ヴァルコーダー。スキーム、説明

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バルコーダーを構築します。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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ヴァルコーダー - 軸の回転に応じて値を変更するデバイス。このようなものは、たとえばローラーマウスや音楽センターにあります。実際、エンコーダ自体は非常に単純ですが、すべての工業デザインで行われているように、マイクロコントローラーを使用しないことでタスクを複雑にします。 valcoder は、デジタルおよびアナログ電子機器で使用される多くの技術を絡み合わせているため、興味深いものです。そこでTK: 軸の回転角度に応じて出力電圧を0～3Vの範囲で直線的に変化させるデバイスを開発することにしました。電圧の変化は可逆的であり、階調数は少なくとも 80 である必要があります。出力信号はデバイスの動作電圧から絶縁されている必要があります (ガルバニック絶縁)。電圧の完全な上昇/下降は、軸の回転角度が 0 から 1440 度 (4 回転) まで変化するときに発生します。デバイスは 8 ～ 15V の電源電圧範囲で動作し続ける必要があります。デジタル電圧表示を提供します。

1.どこから始めますか？

彼らが私たちに何を望んでいるのかを定義しましょう。

A. まず、デバイスの「ヘッド」がデジタルになるためです。ロータリーノブによって生成されるパルスをカウントします。
B. インパルスのカウントは可逆的である必要があるためです。結果として得られる値は、ハンドルの回転方向に応じて増減します。
B. 出力電圧が80階調以上であること。したがって、電圧を設定するには、少なくとも 8 ビットのバイナリコード (80[10] = 1010000 [2]) が必要です。 80回転で4階調、つまりハンドルは20回転あたり18パルスを出すことになります。 XNUMX 度ごとに XNUMX パルス。
D. 出力電圧のガルバニックデカップリングには、コンバータ段 (デジタル → アナログ) でフォトカプラを使用する必要があります。
D. 宣言された供給電圧で、K561 および 564 シリーズのマイクロ回路は動作します。
E. デジタル表示 - シンプルなノードですが、2 セグメントコードにはさらに 7 つのデコーダが必要です。

2. では、演算アルゴリズムを説明してみましょう

- 有効にすると、出力は 0 になります。

- 出力が 0 で、かつセンサーからのパルスがあり、かつノブが時計回りに回された場合 - 出力コードに 1 を追加します。

- 出力が 0 で、かつセンサーからのパルスがあり、かつノブが反時計回りに回った場合 - 何もアクションを実行しません。

- 出力が 1010000 で、かつセンサーからのパルスがあり、かつノブが時計回りに回った場合 - 何もアクションを実行しない

- 出力が 1010000 で、かつセンサーからのパルスがあり、かつノブが反時計回りに回された場合 - 出力コードから 1 を減算します。

- 出力が 0 と 1010000 以外の数値で、かつセンサーからのパルスがあり、かつノブが時計回りに回された場合 - 出力コードに 1 を追加します。

- 出力が 0 と 1010000 以外の数値で、かつセンサーからパルスがあり、かつノブが反時計回りに回された場合 - 出力コードから 1 を減算します。

- センサーからのパルスがない場合 - 何も実行しないでください。

3. デバイスのブロック図を作成する

明らかに、機械部品は回転自体とその方向の両方を報告する必要があります。したがって、センサーは 2 つの信号を出力する必要があります。その結果、デバイスは可逆カウンタ、マッチングデカップリングユニット、およびデジタルアナログコンバータで構成される必要があることがわかりました。

valcoder を構築します。デバイスのブロック図

マッチャーはオーバーフロー信号を出力し、カウンターの加算 (最大値を受信した場合) または減算 (最小値を受信した場合) を無効にする必要があります。

4. センサーの設計

十分な水が注がれたので、より具体的に話しましょう。機構はエレクトロニクスに依存し、エレクトロニクスは機構に依存するため、センサーを全体として考慮してください。接触センサーよりも光学センサーを使用する方がはるかに便利であることは明らかです。つまり、穴あきホイールに到達したことを意味します。衝撃を得るのは簡単ですが、回転方向を決定することは残ります。方法は XNUMX つあります。XNUMX つのフォトカプラ (エミッタ + レシーバ) を使用し、最初に XNUMX つのレシーバが点灯し、次に XNUMX つ目のレシーバが点灯するように配置します。または、ホイールと同じ車軸上でスライドするダンパーを使用します (車軸によって生成されるモーメントはダンパーの質量を超える必要があり、車軸が自重で回転してはなりません)。

