回忆N年前玩电时代的美好时光----硬件篇【独创+连载】

只看该作者 · 2015-12-20 19:18

本帖最后由 laoxu 于 2015-12-20 20:42 编辑

回忆往事，玩过的设计不计其数，分布在机电化光各领域。唯独这个最简单的硬件设计，让我足足兴奋了很久很久，光阴似箭一晃三十几年过去了，8031单片机，仅外接一个三极管，就组成了软硬件结合的A/B相正交硬件计数，辅以软件四细分，组成四线分光栅数显仪，最高计数速度理论上达到8031计数器的计数极限，12MHz晶振下，计数器的脉宽分辩率为1us, 计数频率极限为500kHz, 既简单又实用，直到今天，三十几年过去了，在网上，发现全世界都没有过类似的设计！

只看该作者 · 2015-12-20 19:18

本帖最后由 laoxu 于 2015-12-20 20:28 编辑

去年，厂里设备改造，加装光栅尺和磁栅尺，买来的数显仪，发现配光栅尺使用情况良好，但和磁栅尺配套使用时，发现会丢数，引起计数不准，经用示波器检查磁栅尺输出信号，发现输出脉冲很窄，估计是数显仪的响应频率偏低，跟不上磁栅尺的输出信号造成的，因此，想起了N年前的那玩意，重新画板做了几套，装上后使用效果一流。
附件为这次打板的原理图。

Schematic Prints.pdf (36.41 KB)

只看该作者 · 2015-12-20 19:18

本帖最后由 laoxu 于 2015-12-20 20:36 编辑

原理图中，最核心最重要的组成部分，就是那支三极管~~~~~~ :lol

只看该作者 · 2015-12-20 19:19

本帖最后由 laoxu 于 2015-12-21 13:28 编辑

原理图上没几个元件，51单片机负责A/B相正交硬件计数和动态扫描显示，H2630高速光耦，负责对输入信号隔离，一个五向开关，可输入数据和功能切换。

使用说明：

一、开机，显示器显示：“-18888888” 1秒。

二、进入工作状态，显示断电时保留的上一坐标值，公/英制，常规/直径(x2) 状态等参数。

三、五向开关功能详解：
向上键 UP             // 常规/直径(x2，绿灯亮)
向下键 DOWN          // 公/英制转换(英制，红灯亮)
向左键 LEFT          // 进入坐标预置数(当前设置位闪亮)
向右键 RIGHT          // 当前坐标值/2(对中功能)
中心键 CENTER       // 坐标值清0
   注：
特定功能，向右键RIGHT长按10秒，可改变坐标预置符号位

四、在坐标预置数状态
向上键 UP             // 当前闪亮位加1
向下键 DOWN          // 当前闪亮位减1
向左键 LEFT          // 当前闪亮位左移1位
向右键 RIGHT          // 当前预置值输入
中心键 CENTER       // 当前预置值清0

只看该作者 · 2015-12-20 19:19

本帖最后由 laoxu 于 2015-12-21 13:36 编辑

这是PCB图，三拼板的，组成三坐标显示仪。

只看该作者 · 2015-12-20 19:19

本帖最后由 laoxu 于 2015-12-21 13:52 编辑

这是 4细分 SCH 文件，AD09格式

DIY-4细分-SH89F52.rar (17.54 KB)

这是 4细分 PCB 文件，AD09格式

DIY-4细分_3.rar (55.5 KB)

只看该作者 · 2015-12-20 19:19

本帖最后由 laoxu 于 2015-12-22 07:02 编辑

A/B相正交计数，硬件设计要点：

设定T0,T1为模式1，16位计数器, 并且使能INT0,INT1门控计数(高电平有效)

输入的A/B相正交信号，A相直接送 T0门控（INT0）和 T1门控（INT1）。B相分两路，一路直接送 T0计数, 另一路经三极管反相后，送 T1计数。这样，能保证在 A相输入高电平时，B相电平由高至低变化时，T0计数；B相电平由低至高变化时，T1计数；从而使得计数相位同相，保证加、减计数的准确性, 实际测量计数值 = T0 -T1 。

只看该作者 · 2015-12-20 19:19

本帖最后由 laoxu 于 2015-12-22 07:17 编辑

A/B相正交计数，软件设计要点：

定时中断，读入T0,T1值，相减后得到硬件A/B相正交信号计数值，再用软件插值法，查表求得一个脉冲周期之中的具体位置（偏移量）。

在主程序中，将计数值左移两位，加上偏移量，即得到四细分后的具体数值。

程序片断如下：

void time2(void) interrupt 5  using 1 // 定时器中断2, 中断定时时间500us，晶振频率16.6MHz/N
{ static unsigned char posit=0;
  static unsigned int  LED_time_off=0;
  static unsigned char T0_count=0;    // 光栅编码器T0计数
  static unsigned char T1_count=0;    // 光栅编码器T1计数
  static unsigned char T0_count_bak=0;  // 光栅编码器T0计数上一状态备份
  static unsigned char T1_count_bak=0;  // 光栅编码器T1计数上一状态备份
  unsigned char a;
  unsigned char b;

//-------- 读入T0、T1值，光栅编码器硬件计数 --------//
  T0_count = TL0;       // 读入T0值
  T1_count = TL1;       // 读入T1值
  a = (uint8)T0_count - (uint8)T0_count_bak;
  b = (uint8)T1_count - (uint8)T1_count_bak;
  Int_T_count += (a - b);       // 光栅编码器硬件计数
  T0_count_bak = T0_count;    // 备份T0值
  T1_count_bak = T1_count;    // 备份T1值

//------------ 光栅编码器软件4细分 ------------//
  input_comp |= P3 & 0x03;    // 输入A、B相正交信号
  a = tab_counter[input_comp];    // 光栅编码器4细分当前位置
  if (a != 0x80)
{ Int_Offset = a;
}
  input_comp <<= 2;
  input_comp  &= 0x0c; // 保存A、B相正交信号状态

//-------- 动态扫描显示及键值输入 --------//

  ........

}