1、XX 大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名: 学 号: 学 院: 信息与通信工程学院 专 业: 电子信息科学与技术 题 目: 旋转编码器电路 指导教师: 职称: 年 月 日XX 大学课程设计任务书2008/2009 学年第 一 学期学 院: 专 业: 学 生 姓 名: 学 号: 课程设计题目: 旋转编码器电路 起 迄 日 期: 12 月 29 日1 月 9 日 课程设计地点: 指 导 教 师: 系 主 任: 下达任务书日期: 年 月 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的:通过本课程设计, 主要训练和培养学生综合应用所学过的电路、低频、数字、高频等课程的相关知识,设计实用的电子电路方面的实际
2、电路,包括:查阅资料、合理性的设计、分析和解决实际问题的能力,电路设计工具 PROTEL 的学习与应用,应用计算机的能力,用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。2设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):(1) 学习和练习电路设计 PROTEL 软件,(2) 把旋转编码器输出的信号,经整形后送给计数器,使计数器开始计数。(3) 在旋转编码器时有两种方式,顺时针和逆时针,此时方式控制端的触发沿是不一样的。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等:画出电路图,并进行原理图的详细叙述,(1) 尽量给出元器件的型号和数值,(2) 尽量画
3、出 PCB 图,(3) 写出符合格式要求的设计报告。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献:5设计成果形式及要求:设计说明书及相关电路图6工作计划及进度:2008 年 12 月 29 日 12 月 31 日 了解设计题目及熟悉资料;2009 年 1 月 1 日 1 月 2 日 确定各题目要求计算相关参数;2009 年 1 月 2 日 1 月 3 日 结合各题目确定具体设计方案;2009 年 1 月 3 日 1 月 8 日 结合要求具体设计并仿真、整理报告;2009 年 1 月 9 日 答辩。系主任审查意见:签字: 年 月 日课程设计说明书目录一、 摘要二、 关键词三、 设计目的、意义四、 设
4、计内容五、 设计分析与结果分析1、旋转编码器原理分析2、计数原理3、整形电路4、实验电路5、电路在 multisim 环境中仿真结果6、PCB 图的制作六、 设计心得七、 参考文献一、 摘要:旋转编码器旋转时,A 相和 B 相输出相位差为 90的两脉冲信号,由于旋转分顺时针和逆时针,将输出接入 74LS191,将实现加减计数。二、 关键词:旋转编码器,计数器,数字电路。三、设计目的、意义:通过本课程设计,主要训练和培养自己综合应用所学过的电路低频、数字、高频等课程的相关知识,设计实用的电子电路方面的实际电路,包括:查阅资料、合理性的设计、分析和解决实际问题的能力,电路设计工具PROTEL 的学
5、习与应用,应用计算机的能力,用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。四、设计内容:1、学习和练习电路设计 PROTEL 软件,2、把旋转编码器输出的信号,经整形后送给计数器,使计数器开始计数。3、在旋转编码器时有两种方式,顺时针和逆时针,此时方式控制端的触发沿是不一样的。五、设计分析与结果分析1、旋转编码器原理分析:旋转编码器应用于角度定位或测量时,通常有 A、B、Z 三相输出。旋转编码器的输出波形见图 1。A 相和 B 相输出占空比为 50%的方波。编码器每转一周,A 相和 B 相输出固定数目的脉冲(如 100 个脉冲)。当编码器正向旋转时,A 相比 B 相超前四分之一个周期;当编
6、码器反向旋转时,B 相比 A 相超前四分之一个周期。A相和 B 相输出方波的相位差为 90。编码器每转一周,Z 相输出一个脉冲。由于编码器每转一周,A 相和 B 相输出固定数目的脉冲,则 A 相或 B 相每输出一个脉冲,表示编码器旋转了一个固定的角度。2、计数原理:74LS191 属同步十六进制加减计数器,CLK 是计数输入端。DOWNUP=0(DOWNUP=1)决定芯片作加法(减法)计数。CE 作使能端,控制芯片是否工作。PL 置数控制端,PL=0 时,可对 Q0Q3 进行置数,决定初始状态。RC 为进位输出端,进位以低电平输出。3、整形电路:74LS14 输入是施密特输入,旋转编码器输出的
7、脉冲信号并不是严格的矩形脉冲,将脉冲信号通过 74LS14 施密特触发器,可以获得比较标准的矩形脉冲号。4、实验电路:电路的制作过程:(1) 、 打开 Protel 软件,File-New-ok;(2) 、 打开 documents-File-New,选中 Schematic document-ok,双击打开Sheet1.Sch;(3) 、点击右方的 Find,在 By Library Refe 栏中输入要用的芯片代号,如:74ls14,74ls191,点击 Find Now,在对话框的中部会出现所寻找的芯片名称,选中,点击 Place;以同样的方式找全所需要的元器件;(4) 、运用 Wiri
