复智能光电旋钮的设计

引言

目前，在设计仪器的控制面板时，主要采用各种按键，通过检测按键是否被按下产生控制信号。但是，在一些需要连续产生控制信号的场合，使用按键可能带来操作上的不便。而且，长期高频率使用的按键极易损坏。如果使用光电旋钮，根据其旋转速率和旋转方向产生控制信号，就能提高使用的灵活性和可靠性。市场上的此类产品很少，且价格昂贵。经过多次试验，笔者成功地设计出采用单片机作为控制核心的智能光电旋钮。

智能光电旋钮按硬件结构可分为机械部分和硬件电路部分。

机械部分

机械部分的主要功能是完成机械旋转到电信号的转换。如图1所示，机械部分由一个可任意旋转的旋钮、与旋钮相连的遮光片及两对光电收发器组成。遮光片的边缘设计成如图1所示的齿轮形，并定位于两对光电收发器之间。当遮光片旋转时，其边缘交替遮蔽两对光电收发器，光电收发器就将间断的光脉冲信号转换为两路电脉冲信号，供硬件电路部分处理。

硬件电路

硬件电路部分主要由脉冲整形电路和intel8031单片机为核心的单片机系统构成（见图2）。图2中：整形电路将光电收发器产生的两路脉冲信号整形后，送入intel8031单片机的P1.0、P1.1口。单片机通过内部定时器中断，对P1.0、P1.1 口输入的脉冲信号进行采样。采样数据经处理程序处理后，生成代表旋转速率的脉冲信号和代表旋转方向的方向信号，并由P1.2、P1.3口串行输出。也可根据实际需要，将识别到的旋转速率、旋转方向等信息通过并行接口输出到其它显示、控制设备。

图2中的整形电路由两个如图3所示的模块构成，分别对应两对光电收发器。555定时器构成单稳态触发器，对光电收发器发送的脉冲信号进行整形。当光线照射时，光电收发器的收端处于导通状态，则单稳态触发器的输入引脚为一高电平。当光线被遮住时，光电收发器的收端处于截止状态。此时，单稳态触发器的输入端被电阻R2下拉为低电平。适当调节电阻R2，使高电平大于2/3 Vcc，低电平小于1/3 Vcc，单稳态触发器就能对输入脉冲信号进行整形，并将整形信号输出至8031单片机系统。

8031单片机系统采用外置程序存储器的典型应用电路，这里不再赘述。

软件设计