基于Multisim 12的正交編碼器與解碼器的電路設(shè)計(jì)與仿真

王玲+陳遠(yuǎn)超

摘 要： 正交編碼器用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的位置和速度。因?yàn)檎痪幋a器具有良好的抗噪聲性能，能有效消除脈沖邊緣震蕩造成的干擾，在測(cè)速時(shí)能有效提高準(zhǔn)確性，所以，正交編碼與解碼器的配合使用實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種電機(jī)的閉環(huán)控制，從而達(dá)到精確控制。這里以Multisim 12軟件為平臺(tái)，模擬設(shè)計(jì)了正交編碼與解碼器，可以較直觀地展現(xiàn)正交編碼器與解碼器的電路原理與工作過(guò)程，為深入了解、學(xué)習(xí)正交編碼與解碼器提供了更多途徑，同時(shí)為Multisim 12學(xué)習(xí)者提供一些資料與便利。

關(guān)鍵字： Multisim 12； 正交編碼器； 正交解碼器； 模擬電路設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）08?0145?03

正交編碼器（又名增量式編碼器或光電式編碼器）有三個(gè)輸出，分別為：A相、B相和索引（INDEX），其中A相（QEA）和B相（QEB）這兩個(gè)通道間的關(guān)系是惟一的。如果A相超前B相，那么電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向被認(rèn)為是正向的。如果A相落后于B相，那么電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向則被認(rèn)為是反向的[1]。第三個(gè)通道稱(chēng)為索引脈沖，每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)脈沖，作為基準(zhǔn)用來(lái)確定絕對(duì)位置。編碼器產(chǎn)生的正交信號(hào)可以有四種各不相同的狀態(tài)（01，00，10，11），當(dāng)旋轉(zhuǎn)的方向改變時(shí)，這些狀態(tài)的順序與此相反（11，10，00，01）。正交解碼器捕捉相位信號(hào)和索引脈沖，并將信息轉(zhuǎn)換為位置脈沖的數(shù)字計(jì)數(shù)值。通常，當(dāng)傳動(dòng)軸向某一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，該計(jì)數(shù)值將遞增計(jì)數(shù)；而當(dāng)傳動(dòng)軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，則遞減計(jì)數(shù)。由于輸入信號(hào)的頻率不同，正交編碼器輸出的信號(hào)頻率亦不同，經(jīng)過(guò)正交解碼器后，計(jì)數(shù)值的增加速率亦不同。因此，輸入信號(hào)的頻率與計(jì)數(shù)值的增加速率正相關(guān)，從而可通過(guò)計(jì)數(shù)值的增加速率推算出輸入信號(hào)頻率，從而計(jì)算出輸入信號(hào)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。由于Multisim 12軟件是一款非常實(shí)用的電路模擬仿真軟件，可以將電路的創(chuàng)建、測(cè)試分析以及結(jié)果顯示集成在一個(gè)電路窗口中，可以非常便捷地實(shí)現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)。因此，通過(guò)利用Multisim 12軟件，模擬設(shè)計(jì)正交編碼與解碼器的工作過(guò)程，有利于理解正交編碼與解碼器的電路的作用。

1 基于Multisim 12的正交編碼器與解碼器的

電路設(shè)計(jì)與仿真

基于Multisim 12的正交編碼與解碼器的設(shè)計(jì)與仿真的整體設(shè)計(jì)如圖1所示，其中主要包括正交編碼器與正交解碼器兩大部分。正交編碼器部分主要包括積分電路、過(guò)零比較電路、換向開(kāi)關(guān)等，其主要功能是形成兩路相位差為90°的穩(wěn)定方波信號(hào)。

2 結(jié) 語(yǔ)

本文以Multisim 12為平臺(tái)，模擬設(shè)計(jì)了編碼與解碼電機(jī)運(yùn)動(dòng)編碼與解碼器。仿真計(jì)數(shù)結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)可以較好地展示出電機(jī)的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)動(dòng)快慢。此外，由于采用了倍頻電路，計(jì)數(shù)精度較高，從而為提高精確測(cè)量與控制提供了保證。

參考文獻(xiàn)

[1] 鈔靖，王小椿，姜虹.基于FPGA的光電編碼器四倍頻電路設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)，2007（6）：17?18.

[2] 程勇.實(shí)例講解Multisim 10電路仿真[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[3] 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2007.

[4] FLOYD T L. 數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[5] 王琳.基于Multisim的任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法[J].大眾科技，2009（6）：424?425.

[6] 王冠華，盧慶齡.Multisim 12電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2014.

[7] 聶典，李北雁.Multisim 12仿真設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[8] 姚婭川，吳培明.數(shù)字電子技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2006.