Опубликованная на сайте «РадиоЛоцман» статья [1] автора Anthony Smith об использовании углового энкодера для точного управления приращениями напряжения лабораторного источника питания без применения микроконтроллера или реверсивного счетчика с ЦАП, вдохновила меня исследовать этот феномен.
При макетировании был получен результат, по стабильности превосходящий параметры, указанные в статье. Однако вариант, смонтированный на печатной плате, был плох, даже очень плох. Не помогли ни тщательная очистка монтажа, ни замена компонентов. Самый лучший результат, достигнутый в результате долгих мучений, был вдвое хуже, чем приведенный в статье. Причина, по которой схема, собранная на макете, показала отличный результат, так и осталась тайной, так как макет перед изготовлением печатной платы был демонтирован.
Поскольку наибольшая нестабильность выходного напряжения наблюдалась на концах диапазона, то эксперименты сопровождались интенсивным вращением ручки энкодера, что и привело к его преждевременной смерти. Та же участь постигла и второй энкодер, хотя я воспользовался рекомендацией автора статьи и дополнил устройство опцией грубой регулировки. Все имеющиеся у меня энкодеры были из одной партии, полученной с известного китайского сайта.
Сжалившись над последним, третьим энкодером, я разработал схему имитатора энкодера, содержащего в качестве органов управления две кнопки, нажатие на которые соответствует вращению оси энкодера в разные стороны. Длительное нажатие на кнопки увеличивает частоту следования импульсов и реализует режим ускоренной регулировки. Выходы схемы имитатора подключаются параллельно выводам энкодера.
Модель, поясняющая работу имитатора, показана на Рисунке 1.
 | |
| Рисунок 1. | Принцип работы имитатора углового энкодера. |
Генератор прямоугольных импульсов формирует две последовательности импульсов, причем одна из них имеет сдвиг в 90 градусов относительно другой. Это главное условие для имитатора углового энкодера, который при вращении генерирует аналогичную последовательность импульсов.
В исходном состоянии импульсы на выходах имитатора отсутствуют. В верхнем положении переключателя SW1 на выход Q1 проходит последовательность «a», а на выход Q2 – последовательность «b». В нижнем положении переключателя SW1 на выход Q1 проходит последовательность «b», а на выход Q2 – последовательность «a». Переключение SW1 эквивалентно вращению оси энкодера влево и вправо.
Схема, показанная на Рисунке 1, явилась действующим прототипом, достаточным для того, чтобы быстро изменять регулируемый параметр от максимума до минимума и обратно.
Однако мы не из тех, кто ищет легких путей. Обычный сдвоенный тумблер – это не наш стиль. Поэтому для комфортной работы была разработана схема электронного имитатора углового энкодера, изображенная на Рисунке 2.
 | |
| Рисунок 2. | Принципиальная схема имитатора углового энкодера. |
В качестве генератора квадратурной последовательности импульсов я использовал микросхему LM567CN, предназначенную для демодуляции аналоговых сигналов на частотах до 500 кГц и снабженную квадратурным фазовым детектором. На Рисунке 2 эта микросхема обозначена как A1.
На выходах А1, обозначенных на схеме как «a» и «b», квадратурная последовательность имеется по умолчанию. Оставалось только при помощи двух кнопок, обозначенных на схеме как «Up» и «Down», направить эту последовательность на выходы Q1 и Q2 схемы имитатора. Микросхема DD4 имеет выходы с открытым стоком, что позволяет подключать выходы схемы параллельно практически любым энкодерам, у которых средний вывод подключен к общему проводу.
Реализованная логика настолько проста, что не нуждается в пояснении. Остановимся только на управлении частотой выходных импульсов, которая позволяет имитировать медленное и быстрое вращение оси энкодера.
В исходном состоянии в точке «с» присутствует низкий потенциал, и конденсатор С5 разряжен. Высокий потенциал на выходе элемента DD3.2 удерживает в открытом состоянии транзистор VT1, подключающий конденсатор С2 параллельно конденсатору С1. Частота следования импульсов на выходе А1 при указанных на схеме номиналах R3, С1 и С2, составляет примерно 13 Гц, что соответствует режиму медленного вращения оси энкодера. При нажатии на любую из кнопок, в точке «с» появляется высокий потенциал, начинающий заряжать конденсатор С5 через резистор R5. При длительном нажатии на кнопку растущее напряжение на конденсаторе С5 достигнет порогового уровня переключения элемента DD3.2, и на его выходе появится низкий потенциал, закрывающий транзистор VT1. Теперь выходная частота генератора A1 определяется только конденсатором С1, возрастая до 62 Гц. Это соответствует режиму быстрого вращения оси энкодера.
Следует отметить, что как задержка включения повышенной частоты, так и сами значения низкой и высокой частот могут быть изменены пользователем в широких пределах, что является несомненным плюсом предлагаемого решения.
Описанный в статье принцип построения имитатора углового энкодера может быть реализован чисто программными методами с использованием микроконтроллера, если энкодер используется в системе цифрового управления каким-либо процессом.