Construímos um valcoder. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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ValcoderName - um dispositivo que muda algum valor dependendo da rotação do eixo. Tal coisa é encontrada, por exemplo, em um mouse de rolo ou em um centro de música. Na verdade, o codificador em si é bastante simples, mas complicaremos a tarefa não usando um microcontrolador, como é praticado em todos os projetos industriais. O valcoder é interessante porque entrelaça muitas técnicas usadas em eletrônica digital e analógica. Então TK: desenvolver um dispositivo que altere a tensão de saída na faixa de 0 - 3V, linearmente dependendo do ângulo de rotação do eixo. A mudança de tensão deve ser reversível, com um número de gradações de pelo menos 80. O sinal de saída deve ser isolado das tensões de operação do dispositivo (isolamento galvânico). O aumento/queda total de tensão ocorre quando o ângulo de rotação do eixo muda de 0 a 1440 graus (4 voltas). O dispositivo deve permanecer operacional na faixa de tensão de alimentação de 8 a 15V. Fornece indicação de tensão digital.

1. Por onde começar?

Vamos definir o que eles querem de nós:

A. Em primeiro lugar, a "cabeça" do dispositivo será digital, porque. contará os pulsos gerados pelo botão rotativo.
B. A contagem de impulsos deve ser reversível, porque. o valor resultante diminui e aumenta dependendo da direção de rotação da alça.
B. Pelo menos 80 gradações de tensão de saída. Portanto, para definir a tensão, precisamos de pelo menos 8 bits de código binário (80[10] = 1010000 [2]). 80 gradações em 4 voltas, o que significa que o cabo deve dar 20 pulsos por volta. Um pulso a cada 18 graus.
D. Para desacoplamento galvânico da tensão de saída, optoacopladores precisarão ser usados ​​no estágio do conversor (digital --> analógico).
D. Na tensão de alimentação declarada, os microcircuitos das séries K561 e 564 funcionam.
E. Indicação digital - um nó simples, mas mais 2 decodificadores serão necessários em um código de 7 segmentos.

2. Agora vamos tentar descrever o algoritmo de operação

- Quando habilitado, a saída é 0.

- SE a saída for 0 E houver um pulso do sensor E o botão for girado no sentido horário - adicione 1 ao código de saída.

- SE a saída for 0 E houver um pulso do sensor E o botão girar no sentido anti-horário - não execute nenhuma ação

- SE a saída for 1010000 E houver um pulso do sensor E o botão girar no sentido horário - não execute nenhuma ação

- SE a saída for 1010000 E houver um pulso do sensor E o botão for girado no sentido anti-horário - subtraia 1 do código de saída

- SE a saída for um número diferente de 0 e 1010000 E houver um pulso do sensor E o botão for girado no sentido horário - adicione 1 ao código de saída

- SE a saída for um número diferente de 0 e 1010000 E houver um pulso do sensor E o botão for girado no sentido anti-horário - subtraia 1 do código de saída.

- SE não houver pulso do sensor - não execute nenhuma ação.

3. Desenhe um diagrama de blocos do dispositivo

Obviamente, a parte mecânica deve informar tanto a própria rotação quanto sua direção. Então o sensor deve dar 2 sinais. Como resultado, verifica-se que o dispositivo deve consistir em um contador reversível, uma unidade de desacoplamento correspondente e um conversor digital para analógico.

O matcher deve emitir um sinal de estouro e desabilitar o contador de somar (se o máximo for recebido) ou subtrair (se o mínimo for recebido).

4. Projetando o sensor

Água suficiente foi derramada, agora podemos falar mais especificamente. A mecânica depende da eletrônica e a eletrônica da mecânica, então considere o sensor como um todo. É bastante claro que é muito mais conveniente usar um sensor óptico do que um de contato, o que significa que chegamos a uma roda perfurada. Obter impulsos é fácil, resta determinar o sentido de rotação. Existem duas maneiras: usar dois optoacopladores (emissor + receptor) e organizá-los de forma que primeiro um receptor seja iluminado e depois o segundo. Ou use um amortecedor deslizando no mesmo eixo da roda (o momento gerado pelo eixo deve exceder a massa do amortecedor e não deve girar sob seu próprio peso).

