編碼器元件工作原理及其應(yīng)用電路

編碼器的應(yīng)用電路（一）

如圖所示。

圖：參考應(yīng)用電路圖

編碼器的應(yīng)用電路（二）

用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)編碼器VD5026的軟件設(shè)計與應(yīng)用

VD5026-4的每組串行數(shù)據(jù)輸出波形由同步脈沖、12位加密地址（和控制數(shù)據(jù)）及1位停止位組成。編碼脈沖輸出順序為AO～A7、A8/DO～All/D3，每組串行數(shù)據(jù)輸出至少4次。掌握了串行數(shù)據(jù)的輸出格式及其數(shù)據(jù)的校驗方式、脈沖周期、脈沖的占空比及其對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系后，按編碼脈沖輸出的要求編寫應(yīng)用程序，使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)編碼器的功能。模擬編碼器程序框圖如下圖所示。

用該技術(shù)設(shè)計的紅外遙控鍵盤，已應(yīng)用于“彩色遙控監(jiān)視系統(tǒng)”上。遙控鍵盤原理如下圖所示。

本電路采用單片機(jī)AT89C2051，是一種高性價比單片機(jī)，器件采用80C31內(nèi)核，指令系統(tǒng)和引腳與MCS-51TM全兼容。內(nèi)有2KB可重復(fù)編程閃爍存儲器，編程次數(shù)可擦／寫1000次，數(shù)據(jù)保存10年。

解碼器VD5027有4位數(shù)據(jù)輸出，可譯出16個狀態(tài)，滿足3×4鍵盤要求。

單片機(jī)查詢到有一鍵按下，便產(chǎn)生與此鍵值對應(yīng)的編碼脈沖。該編碼脈沖信號用38kHz脈沖信號進(jìn)行調(diào)制，通過發(fā)射管（SE303A）發(fā)射出去。紅外接收二極管（PH302B）將接收到的紅外信號變?yōu)殡娦盘?，?jīng)紅外遙控接收器CX20106放大檢波后變?yōu)槊}沖電信號。該信號再經(jīng)整形放大后，還原為與該鍵值對應(yīng)的編碼脈沖輸出，并送到解碼器VD5027的14腳DIN輸入端。

當(dāng)VD5027接收到第一串編碼脈沖信號時，若其與VD5027所設(shè)的地址完全一致，則將傳送來的DO-D3四位數(shù)據(jù)碼送入寄存器（并由串行碼變?yōu)椴⑿写a）。當(dāng)?shù)诙嗤木幋a脈沖信號到來時，再次經(jīng)過核對。若地址無誤，控制數(shù)據(jù)與第一次的相符，則VD5027中的邏輯控制電路發(fā)出一控制信號，將寄存器的控制數(shù)據(jù)打入鎖存器并輸出到VD5027的DO～D3端。同時，TV端由低電平變?yōu)楦唠娖?，表示解碼有效。

主機(jī)收到有效解碼信號后，讀來自VD5027的輸出數(shù)據(jù)DO～D3，譯出鍵值的代碼，執(zhí)行相應(yīng)操作。

1、編碼器的分類

按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為：編碼器元件和編碼器組件;

按使用方式分為：旋轉(zhuǎn)式和直線式;

按技術(shù)原理分為：接觸式（電刷機(jī)械接觸）和非接觸式（含有：光學(xué)式、光電感應(yīng)式、磁感應(yīng)式、磁電感應(yīng)式…）;

按工作原理分為：增量型和絕對型。

2、部分編碼器元件產(chǎn)品（圖一）

（圖一：編碼器元件）

3、編碼器元件工作原理

本文將對增量型編碼器和絕對型編碼器的工作原理和應(yīng)用進(jìn)行介紹。

在編碼器的本體（脈沖碼盤）中預(yù)先根據(jù)不同的產(chǎn)品要求，制作金屬導(dǎo)通區(qū)與塑膠絕緣區(qū)，導(dǎo)通區(qū)與絕緣區(qū)的角度、形狀大小，決定著產(chǎn)品最終的信號輸出形式。

