用分立元件设计并制作完整的光栅信号处理电路,实现直线光栅输出信号的辨向、细分、计数功能

问题3：用分立元件设计并制作完整的光栅信号处理电路，实现直线光栅输出信号的辨向、细分、计数功能。

光栅信号有光栅传感器输出，其输出为相差90°的矩形方波，具体的信号分
为两种，一种是U
1超前U
2
90°，即为正向移动，另一种是U
2
超前U
1
90°，即为反向
移动。

因此要确定光栅尺的具体位移，必须对过来的信号进行辨相处理，根据辨别出来的方向后，即光栅尺是正向移动，计数器加计数，反之计数器减计数，实现精确的位移测量。

电路原理图如下：
微分环节的微分时间常数需要根据光栅尺的最快滑过的速度来决定。

若光栅尺2 米，最少滑过2米所需的时间为1s，光栅尺50线（即一毫米50刻线）在未经过细分的情况下，走过一线，产生一个正弦波，因此光栅尺的最大频率
f=2000/1*50=100000,为100khz,周期为10us。

相差90°微分时间常数不得大于0.25*10=2.5us。

选用RC微分电路，时间常数为1us，为防止过压，在vo1 处接4.7v 的稳压管到地。

两微分信号与另一相差90°的矩形波相与，其中一路输出为电平，另一路输出为脉冲。

这样通过Y1和Y2的输出，二者相或得到计数的脉冲。

另一方面Y1和Y2在某一条件下总是一个输出为脉冲，另一个输出为低电平。

通过采用或非门构成的RS触发器，实现在某种情况下输出为高，另一种情况下，输出为低，实现加计数和减计数的控制。

在计数前，要先确保加减计数控制，然后再实现脉冲到来的
计数。

因此防止计数脉冲先于加减控制状态信号的到来，计数脉冲通路加延时，可用RC构成的积分电路实现小延时，延时时间为1us。

计数器采用74190同步10 进制加减可逆计数器。

单时钟输入。

异步预置，超前进位借位功能。

LD 预置数，低有效，异步；正常计数时为高；
CE 计数使能，低有效；
U/D 加减控制端，低电平为加计数；反之，减计数；
CLK 时钟（脉冲）输入端；
TC 进位输出，进位时输出一个时钟高电平宽度的低电平，
Q0~Q3 为数字输出，接译码驱动4511；
4511 十进制译码驱动，用于驱动共阴极数码管。

LE 数字锁存，正常计数下，让其无效，接低电平
BI 消隐
LT 灯测试，低电平时，灯全部点亮。

正常情况，接高电平，A,B,C,D 为输入。

共阴数码管
考虑到二极管发光电流为几毫安到20mA,发光压降1.7V,又驱动器的输出为4.8V 左右。

数码管要加限流电阻。

保证不因电压过高烧坏发光管。

假定6mA,则取电阻
R=(4.8-1.7)/0.006=500 欧，取470，实验时，发光二极管亮度正常。