このダンパーは、ホイールと同期して特定の角度 (両方向とも 4,5 度以内) で回転し、追加の (ストロボ) 光検出器を開いたり隠したりします。このオプションは仕組みを非常に複雑にしますが、回路の実装 (論理「AND」) は非常に簡単なので、最初のオプションに戻りましょう。次に、センサーによって生成された信号の時間グラフを推定してみましょう。

valcoder を構築します。タイミング図

図からわかるように、受信機信号の位相は 90 度ずれています。これは、受信機を XNUMX 列に並べて配置することで簡単に実現できます。したがって、穴がレシーバーの上を通過すると、最初に最初のレシーバーが照明され、次に両方が照明され、次に XNUMX 番目のレシーバーが照明されます。

valcoder を構築します。センサー

ホイール (3) が軸 (2) を中心に時計回りに回転すると仮定します。穴 (1) がフォトカプラに近づくと、最初に右側の受信機 (5) が点灯し、次に両方が点灯し、次に左側の受信機 (4) のみが点灯します。そしてこれを20回転でXNUMX回繰り返します。上の図から、右側のレシーバーからのパルスの後縁で特定のストローブ信号が形成されていることがわかります。結果として得られるセンサー信号をそれに基づいて構築します。まず、信号は受信機が照射されたときに単一のコピーで生成され、次に、回転方向を完全に特徴付けます。

時計回りに回転させると左側のセンサーのパルスと一致し、論理要素「AND」を使用して正のパルスを分離することができます。この奇跡のパルスを得るには、希望の持続時間を得るために 1 つのバイブレーターが必要です。最初のエッジは負であるため、反転する必要があります。図を描いてみましょう。単一バイブレータの OOS ループは最大車輪速度に基づいて計算されます。ストロボパルスの持続時間は「右」信号の周期の 4/1 を超えてはなりません。 C4R0,1 チェーンは、それによって生成されるインパルスが XNUMX Tstr である必要があるという事実に基づいて計算されます。

バルコーダーを構築します

5. デバイス内で最も単純なブロックであるカウンターを構築しましょう

トリガーに回路を描きたかったのですが、私にはそれは電子機器の完全に怪物的な嘲笑のように思えました。興味があれば、フリップフロップのアップ/ダウンカウンタ回路については、デジタル IC の参考書で見つけることができます。したがって、私たちのタスクは、従来の CMOS シリーズから標準カウンタを選択することになります。そこで、カウンターの要件を定義しましょう。

- 供給電圧 8-15V

- 逆行する

これらの条件は、K561IE14 によって満たされます。

valcoder を構築します。 K561IE14

写真でわかるように、カウンターにはプリセット入力があります。これらの入力を使用すると、外部 RAM から適切なコードを呼び出すことで、出力に必要な電圧をすばやく設定できます。もちろん、保存されたレベルの特定のバンクは RAM に作成する必要があります。仕様ではそのような可能性は指定されていないため、リセットにはプリセット入力を使用します。カウント禁止入力 (RO) もあります。ただし、エンコーダーをオーバーフローから保護するためにこれを使用しても機能しません。実際には、この入力はカウンタを完全にブロックし、自由方向であってもカウントを許可しませんが、一方向で臨界レベルに達したときに、自由方向が自由なままである必要があります。したがって、デコーダの後のオーバーフロー信号を強調表示します。この信号を使用して、入力「C」をストローブします。

バルコーダーを構築します

6. これで、比較的単純だが面倒なノード、つまりデコーダとデジタル - アナログコンバータ (DAC) を処理できるようになりました。

たとえば、デコーダを入手しました。難しいことは何もありません。フォトカプラと LED-OA 半導体インジケータを制御するためのマスデコーダとトランジスタスイッチです。デコーダは非常に伝統的なもので、K561ID1 - バイナリから 561 進数へのコンバータ、および K4IDXNUMX - バイナリから XNUMX セグメントへのコンバータです。

バルコーダーを構築します

DAC も同様の方法で構築されます。唯一の微妙な点は範囲の定義です。調整限界を十の位と単位にマッピングします。 7 の位が 10 つと 80 の位があります。総出力電圧を0,04階調で割ると10となります。 0,4を掛けると400になります。これは、2,6 回の放電で電圧が XNUMXmV 以内に調整されることを意味します。したがって、残りの XNUMXV は XNUMX 単位で制御されます。ここで残っているのは、フォトカプラによって切り替えられる抵抗器を選択し、それらの助けを借りて、必要な調整スケールを構築することだけです。

バルコーダーを構築します

これが起こったのです。

著者: Pavel A. Ulitin (Soundoverlord); 出版物: cxem.net

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