基于CPLD的光栅信号处理专用接口芯片设计.pdf

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1、仪器仪表用户日经验窒逾旦doi：10．3969／j．issn．t671—1041．2010．02．029基于CPLD的光栅信号处理专用接口芯片设计董丽梅。陆原(河北大学电子信息工程学院，河北保定071002)摘要：针对光栅位移传感器输出的莫尔条纹信号，采用可编程逻辑器件(CPLD)EPM7128设计研制了由4细分与辨向模块、24位可逆计数模块以及总线接口模块构成的光栅信号处理专用接口芯片。简要介绍了光栅位移传感器的工作原理，详细介绍了细分与辩向、计数和接口模块的内部算法实现逻辑及编程方法。芯片的电路设计采用硬件描述语言

2、VHDL，开发环境应用MAXPLUSⅡ。完成的光栅位移传感器信号处理电路精度高、测量范围大，可实现数字量输出，方便的与计算机接口。图1光栅常数w、夹角0与莫尔条纹宽度B的关系示意图两块刻线相同的光栅，一块长光栅称为标尺光栅，一块短关键词：光栅位移传感器；信号处理；CPLD；EPM7128光栅称为指示光栅。当两块光栅以微小角度放置时，将会产生中图分类号：TP212．12文献标识码：B莫尔条纹。两块光栅作相对位移时，莫尔条纹将连续移动，光Thedesignofinterfacechipforgrating栅每移动一个栅距时

3、，莫尔条纹将移动一个明暗周期。当改变signalprocessingbasedonCPLD两块光栅放置的角度时，莫尔条纹的明暗宽度将发生变化。莫尔条纹的宽度B与夹角0和栅距w之间的关系如式(1)所示：DoNGLi-mei。LUYilia(CollegeofElectronicandInformationalEngineering。B=而W一W(1)HebeiUniversity。Baoding071002。China)如果用平行光透射莫尔条纹，用光电转换的方法，莫尔条Abstract：Inordertoworkwith

4、themoirefringesignal，thegratingsig—纹一个明暗周期的透射光照在四路光电池上，则在四路光电nalprocessingcircuitbasedonthetechnologyofthecomplexpro池上产生四路相差2的光电流。使用两路电压比较器，将四grammablelogicdevice(CPLD)．Thechipiscomposedofsubdivi—路相差1T／2的低电压转换成两路相差iv／2的TTL电平，这就是sionanddirection-judgmentmodule，24

5、bitsreversiblecountermod-计量光栅的输出信号。如果指示光栅左移，A信号超前B信号uleandbusinterfacemoduleTheprincipleofgratingdisplacementw／2；如果指示光栅右移，则A信号落后B信号w／2。检测时，根sensorisdiscussedbriefly，therealizedlogicandtheprogramming据A信号和B信号的相位关系判断机械位移的方向。methodoftheinternalalgorithmareintrducedi

6、ndetailinthispaper．A信号和B信号与栅距的关系是：实际直线位移一个栅距Thechip’ScircuituseVHDLlanguagetoprogramhardware，theexploitationconditionisMAXPLUSII．Thegratingsignalprocessingcir-时，信号A和B出现一个周期。当光栅连续运动时，通过电路整culthavethefeaturesofhighprecision，greatmeasurearea，digital形处理，这一正弦信号变成一串连续

7、脉冲输出。脉冲数和条纹quantityoutput．Thecircuitcanfacilitatethecomputerinterfacecon—数与移过的光栅栅距是一对应的，位移量如式(2)所示：veniently．d=Ⅳ(2)式中，Ⅳ为移过的莫尔条纹的数量，据此可以知道机械位移Keywords：gratingdisplacementsensor；signalprocessing茸dCPLD：EPM71282光栅信号处理专用接口芯片的组成0引言图2所示为光栅位移传感器信号处理电路原理框图。电路随着现代加工和计量技术的

8、发展，对长度和位移的测量由细分模块、计数模块和接口模块组成。外部光栅信号首先通不仅要求提高精度，而且要求能迅速而客观地将长度和位移过信号输入线A、B输人细分模块，信号经细分与辨向后输入测量结果以数字信号形式输出，以便进行数据处理和程序控计数模块，计数模块完成24位可逆计数后将光栅信号对应的制。光栅传感器信号处理电路主要完成细分、辨