脉冲数（如100脉冲），在累计读到这些脉冲数的时间，作时间平均，既是此时间的平均速度。
一般工业中多用等时法。
1、从增量式编码器到绝对值式编码器增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来计算其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。
这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备计算并记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。
解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。
在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。
为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。
这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零（开机后就要知道准确位置），于是就有了绝对编码器的出现。
2、绝对值式光电编码器工作原理：圆形码盘上沿径向有若干同心码道，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数。
绝对值编码器为每一个轴的位置提供一个独一无二的编码数字值。
当掉电时，绝对型编码器的位置不会丢失。
1）绝对值编码器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。
数电编码器原理
数电编码器原理一、引言编码器是一种将输入信号转换为数字信号的电路。
在数字系统中，编码器用于将模拟量转换为数字信号，或者将一种数字格式转换为另一种数字格式。
在计算机中，编码器通常用于将数据从一个格式转换为另一个格式。
二、数电编码器分类根据其输入输出特点，数电编码器可以分为以下几类：1. 绝对值编码器：输出的代码是与输入的位置有关的绝对值。
2. 增量式编码器：输出的代码与上一个位置之间的差异有关。
3. 优先级编码器：当多个输入同时存在时，只有最高优先级的输入会被输出。
三、绝对值编码器原理绝对值编码器是一种将旋转角度或位移等物理量转换成二进制代码的装置。
它可以将物理量与其所对应的二进制代码一一对应。
常见的绝对值编码器有格雷码和自然二进制编码。
1. 格雷码格雷码也称为反射二进制代码。
它是通过将相邻两个二进制数之间只改变一个位上的状态而得到的。
例如，0和1之间只改变最高位状态，则得到格雷码00和01；1和2之间只改变次高位状态，则得到格雷码11和10。
这种编码方式可以避免在数字信号传输过程中出现错误，因为只有一位状态发生变化，不会产生多个位同时变化的情况。
2. 自然二进制编码自然二进制编码是将物理量直接转换为二进制代码。
例如，一个4位的自然二进制编码器可以将0~15之间的16个数值转换为4位的二进制代码。
当输入的物理量发生变化时，输出的二进制代码也会相应地发生变化。
四、增量式编码器原理增量式编码器是一种将旋转角度或位移等物理量转换成增量值的装置。
它可以将物理量与其所对应的增量值一一对应。
常见的增量式编码器有两相输出和四相输出。
1. 两相输出两相输出是指在旋转时只有A相和B相两个信号线交替产生高电平或低电平信号。
例如，在顺时针旋转时，A相先跟随而B相后跟随；在逆时针旋转时，B相先跟随而A相后跟随。
通过判断A、B两个信号线上升沿或下降沿的先后顺序，就可以确定旋转方向和角度大小。
2. 四相输出四相输出是指在旋转时可以产生四个信号线的输出，分别称为A、B、C、D。
增量式光电编码器原理及其结构
增量式光电编码器原理及其结构增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。
它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。
一般来说，增量式光电编码器输出A、B 两相互差90°电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。
同时还有用作参考零位的Z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号。
标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。
增量式光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成，如图1-1 所示。
码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。
它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4 节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90°电度角。
当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差90°电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。
增量式光电编码器输出信号波形如图1-2 所示。
增量式光电编码器的优点是：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号传输距离较长，可靠性较高。
其缺点是它无法直接读出转动轴的绝对位置信息。
图 1-2 增量式光电编码器的输出信号波形1.2.2 基本技术规格在增量式光电编码器的使用过程中，对于其技术规格通常会提出不同的要求，其中最关键的就是它的分辨率、精度、输出信号的稳定性、响应频率、信号输出形式。
