Сопряжение поворотного энкодера с цифровым потенциометром
Peter Khairolomour, Радиолоцман №3-4/2024, ст.76
При разработке электронных систем конструкторы ищут продукты или идеи, которые могут обеспечить выигрыш в характеристиках, размерах, стоимости и надежности по сравнению с тем, что дает использование микросхем. В связи с этим цифровой потенциометр стал альтернативой своему механическому аналогу — механическому потенциометру. Цифровой потенциометр обладает большинством перечисленных преимуществ, но не устраивает тех пользователей механических потенциометров, которым требуется простой поворотный интерфейс на передней панели для настройки или калибровки без внешних контроллеров.
Схема на Рисунке 1 представляет собой попытку объединить лучшее из обоих миров: простоту поворотного интерфейса и характеристики цифрового потенциометра. В этой схеме использован поворотный энкодер RE11CT- V1Y12-EF2CS компании Switch Channel. Поворотный энкодер этого типа имеет один вывод земли C и два выхода квадратурных сигналов A и B (Рисунок 2). Когда поворотный энкодер вращается по часовой стрелке, B опережает A (Рисунок 2а), а когда против часовой стрелки, A опережает B (Рисунок 2б).
Сигналы A и B поворотного энкодера проходят через квадратурный декодер (LS7084 компании LSI Computer Systems), преобразующий разность фаз между сигналами A и B поворотного энкодера в совместимые выходные сигналы CLK и U/D, которые может принять микросхема AD5220. AD5220 представляет собой цифровой потенциометр со 128 положениями движка, предназначенный для кнопочного управления. Он управляется отрицательным фронтом тактового импульса по входу CLK и сигналом инкремента/ декремента U/D. Когда B опережает A (вращение по часовой стрелке), квадратурный декодер вырабатывает и подает на вход AD5220 логический сигнал U/D высокого уровня. Когда A опережает B (вращение против часовой стрелки), квадратурный декодер подает на вход AD5220 сигнал U/D низкого уровня. Кроме того, квадратурный декодер вырабатывает тактовый сигнал, синхронный с его выходным сигналом, который также подается непосредственно на вход AD5220. Изменяя сопротивление резистора, подключенного к входу RBIAS, можно линейно управлять длительностью импульса тактового генератора. Помимо декодирования квадратурных выходных сигналов поворотного энкодера и формирования тактовых импульсов, LS7084 также фильтрует шумы, джиттер и другие переходные эффекты. Эта функция важна для подобных приложений. В отличие от оптических энкодеров, RE11CT-V1Y12-EF2CS представляет собой недорогой электрический энкодер, в котором при каждом повороте могут создаваться проблемы с дребезгом или шумом, обусловленные несовершенством внутренних металлических контактов переключателя. LS7084 предотвращает попадание таких неправильных сигналов в микросхему AD5220. Принцип работы схемы на Рисунке 1 прост. Когда поворотный энкодер вращается по часовой стрелке, сопротивление RWB-i между движком и клеммой B1 цифрового потенциометра увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимального значения. Дальнейшее вращение ручки в том же направлении не влияет на сопротивление.
Аналогично, вращение ручки против часовой стрелки уменьшает RWB-i до тех пор, пока оно не достигнет нуля, и любое дальнейшее вращение ручки в том же направлении не оказывает никакого влияния. Одним из очевидных примеров гибкости и удобства этой схемы является система с поворотным регулятором на передней панели. Компактный цифровой потенциометр и квадратурный декодер можно разместить в любом месте системы. Все, что нужно микросхемам, — это два цифровых управляющих сигнала, выведенных на переднюю панель, где расположен поворотный энкодер. Такая система невосприимчива к помехам, шумам и другим эффектам в линии передачи, возникающим в традиционных конструкциях с механическими потенциометрами. В этих конструкциях чувствительному аналоговому сигналу приходится проходить весь путь до передней панели для обработки, а затем возвращаться месту назначения.
