Costruiamo un valcoder. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Valcoder - un dispositivo che cambia un valore a seconda della rotazione dell'asse. Cose del genere si trovano, ad esempio, in un mouse rotante o in un centro musicale. In realtà, l'encoder in sé è abbastanza semplice, ma complicheremo il compito non utilizzando un microcontrollore, come avviene in tutti i progetti industriali. Il valkoder è interessante perché combina molte tecniche utilizzate nell'elettronica digitale e analogica. Quindi le specifiche tecniche: sviluppare un dispositivo che modifichi la tensione di uscita nell'intervallo 0 - 3 V, in dipendenza lineare dall'angolo di rotazione dell'asse. La variazione di tensione deve essere reversibile, con un numero di gradazioni pari ad almeno 80. Il segnale di uscita deve essere isolato dalle tensioni di funzionamento del dispositivo (isolamento galvanico). Un aumento/diminuzione completo della tensione si verifica quando l'angolo di rotazione dell'asse cambia da 0 a 1440 gradi (4 giri). Il dispositivo deve rimanere operativo nell'intervallo di tensione di alimentazione compreso tra 8 e 15 V. Fornire un'indicazione digitale della tensione.

1. Da dove cominciare?

Determiniamo cosa vogliono da noi:

R. Innanzitutto la “testa” del dispositivo sarà digitale, perché conterà gli impulsi generati dalla manopola rotante.
B. Il conteggio degli impulsi deve essere inverso, perché il valore risultante diminuisce e aumenta a seconda del senso di rotazione della maniglia.
B. Almeno 80 gradazioni di tensione di uscita. Ciò significa che per impostare la tensione abbiamo bisogno di almeno 8 bit di codice binario (80[10] = 1010000[2]). 80 gradazioni per 4 giri, il che significa che per giro la maniglia dovrebbe produrre 20 impulsi. Un impulso ogni 18 gradi.
D. Per l'isolamento galvanico della tensione di uscita sarà necessario utilizzare optoaccoppiatori nella fase di conversione (digitale --> analogica).
D. I microcircuiti delle serie K561 e 564 funzionano alla tensione di alimentazione dichiarata.
E. Il display digitale è un'unità semplice, ma saranno necessari altri 2 decodificatori in un codice a 7 segmenti.

2. Proviamo ora a descrivere l’algoritmo di funzionamento

- Quando è acceso, l'uscita è 0.

- SE l'uscita è 0 E c'è un impulso dal sensore E la manopola è girata in senso orario - aggiungere 1 al codice dell'uscita.

- SE l'uscita è 0 E c'è un impulso dal sensore E la manopola è girata in senso antiorario, non eseguire alcuna azione

- SE l'uscita è 1010000 E c'è un impulso dal sensore E la manopola è girata in senso orario - non eseguire alcuna azione

- SE l'uscita è 1010000 E c'è un impulso dal sensore E la manopola è girata in senso antiorario - sottrarre 1 dal codice di uscita

- SE il numero dell'uscita è diverso da 0 e 1010000 E c'è un impulso dal sensore E la manopola è girata in senso orario - aggiungere 1 al codice dell'uscita

- SE il numero di uscita è diverso da 0 e 1010000 E c'è un impulso dal sensore E la manopola è girata in senso antiorario - sottrarre 1 dal codice di uscita.

- SE non c'è impulso dal sensore, non eseguire alcuna azione.

3. Realizziamo uno schema a blocchi del dispositivo

Ovviamente la parte meccanica deve riportare sia la rotazione stessa che il suo senso. Ciò significa che il sensore dovrebbe produrre 2 segnali. Di conseguenza, si scopre che il dispositivo deve essere costituito da un contatore di inversione, un'unità di disaccoppiamento di adattamento e un convertitore digitale-analogico.

Il matcher deve emettere un segnale di overflow e impedire al contatore di aggiungere (se viene ricevuto un massimo) o sottrarre (se viene ricevuto un minimo).

4. Progettare il sensore

È stata versata abbastanza acqua, ora possiamo parlare in modo più sostanziale. La meccanica dipende dall'elettronica e l'elettronica dalla meccanica, quindi consideriamo il sensore nel suo complesso. È chiaro che l'utilizzo di un sensore ottico è molto più conveniente di uno a contatto, il che significa che siamo arrivati ​​ad una ruota forata. Ottenere gli impulsi è facile come sgusciare le pere, non resta che determinare il senso di rotazione. Ci sono due modi: utilizzare due optoaccoppiatori (emettitore + ricevitore) e disporli in modo tale che sia illuminato prima un ricevitore e poi il secondo. Oppure utilizzare un ammortizzatore scorrevole sullo stesso asse della ruota (il momento creato dall'asse deve superare la massa dell'ammortizzatore e non deve ruotare sotto il proprio peso).