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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：352.01024360==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 。
1.2 桥式整流电路简介桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。
图1.2 桥式整流电路E2为正半周时，对D1、D3加正向电压，D1、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。
电路中构成E2、D1、Rfz 、D3通电回路，在Rfz 上形成上正下负的半波整流电压；E2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。
电路中构成E2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。
如此重复下去，结果在Rfz上便得到全波整流电压。
其波形图和全波整流波形图是一样的。
从图中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。
1.3 七段数码管简介数码管的一种是半导体发光器件，数码管可分为七段数码管和八段数码管，区别在于八段数码管比七段数码管多一个用于显示小数点的发光二极管单元DP 其基本单元是发光二极管，驱动的方式主要分为直流驱动和动态驱动。
1）数码管的类别这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及DP（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及DP（小数点），如下图所示。
图中的8个LED 分别与上面那个图中的A~DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。
图1.3.1 共阳接线图1.3.2 共阴接线2）数码管的应用：数码管是一类价格便宜使用简单，通过对其不同的管脚输入相对的电流，使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数的器件。
在电器特别是家电领域应用极为广泛，如显示屏、空调、热水器、冰箱等等。
绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。
本次设计采用的是共阴极7段数码管LG5011AH图1.3.3 数码管LG511AH尺寸2.总体方案设计光电编码器计数电路由方向判别电路、计数电路和数码管显示电路组成，如图2.2所示2.1 电路工作流程图2.1 工作流程图上图是实现增量式编码器方向判别和计数电路设计所实现功能的电路工作流程图，编码器是将控制对象的机械运动转化为A、B两相的脉冲信号。
接着方向判别电路的作用是将两相的脉冲信号转化为方向的电信号，传递给计数电路，便于进行有方向地递增（递减）；最后将所得的转速数据传递给显示电路，进行显示。
2.2 总体方案设计图2.2 总体设计电源电路的作用：将220V 的交流电压转化为增量式编码器判别电路和计数电路使用的直流电源5V 。
所使用的器件是变压器、全桥整流电路、稳压器AMS1117_5和相应的滤波电容；编码器方向判别电路使用的是芯片AT288a 来实现，通过检测双路A V 、B V 脉冲信号，其相位相差90°。
当A 相B 相超前90°是正转；A 相滞后B 相90°是反转的判断方式，将A 、B 两相脉冲信号转两路正反转的电信号；计数电路利用双时钟可预置计数器74LS192以及电容电阻来组成电路。
预置数设为0110，来实现十进制的进位，方便LED 数码管的位数显示；显示电路使用加法器74LS238将计数电路传递的数据转化成0~9的二进制数，在经过74LS48译码器转化成BCD 码输入LED 数码管显示。
编码器方向判别电路和计数电路的组合使用，来实现对控制对象的闭环控制，也可是光电式编码器的计数电路来通过计算知道控制对象的位移和速度。
3.电源电路设计此电路是采用5W 变压器、整流桥整流、稳压器AMS1117等器件将220V 降压稳定为5V 。
为编码器方向判别电路和计数电路供电，3.1 变压器选择功率是分为有功功率（单位kW ）、无功功率（单位kvar ）、视在功率（单位kV A ）。
它们的关系应该是：222var K KW kVA +=。
设备负荷总量统计出来后的结果应该是有功功率，单位kW ，而变压器的单位是kV A ，也就是视在功率。
因此需要根据：功率因素有功功率视在功率=来进行转化。
基本上施工用电和小工业的功率因素为0.85，大工业用电的功率因素为0.9，本设计中选择0.85。
根据各软件的资料手册得知：74LS192最大承受电流34mA ，74ls04最大承受电流6.6mA ，ST288A 的最大电流为30mA 。
因此电源输入的电流：6.138306.6234=++⨯ 取200mA（3-1）各元件的电源为5V ，所以AMS1117_5输出的稳压电压为5V ，则有功功率为：5 × 0.2 = 1w（3-2）取功率因数为0.85，根据公式计算得：1 ÷ 0.85 = 1.18 V A（3-3）所以取变压器5w3.2 整流桥选择选择的整流桥是：RS207由下表得知：整流桥最大正向整流电流为2A ，浪涌峰值电流是50A ，最大反向峰值电压(VRRM)为1000V等参数都满足要求。
表3.2 RS207参数表3.3 稳压器AMS1117简介各元件的Vcc范围都在5V左右，因此选择电源电路的输出电压是5V，选择的稳压器件是AMS1117_5。
AMS1117是一个正向低压降稳压器，内部集成过热保护和限流电路,是电池供电很好的选择。
固定输出电压为 1.5V、 1.8V、 2.5V、 2.85V、3.0V、3.3V、5.0V和可调版本，具有1％的精度。