摘要：介绍一种制作简单、价格便宜、应用面广的测角码盘设计方案；并以码盘信号的产生、处理和传输为主线，详细说明工作原理，进而再次证明其简单便宜的突出优点。

关键词：测角码盘 编码胶片 状态编码

测控系统中，经常用到采集各种角度参数或对转动机构进行测速的角度传感器。目前，市场上一些具有成熟技术的角度传感器有自增角机、电位器、码盘、霍尔元件和齿轮计数器等。这些产品中，有的精度很高，但价格昂贵，有的价格便宜，但结构复杂，往往难于同时满足结构简单、价格便宜的要求。本文介绍一种光电码盘设计方案，硬件结构非常简单、成本价格十分便宜，而且稳定性好、使用寿命长，又能满足多数情况下的精度要求。

1 工作原理

1.1 原始信号的产生

（1）信号产生原理

图1是码盘产生原始信号的原理示意图。

本码盘用于采集信号的器件是一对发光管和接收管，每个管内有两套收发装置。其功能实现过程为：在发光管和接收管之间放一圆形黑白相间且宽度相同的编码胶片，使三者分别处于相互平行的平面内，将发光管和接收管中心对正，并使编码胶片可以绕其轴心旋转。上电后，发光管会连续不断地发射信号，但由于胶片是黑白相同的，所以当黑色部分正对发光管时，发光管发出的信号将被阻挡，使接收管接收不到信号；而当白色部分正对发光管时，发光管发出的信号将透过胶片射到接收管上。这样，在接收端就得到两路连续变化的正弦波。

（2）方向判别原理

图2为原理示意图。

编码胶片宽度是收发装置距离的两倍，两收发装置位置关系应满足b=(0.7n+0.35)+a，图中n=0。

同理，当胶片向右转动时，a、b信号变化恰好相反。这样，通过a、b信号不同的变化规律实现对方向的判别。

1.2 信号处理

图3是码盘信号处理电路图。

该电路的主要任务是将产生的原始模拟信号转换为数字信号，即模数转换。由传感器产生的0v为振荡中心的正弦波信号，经跟随器处理后转换为以+2.5v为振荡中心的正弦波信号。通过调节电位器，使其波形达到最佳状态，然后，经过大器将正弦波信号放大10倍。此时，由于放大的拉伸作用，被钳位在0～5v之间的信号已具有非常陡的上升沿和下降沿，最后经施密特触发器整形后，以方波形式输给单片机。其波形关系如图4所示。

1.3 信号控制及传输

图5为控制传输电路图。

这部分主要通过软件编程实现对信号的处理。硬件结构包括信号处理芯片at89c2051、信号传输芯片75176和相应的复位电路。其中，复位电路采用由max813l芯片组成的看门狗电路。正常工作时，由89c2051为其定时提供触发信号，不产生复位；若发生错误，则在距上次触发信号1.6s后，该电路会自动产生复位信号，对89c2051进行复位。

信号处理电路产生的方波信号a、b由端口px.m和px.n输入，然后通过软件比较端口现在时刻和下一时刻的状态变化，实现功能选择。最后，通过端口px.k控制的串行通信 芯片75176传给主控板，实现信号的控制传输。

2 软件设计

2．1 状态编码

由图4可知，a、b信号的相位相差1/4个周期，所以可得图6所示的状态变换图。

若规定顺序时针方向计数器为加，逆时针方向计数器为减。

这样，通过不同状态值的变换就可对数据进行加操作、减操作和不操作，从而实现对信号的连续处理功能。

2．2 软件编