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2.2 多通道串行脈寬編碼器的設(shè)計

a.時分復(fù)用編碼器前端電路

要實現(xiàn)多通道控制信號的串行傳輸，首先要對多通道進(jìn)行時分復(fù)用，在此以16通道時分前端為例來說明時分復(fù)用編碼器前端電路的工作原理。圖1所示為地址碼、串行模擬信號和串行脈寬碼的波形。在16選1模擬開關(guān)CD4067 四位地址端加上如圖1所示的地址碼A、B、C、D，則16個通道I/O0～I(xiàn)/O15依次與總通道O/I接通，每個通道時間與地址碼A一個周期的二分之一，這個導(dǎo)通時間稱每個通道的工作時隙。當(dāng)在通道O/I端上加電源電壓VDD時，可作為同步信號；在總通道O/I上加電壓VDD/4（相當(dāng)于每個通道加電壓VDD/4），可作為非控制信號；通過輕觸鍵K1～K15在通道I/O0～I(xiàn)/O15上加電壓VDD/2，可作為控制信號，如圖2所示，則總通道O/I 端的輸出波形見圖1中的V01。V01的波形屬模擬控制信號，由于該控制信號在傳輸過程中易受干擾，且在接收解碼時又不易提取時鐘，因此需要對V01模擬控制信號波形進(jìn)行編碼。

b.并行編碼器

在對V01波形進(jìn)行脈寬編碼時，須先對V01波形進(jìn)行并行編碼，并行編碼器由三個比較器A1、A2、A3構(gòu)成，這三個比較器的基準(zhǔn)電壓分別設(shè)定為 VDD/5.2VDD/5、4VDD/5，見圖3。在V01波形中的不同通道的電壓與基準(zhǔn)電壓比較時，同頻通道I/O0的同步電壓VDD使三個比較器均有輸出，其并行碼為111；當(dāng)無鍵閉保通道電壓VDD/4只使三個比較器中的A1有輸出時，其并行碼為100；有鍵閉合通道的電壓為VDD/2且使三個比較器中的A1、A2有輸出時，其并行碼為110。這樣，I/O0～I(xiàn)O15這16個通道的模擬信號均被轉(zhuǎn)換成三位并行碼。

c.串行脈沖編碼器

為在傳輸時節(jié)省傳輸線，在控制碼傳輸以前需要將并行控制碼轉(zhuǎn)換為串行控制碼，并/串轉(zhuǎn)換有多種碼型，本文則是把并行控制碼轉(zhuǎn)換為串行脈寬碼。串行脈寬編碼器如圖3中的CMOS集成模擬開關(guān)CD4051所示。由圖1可知，時分復(fù)用編碼前端CD4067一個通道的工作時隙是圖3中DC4051一個通道工作時隙的 4倍，因此用CD4051作為并/串轉(zhuǎn)換時，CD4051的地址端C應(yīng)接地。這樣一來，CD4051的8個通道只工作于前4通道I/O0～I(xiàn)/O3。當(dāng)把前3個通道I/O0～I(xiàn)/O2接到并行編碼器的輸出端且同步通道留出串行脈寬碼的低電平時隙時，則CD4051通道I/O3應(yīng)接地，如此設(shè)置后，同步通道的串行脈寬碼為1110，無鍵閉合通道的串行脈寬碼為1000，有鍵閉合通道的串行脈寬碼為1100.因此，在CD4051總通道I/O端輸出帶同頻通道的16通道四倍通道I/O端輸出帶有同頻通道的16通道四倍串行碼，其中15通道是有效控制通道，其碼型見圖1中的V02。這種多通道串行脈寬碼抗干擾能力很強(qiáng)，提取時鐘也很方便，是一種應(yīng)用廣泛的新型控制碼。

3 地址碼發(fā)生器

地址碼發(fā)生器可用一片內(nèi)置振蕩的CMOS集成分頻器CD4060來產(chǎn)生圖1地址碼，地址發(fā)生器的電路見圖4。其中晶振為32768Hz時，該脈寬編碼所產(chǎn)生的串行脈寬碼經(jīng)驅(qū)動電路送往雙絞線上傳輸，控制距離可達(dá)10km以上。

4 結(jié)束語

利用CMOS集成模擬開關(guān)變通設(shè)計脈寬編碼器時，編碼器的時分復(fù)用前端用8選1模擬開關(guān)可減少通道數(shù)，利用模擬開關(guān)禁止端的功能可擴(kuò)大通道數(shù)，當(dāng)把四位串行脈寬碼的控制（有閉合）和非控制（無鍵閉合）兩種狀態(tài)擴(kuò)為八位串行脈寬碼的控制1到控制6和非控制7種狀態(tài)時，在相同通道的數(shù)量下，控制容量可提高6倍。筆者用CMOS集成模擬開關(guān)變通設(shè)計的32和64通道脈寬編碼器和脈寬解碼器不僅可實現(xiàn)自鎖、互鎖，而且能實現(xiàn)多通道同時控制。經(jīng)在工業(yè)控制場所使用證明，該編碼器和解碼器功耗低，操作方便，控制十分可靠。