增量式光电编码器信号处理电路的设计与实现

输入脉冲fi经R1、C1组成的微分电路加到输入比较器的反相输入端。输入比较器的同相输入端经电阻R2、R3分压而加有约2Vcc／3的直流电压，反相输入端经电阻R1加有Vcc的直流电压。当输入脉冲的下降沿到来时，经微分电路R1、C1产生一负尖脉冲叠加到反相输入端的Vcc上，当负向尖脉冲大于Vcc／3时，输入比较器输出高电平使触发器置位，此时电流开关打向右边，电流源IR对电容CL充电，同时因复零晶体管截止而使电源Vcc通过电阻Rt对电容Ct充电。当电容CL两端电压达到2Vcc／3时，定时比较器输出高电平使触发器复位，此时电流开关打向左边，电容CL通过电阻RL放电，同时，复零晶体管导通，定时电容Ct迅速放电，完成一次充放电过程。此后，每当输入脉冲的下降沿到来时，电路重复上述的工作过程。从前面的分析可知，电容CL的充电时间由定时电路Rt、Ct决定，充电电流的大小由电流源IR决定，输入脉冲的频率越高，电容CL上积累的电荷就越多，输出电压(电容CL两端的电压)就越高，实现了频率电压的变换。其中，输出电压Vo与fi的关系为：
Vo=-2．09RLRtCt／Rs (1)
R3的取值为：
R3=(Vcc-2 V)／0．2 mA (2)
电容C1的选择不宜太小，要保证输入脉冲经微分后有足够的幅度来触发输入比较器，但电容C1小些有利于提高转换电路的抗干扰能力。电阻RL和电容CL组成低通滤波器。电容CL大些，输出电压Vo的纹波会小些，电容CL小些，当输入脉冲频率变化时，输出响应会快些。这些因素在实际运用时要综合考虑。
在具体应用时需注意，输入频率脉冲信号经RC微分电路加至LM331内的输入比较器，脉冲下降沿有效，而LS7084的CLK输出端已是负尖脉冲信号，所以LM331的6脚和8脚之间无须接微分电路。考虑到同一型号编码器有不同的分辨率，本电路中，在LM331的1脚输出端专门设计了四位SW3拨码开关电路，分别连接不同的电阻，即RL可以取10 kΩ、50 kΩ、100 kΩ、500 kΩ。电阻选择方法如下。
1)计算输入频率：
fi=最高转速(转／分钟)÷60x编码器分辨率(Pules／Review．) (3)
注意：输入频率不得超过100 kHz。
2)计算电阻值：
R=109÷(fix1．895) (4)
选择低于并最接近所计算出来的电阻值的电阻，也可以选择多个电阻并联的方式进行设置。
2．4 其他部分电路设计
电源部分将24 V直流输入电压转换成±15 V，+5 V，-12 V，用以给整个电路中的各个芯片供电。其中，专业电源转换芯片LT1111构成反极性降压电路，输出-15V。
编码器输入信号部分针对2RHIB型光电编码器的4种不同输出信号，采用不同的接受信号芯片，从而进行后续处理。输入信号选择的缺省连接为“TP-标准”或“TP-差分”。
电压调整部分采用LM324运放，对LM331输出的电压根据实际需求进行调整。本电路设计了两路电压输出，互为反相。其中，两路输出电压均为可调。

3 电路调试
准备万用表、示波器和平口螺丝刀。按编码器上各个颜色的线的定义正确接线，检查电路板下没有杂物，附近没有热源。检查完毕确保无误，给电路上电。
用万用表测量电源部分的+15 V，+5 V电压是否正确。若不正确，检查相关电路。然后，用螺丝刀调节LT1111芯片8脚输出端的电位器，使输出-15 V。注意，-15 V的数值应与+15V对称，以确保运放LM324的正、负供电电源对称。最后测量-12V电压。
用示波器分别测光耦的输入、输出、LS7084的两路输入信号、UP／DN输出、CLK输出波形以及正反转指示灯是否指示正确。当编码器正转时，UP／DN应输出高电平，红色发光二极管点亮；反之，低电平，绿色发光二极管点亮。CLK输出波形应能观察到负尖脉冲。
将LM331的1脚的拨码开关选择100 k档，编码器的输入频率选择10．8 kHz，用万用表测量输出电压。分别调节两路输出电压的电位器，测量两路输出电压是否反相，数值是否正确。其中，顺时针调节电位器，幅值减小，反之增大。注意，运放的实际输出电压值可能跟理论计算值存在误差，这时，首先检查运放的正、负电源是否对称，平衡电阻是否选择正确，若均无误，则应多次调节电位器，使误差最小。调试完成后，断电。

4 结束语
经过系统的最终调试，本电路作为增量式光电编码器输出信号的处理电路是合适的，并且能够保证信号输出的稳定和精度。实践证明，此电路简单、可靠，具有一定的实用价值。