Este amortecedor gira em sincronia com a roda em um determinado ângulo (não mais que 4,5 graus em ambas as direções) e abre / obscurece o fotodetector (estroboscópio) adicional. Esta opção complica muito a mecânica, embora seja muito simples na implementação do circuito (lógica "AND"), então voltemos à primeira opção. Agora vamos estimar os diagramas de tempo dos sinais gerados pelo sensor.

Como pode ser visto na figura, os sinais do receptor estão defasados ​​em 90 graus. Isso é facilmente alcançado colocando os receptores lado a lado em uma linha. Assim, quando o orifício passa sobre os receptores, o primeiro receptor é iluminado primeiro, depois os dois e depois o segundo.

Suponha que a roda (3) gire no sentido horário em torno do eixo (2). Quando o orifício (1) se aproxima dos optoacopladores, o receptor direito (5) é iluminado primeiro, depois ambos, depois apenas o esquerdo (4). E isso é repetido 20 vezes em uma revolução. Pode ser visto nos diagramas acima que um certo sinal estroboscópico é formado na borda de fuga do pulso do receptor direito. Construiremos o sinal do sensor resultante nele: em primeiro lugar, ele é gerado em uma única cópia quando os receptores são iluminados e, em segundo lugar, caracteriza perfeitamente o sentido de rotação.

Coincidindo com o pulso do sensor esquerdo quando girado no sentido horário, permite isolar um pulso positivo usando o elemento lógico "AND". Para obter esse pulso milagroso, precisamos de um único vibrador para obter a duração desejada. A borda inicial é negativa, portanto deve ser invertida. Vamos tentar esboçar um diagrama: o loop OOS de um único vibrador é calculado com base na velocidade máxima da roda - a duração do pulso estroboscópico não deve exceder 1/4 do período do sinal "certo". A cadeia C1R4 é calculada com base no fato de que o impulso gerado por ela deve ser 0,1 Tstr.

5. Vamos construir o bloco mais simples do dispositivo - um contador

Eu queria desenhar um circuito nos gatilhos, mas me pareceu uma zombaria completamente monstruosa da eletrônica. Se estiver interessado, um circuito contador up/down flip-flop pode ser encontrado em qualquer livro de referência de IC digital. Portanto, nossa tarefa se reduz a escolher um contador padrão da série CMOS tradicional. Então, vamos definir os requisitos para o contador:

- Tensão de alimentação 8-15V

- Reverter

Essas condições são atendidas pelo K561IE14

Como você pode ver na foto, o contador tem entradas predefinidas. Usando essas entradas, podemos definir rapidamente a tensão necessária na saída chamando o código apropriado da RAM externa. Obviamente, um determinado banco de níveis salvos deve ser criado na RAM. A especificação não especifica tal possibilidade, então usamos as entradas predefinidas para reset. Há também uma entrada de inibição de contagem (RO). Mas usá-lo para proteger o codificador de estouro não funcionará. O fato é que esta entrada bloqueia completamente o contador e não permite que ele conte mesmo na direção livre, mas precisamos que quando o nível crítico for atingido em uma direção, a direção livre permaneça livre. Portanto, vamos destacar o sinal de estouro após o decodificador. Com este sinal, vamos strobe a entrada "C".

6. Agora você pode lidar com nós relativamente simples, mas complicados - um decodificador e um conversor digital para analógico (DAC)

Então, por exemplo, eu tenho um decodificador. Nada complicado: decodificadores de massa e interruptores de transistor para controlar optoacopladores e indicadores de semicondutores LED-OA. Os decodificadores são bastante tradicionais: K561ID1 - conversor de binário para decimal e K561ID4 - conversor de binário para sete segmentos.

O DAC será construído de maneira semelhante. O único ponto sutil é a definição dos intervalos. Mapeamento dos limites de ajuste para dezenas e unidades. Temos 7 dezenas e 10 unidades. Dividimos a tensão de saída total por 80 gradações: resulta em 0,04. Multiplique por 10 - resulta em 0,4. Isso significa que uma única descarga regula a tensão dentro de 400mV. Portanto, os 2,6 V restantes são controlados por dezenas. Agora resta apenas selecionar os resistores comutados por optoacopladores e, com a ajuda deles, construir a escala de ajuste desejada.

Isso é o que aconteceu.

Autor: Pavel A. Ulitin (Soundoverlord); Publicação: cxem.net

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