復智能光電旋鈕的設計

引言

目前，在設計儀器的控制面板時，主要采用各種按鍵，通過檢測按鍵是否被按下產生控制信號。但是，在一些需要連續產生控制信號的場合，使用按鍵可能帶來操作上的不便。而且，長期高頻率使用的按鍵極易損壞。如果使用光電旋鈕，根據其旋轉速率和旋轉方向產生控制信號，就能提高使用的靈活性和可靠性。市場上的此類產品很少，且價格昂貴。經過多次試驗，筆者成功地設計出采用單片機作為控制核心的智能光電旋鈕。

智能光電旋鈕按硬件結構可分為機械部分和硬件電路部分。

機械部分

機械部分的主要功能是完成機械旋轉到電信號的轉換。如圖1所示，機械部分由一個可任意旋轉的旋鈕、與旋鈕相連的遮光片及兩對光電收發器組成。遮光片的邊緣設計成如圖1所示的齒輪形，并定位于兩對光電收發器之間。當遮光片旋轉時，其邊緣交替遮蔽兩對光電收發器，光電收發器就將間斷的光脈沖信號轉換為兩路電脈沖信號，供硬件電路部分處理。

硬件電路

硬件電路部分主要由脈沖整形電路和intel8031單片機為核心的單片機系統構成（見圖2）。圖2中：整形電路將光電收發器產生的兩路脈沖信號整形后，送入intel8031單片機的P1.0、P1.1口。單片機通過內部定時器中斷，對P1.0、P1.1 口輸入的脈沖信號進行采樣。采樣數據經處理程序處理后，生成代表旋轉速率的脈沖信號和代表旋轉方向的方向信號，并由P1.2、P1.3口串行輸出。也可根據實際需要，將識別到的旋轉速率、旋轉方向等信息通過并行接口輸出到其它顯示、控制設備。

圖2中的整形電路由兩個如圖3所示的模塊構成，分別對應兩對光電收發器。555定時器構成單穩態觸發器，對光電收發器發送的脈沖信號進行整形。當光線照射時，光電收發器的收端處于導通狀態，則單穩態觸發器的輸入引腳為一高電平。當光線被遮住時，光電收發器的收端處于截止狀態。此時，單穩態觸發器的輸入端被電阻R2下拉為低電平。適當調節電阻R2，使高電平大于2/3 Vcc，低電平小于1/3 Vcc，單穩態觸發器就能對輸入脈沖信號進行整形，并將整形信號輸出至8031單片機系統。

8031單片機系統采用外置程序存儲器的典型應用電路，這里不再贅述。

軟件設計