Questo otturatore ruota in sincronia con la ruota ad un certo angolo (non più di 4,5 gradi in entrambe le direzioni) e apre/copre il fotorilevatore aggiuntivo (stroboscopico). Questa opzione complica notevolmente la meccanica, sebbene sia molto semplice nell'implementazione del circuito (circuito logico “AND”), quindi torniamo alla prima opzione. Stimiamo ora i diagrammi temporali dei segnali generati dal sensore.

Come si può vedere dalla figura, i segnali del ricevitore sono sfasati di 90 gradi. Ciò può essere facilmente ottenuto posizionando i ricevitori uno accanto all'altro su un'unica linea. Pertanto, quando il foro passa sopra i ricevitori, si illumina prima il primo ricevitore, poi entrambi, poi il secondo.

Supponiamo che la ruota (3) ruoti in senso orario attorno all'asse (2). Quando il foro (1) si avvicina ai fotoaccoppiatori, si illumina prima il ricevitore destro (5), poi entrambi, quindi solo quello sinistro (4). E questo si ripete 20 volte per giro. Dai diagrammi sopra si può vedere che sul fronte di uscita dell'impulso proveniente dal ricevitore destro si forma un certo segnale stroboscopico. Costruiremo su di esso il segnale del sensore risultante: in primo luogo, viene generato in un'unica copia quando i ricevitori sono illuminati e, in secondo luogo, caratterizza perfettamente il senso di rotazione.

In coincidenza con l'impulso del sensore sinistro durante la rotazione in senso orario, permette di isolare un impulso positivo utilizzando l'elemento logico “AND”. Per ricevere questo impulso miracoloso, abbiamo bisogno di un dispositivo one-shot per ottenere la durata richiesta. Il bordo originale è negativo, quindi deve essere invertito. Proviamo a delineare un diagramma: il circuito OOS di un monovibratore viene calcolato in base alla velocità di rotazione massima della ruota: la durata dell'impulso stroboscopico non deve superare 1/4 del periodo del segnale “giusto”. La catena C1R4 viene calcolata in base al fatto che l'impulso che genera dovrebbe essere 0,1 Tstr.

5. Costruiamo il blocco più semplice nel dispositivo: un contatore

Volevo disegnare un circuito usando i trigger, ma mi sembrava una presa in giro completamente mostruosa dell'elettronica. Se sei interessato, il circuito del contatore inverso sui flip-flop può essere trovato in qualsiasi libro di consultazione sui microcircuiti digitali. Pertanto, il nostro compito si riduce alla scelta di un contatore standard della tradizionale serie CMOS. Quindi, definiamo i requisiti per il contatore:

- Tensione di alimentazione 8-15V

- Inversione

K561IE14 soddisfa queste condizioni

Come puoi vedere nell'immagine, lo strumento ha ingressi preimpostati. Utilizzando questi ingressi, possiamo impostare rapidamente la tensione richiesta in uscita richiamando il codice corrispondente dalla RAM esterna. Naturalmente nella RAM è necessario creare un certo banco di livelli salvati. Questa possibilità non è specificata nelle specifiche tecniche, quindi utilizziamo gli ingressi preimpostati per il reset. C'è anche un input di divieto dell'account (RO). Ma non sarà possibile utilizzarlo per proteggere l'encoder dall'overflow. Il fatto è che questo ingresso blocca completamente il contatore e non gli permette di contare nemmeno nella direzione libera, e abbiamo bisogno che quando viene raggiunto un livello critico in una direzione, la direzione libera rimanga libera. Pertanto, isoleremo il segnale di overflow dopo il decodificatore. Con questo segnale lampeggeremo l'ingresso “C”.

6. Ora puoi lavorare su componenti relativamente semplici ma ingombranti: un decoder e un convertitore digitale-analogico (DAC)

Ad esempio, ecco come ho ottenuto il mio decoder. Niente di complicato: decoder di massa e interruttori a transistor per il controllo di fotoaccoppiatori e indicatori LED-OA a semiconduttore. I decodificatori sono piuttosto tradizionali: K561ID1 - convertitore di codice da binario a decimale e K561ID4 - convertitore di codice da binario a sette segmenti.

Il DAC sarà costruito in modo simile. L'unico punto delicato è la definizione degli intervalli. Confronto dei limiti di aggiustamento tra decine e unità. Abbiamo 7 decine e 10 unità. Dividiamo la tensione di uscita totale in 80 gradazioni: risulta 0,04. Moltiplica per 10: risulta 0,4. Ciò significa che una singola scarica regola la tensione entro 400 mV. Pertanto, i restanti 2,6 V sono controllati dalle decine. Ora non resta che selezionare i resistori commutati dagli interruttori optoaccoppiatori e, con il loro aiuto, costruire la scala di regolazione desiderata.

Questo è quello che è successo.

Autore: Pavel A. Ulitin (Soundoverlord); Pubblicazione: cxem.net

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