3.1、增量型編碼器

在旋轉(zhuǎn)過程中，能輸出二組或二組以上，有周期性變化并有相位時序差的編碼器。

（1）產(chǎn)品特點(diǎn)：

a）可以360度旋轉(zhuǎn);

b）在旋轉(zhuǎn)過程中，能夠產(chǎn)生高、低電平周期性變化的輸出信號，沒有固定的起始點(diǎn)和終點(diǎn);

c）能在任一位置停下或起步;

d）使用時，一般不注重停下位置的結(jié)果，只強(qiáng)調(diào)過程的信號變化。

（2）產(chǎn)品構(gòu)造：

該產(chǎn)品主要由軸芯、本體、支架、定位片、接觸刷等組成。

（3）輸出信號：

通過旋轉(zhuǎn)軸芯帶動接觸刷，產(chǎn)生通、斷，輸出二組或二組以上，有周期性變化并有相位時序差的脈沖信號。

a）輸出二組信號時，一般分為：A相、B相，相位間的相位差為相互延遲1/4脈沖周期，根據(jù)通斷的先后順序，判斷產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)方向（信號遞增或遞減），如圖二所示：

圖二：二組信號方波

b）輸出三組信號時，一般分為：A相、B相C相，通過三組信號的通斷先后順序（時間差）來判定信號的遞增或遞減，三組信號在導(dǎo)通的狀態(tài)時互不相交，從而使成品的相位差相對變大。信號增減更易識別，更穩(wěn)定，不易出現(xiàn)亂碼，如圖三所示：

圖三：三組信號方波

（4）如何判斷旋轉(zhuǎn)方向及計數(shù)

根據(jù)脈沖信號的輸出的特點(diǎn)，常用的判斷方式有以下二種（詳見圖四所示）：

a）比較法

在一個脈沖周期內(nèi)，A、B相可以用四種運(yùn)動時序表示，正轉(zhuǎn)時為：11、01、00、10;反轉(zhuǎn)時為：11、10、00、01，把此輸出值保存起來，與下一個A、B相輸出值做比較，即可得出運(yùn)動方向（如果A、B相輸出11后輸出01，則為順時針;如果輸出11后輸出10，則為逆時針）。

這種方式對產(chǎn)品的要求較高，不易產(chǎn)生誤碼，但每次均需從11狀態(tài)開始。

b）邊沿觸發(fā)

由高電平向低電平變化的瞬間稱為下降沿，由低電平向高電平變化的瞬間稱為上升沿。如果A相輸出為下降沿時，B相出現(xiàn)一個高電平，這時為順時針旋轉(zhuǎn);當(dāng)A相輸出為下降沿時，B相出現(xiàn)一個低電平，這時為逆時針方向旋轉(zhuǎn)。長：15cm文字體如：switching小五號

（圖四：比較法、邊沿觸發(fā)）

3.2、絕對型編碼器

在每個定位處輸出與位置相對應(yīng)的二進(jìn)制代碼的編碼器。

（1）產(chǎn)品特點(diǎn)：

a）產(chǎn)品上設(shè)定每個檔位固定的信號輸出方式，分別為0、1組合，應(yīng)用此代碼輸出信號，可進(jìn)行各種不同功能的設(shè)計;

b）正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)到同一檔位時，輸出的信號是一致的;

c）使用時，一般不考慮中間運(yùn)動過程，只注重停止位置的輸出信號。

（2）產(chǎn)品構(gòu)造：

主要由軸芯、本體、支架、定位片、接觸刷等組成。它與增量型旋轉(zhuǎn)編碼器的最大差異是本體接觸片的形狀。

（3）輸出信號：

通過編碼器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在停止位置產(chǎn)生出有規(guī)則對應(yīng)的固定編碼信號，如表一所示：

表一：絕對型編碼信號

4、編碼器的產(chǎn)品應(yīng)用及一般應(yīng)用電路

編碼器元件應(yīng)用領(lǐng)域有：功放、音響、調(diào)音臺、汽車音響、對講機(jī)、電臺、鼠標(biāo)、鍵盤、示波器、微波爐、電磁爐、洗衣機(jī)、空調(diào)等。