正交编码器解码器电路设计论文

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1基于Multisim12的正交编码器与解码器的电路设计与仿真

基于Multisim12的正交编码与解码器的设计与仿真的整体设计，其中主要包括正交编码器与正交解码器两大部分。正交编码器部分主要包括积分电路、过零比较电路、换向开关等，其主要功能是形成两路相位差为90°的稳定方波信号。正交解码器部分主要包括倍频电路、上下行计数器等，其主要功能是判断信号，并根据信号反映出电机的转速、转向等工作状态。

1.1信号源模块

输入信号的频率与产生输入信号的电机的转速正相关。因此，为更好地模拟出正交编码的过程，本文采用RC正弦波振荡器，设计的50Hz正弦波振荡器。

1.2过零比较电路模块

在进行交流信号的移相后，对两路信号进行过零比较，从而得到直流电压信号，过零比较模块。其输出的即为稳定的方波信号，且两路信号相位差仍稳定为1.4倍频电路模块在实际应用中往往为了追求更高的精度而把返回的信号频率进行4倍频。具体设计的倍频电路模块。在本仿真设计中，选用了比较典型的D触发器74LS74。为了模拟正交编码器在测量过程中正转与反转方向判断，设计中采用两个单刀双掷开关用于切换方向。当开关处于不同的状态时，编码器部分会显示出不同的方向，从而解码器部分的计数器就会显示出不同的计数状态（递增计数或递减计数）。因此，计数器的状态与开关状态保持一致，由计数器状态反映出正交编码器所编码的电机信号，进而判断电机的转向。

1.3计数器电路模块

为了实现正向和方向的计数模式，设计中选择了可上下行计数的计数器74LS190。将74LS190的进位输出接到下一级计数器的使能端上，即构成了一个100进制的计数器。其中74LS190控制方向的信号线由编码器1.4倍频电路模块在实际应用中往往为了追求更高的精度而把返回的信号频率进行4倍频。具体设计的倍频电路模块。在本仿真设计中，选用了比较典型的D触发器74LS74。为了模拟正交编码器在测量过程中正转与反转方向判断，设计中采用两个单刀双掷开关用于切换方向。当开关处于不同的状态时，编码器部分会显示出不同的方向，从而解码器部分的计数器就会显示出不同的计数状态（递增计数或递减计数）。因此，计数器的状态与开关状态保持一致，由计数器状态反映出正交编码器所编码的电机信号，进而判断电机的转向。

1.4计数器电路模块

为了实现正向和方向的计数模式，设计中选择了可上下行计数的计数器74LS190。将74LS190的进位输出接到下一级计数器的使能端上，即构成了一个100进制的计数器。其中74LS190控制方向的信号线由编码器部分信号处理电路给出，从而决定计数方式是递增或递减。

1.5整体电路

将上述各模块进行连接，并以数码管显示，即为模拟正交编码器与解码器的设计电路图。

1.6扩展部分

在正交编码与解码器的基本电路的基础上，为了进一步提高仿真电路的实用性与完整性，更好的将输入信号中包含的速度信息反映出来，本文为正交编码与解码系统设计了直流稳压电源模块、无稳态触发器模块与乘法器模块等三部分。这三个模块可以配合正交编码与解码系统，保证系统更稳定、更持久的工作，同时解读出输入信号中包含的更多信息。

（1）直流稳压电源模块。在设计过程中，大部分芯片的供电均为5V直流电。为实现设计的可行性与实用性，可利用5V直流电压稳压模块给系统供电。首先，利用变压器对220V通用交流电进行降压处理。然后，对直流电进行整流、滤波处理，运用模拟电路知识设计了一个电桥整流。在整流电桥后接入一系列电容，同时配合使用稳5V芯片LM7805[6]。

（2）无稳态触发器模块。多谐振荡器是利用深度正反馈，通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止，从而自激产生方波输出的振荡器，常用作方波发生器[7]。多谐振荡器又称无稳态触发器（AstableOperation），它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态，两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。在本设计中，采用555定时器产生矩形波脉冲信号，用于提供芯片时钟信号。

（3）乘法器模块。为了计算出输入信号所包含的速度信息，本设计拓展了一个乘法器模块，具体组成是通过使用5个移位寄存器74LS194实现二进制数的逐位相乘，每次相乘的结果均由74LS283芯片进行移位加和，从而得出二进制数相乘的结果。由于四位二进制数表示的最大值为十进制的15，所以，乘法所得结果[8]最大为225。速度值与输入信号的频率成正比，在编码器编码过程中，信号的频率不变，而计数器数值递增或递减速度与变换后的信号频率成正比。因此，只需将计数器的变化速率与系统固有的系数值相乘，即可得到电机的转速。计数器变化速率可以用极短时间内（如几秒）数值的变化量近似代替。

2结语

本文以Multisim12为平台，模拟设计了编码与解码电机运动编码与解码器。仿真计数结果表明，本设计可以较好地展示出电机的转向以及转动快慢。此外，由于采用了倍频电路，计数精度较高，从而为提高精确测量与控制提供了保证。

作者:王玲陈远超单位:北京科技大学