8、ng Tools(连线工具条)中的连线,将电路连接起来,完成电路制作,保存。电路分析:1)、当旋转编码器顺时针旋转时,正旋输出,A 相矩形脉冲相位超前 B 相 90,A 相脉冲经整形后输入计数器的时钟信号 CLK,上跳沿触发,此时,B 相接入低电平,UD=0,计数器作加法计数,若在 LD 接入低电平,U1 经 Q0Q3进行置数,每输入一个脉冲,作一次加法计数,直到输出 1111,此时 U1 的RC 进位输出一低电平脉冲,U2 进行一次加法计数,以此类似,直到 U3 进行加法计数,输出 1111,U3 进位输出一低电平脉冲。若经置数使 U1 进行 m 进制加法计数,U2 进行 n 进制加法计数,
9、U3 进行 p 进制加法计数,则最后 U3进位输出实现 m*n*p 进制加法计数。若 LD 接入高电平,则输出为 16*16*16进制计数。2)、当旋转编码器逆时针旋转时,反旋输出,A 相矩形脉冲相位滞后 B 相 90,A 相脉冲经整形后输入计数器的时钟信号 CLK,上跳沿触发,此时,B 相接入高电平,UD=1,计数器作减法计数,若在 LD 接入低电平,U1 经 P0P3 进行置数,每输入一个脉冲,作一次减法计数,直到输出 0000,此时 U1 的 RC进位输出一低电平脉冲,U2 进行一次减法计数,以此类似,直到 U3 进行减法计数,输出 0000,U3 进位输出一低电平脉冲。若经置数使 U1
10、 进行 m 进制减法计数,U2 进行 n 进制减法计数,U3 进行 p 进制减法计数,则最后 U3 进位输出实现 m*n*p 进制减法计数。若 LD 接入高电平,则输出为 16*16*16 进制计数。5、电路在 multisim 环境中仿真结果如下:如图所示连接电路:1)、旋转编码器作顺时针旋转时,计数器作加法计数,仿真结果如下:此为从旋转编码器输出的两相方波信号 A、B,且 A 相波超前 B 相波 90 度,为顺时针转,频率为 10MHZ,在此为视图清晰,将横轴扫描幅度设为 20 ns/Div。U1.Q0U1.Q1U1.Q2U1.Q3说明:为了图像清晰,将 U1 各个输出波形的横轴扫描幅度设
11、置为 1 us/DivU2.Q0U2.Q1U2.Q2U2.Q3说明:为了图像清晰对比,将 U2 各个输出波形的横轴扫描幅度设置为 2 us/DivU3.Q0U3.Q1U3.Q2U3.Q3说明:为了图像清晰对比,将 U3 各个输出波形的横轴扫描幅度设置为 1 us/Div2)、旋转编码器作逆时针旋转时,计数器做减法计数,仿真结果如下:此为从旋转编码器输出的两相方波信号 A、B,且 A 相波滞后 B 相波 90 度,为逆时针旋转,频率为 10MHZ,在此为视图清晰,将横轴扫描幅度设为 20 ns/Div。U1.Q0U1.Q1U1.Q2U1.Q3说明:为了图像清晰,将 U1 各个输出波形的横轴扫描幅
12、度设置为 1 us/DivU2.Q0U2.Q1U2.Q2U2.Q3说明:为了图像清晰对比,将 U2 的各个输出波形的横向扫描幅度设置为 2 us/DivU3.Q0U3.Q1U3.Q2U3.Q3说明:为了图像清晰对比,将 U3 的各个输出波形横向扫描幅度设置为 1 us/DivPCB 图的制作:制作 PCB 图的电路图:在电路制作完成的情况下:1、 点击 PROTEL 工具栏的 Tools-ERC-OK;2、 创建网络表:工具栏 Design-Create Netlist-OK;3、 生成材料清单:工具栏 Reports-Bill of Material-Next,选中Description,-
13、Next-Next-Finish;4、 生成 PCB 图:工具栏 Design-Update PCB-Execute-yes;5、 将 PCB 图放大,点击下方的 KeepOutLayer,然后画限制自动布线的方框;6、 工具栏 Auto Route-ALL-Route All-ok;7、 删除 PCB 图后面的阴影部分;得到 PCB 图。六、设计心得:通过本次课程设计,发现自己在此过程中主要存在以下几个问题:1芯片集成电路功能实现的分析与组合,对所学的芯片功能了解不是很透彻,对芯片的认识数量极为有限;2对集成电路中功能类似的元器件寻找替代元件分析较为吃力,寻找旋转编码器的替代元件时,尝试了许
14、多方法,也花费了大量的时间;3对 Multisim 和 Protel 软件的操作和运用很陌生,只会一些很基础的实践,对元器件的属性问题也不了解,只能进行简单的运用;经过团队的共同努力,查阅资料,询问老师和同学,解决了我们所遇到的一部分问题,对电路的设计分析和实现取得了一定的成果;本次实践,也有一定得收获:1、 对集成电路设计与实现的思维辨证能力有了一定的锻炼,对所学数字电路的分析加深了理解,巩固了基础;2、 对 Multisim 和 Protel 软件的运用和操作也有了一些提高,提升了自己的实践能力;3、 体会到团队合作的重要性和作用,增进了同学之间的友谊和提高了自己团结合作的能力。七、参考文献:1、 阎石 数字电子技术基础 第四版.北京.高等教育出版社.2、 陈汝全 电子技术常用器件应用手册.北京.机械工业出版社.3、 张伟 Protel 99SE 实用教程 北京人民邮电出版社 2008 年 5 月第 1 版4、 赵广林 Protel99SE 电路设计与制版 电子工业出版社 2005 年第 5月