基于+fpga+的绝对式感应同步器数据采集系统设计new

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1、万方数据第8卷第8期2008年4月1671·1819(2008)8-2022-05科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringV01．8No．8Apt．2008@2008Sei．Teeh．Engng．基于FPGA的绝对式感应同步器数据采集系统设计尚超王淦泉陈桂林(中国科学院上海技术物理研究所，上海200083)摘要绝对式感应同步器是一种模拟式的精密绝对角度传感器，需要通过实验检测并校正。设计了基于FPGA(FieldPro-grammableGateArray)的具有绝对数据融合，静态数据显示，具备与PC之间的高速U

2、SB(UniversalSerialBus)接口及与控制器之间的RS485接口的数据系统。实验表明可以完成绝对式感应同步器的角度信息融合，动、静态测试，使用PC进行数据处理，与控制器联合调试等功能。为绝对武感应同步器的工程应用提供了便利。关键词感应同步器FPGAUSB碰弭85中图法分类号TP212．1；文献标志码A感应同步器(Inductosyn@)是一种精密的绝对角度传感器，具有精度高、寿命长、速度快、耐恶劣环境、稳定可靠等一系列优点。因而被广泛应用于航空航天，机械加工，精密仪器等领域。绝对式圆感应同步器是由粗精两套绕组组成的绝对式角度传感器，可

3、以在3600范围内实现精确测量。由于感应同步器的输出为模拟电压量，需要相应的精密测量电路才能获得数字角度信息，而且必须对粗通道和精通道的数字信息进行融合处理才能获取数字化的绝对角度信息。由于绝对式感应同步器测角系统通常需要进行动、静态测试，通过实验校正以获取更高的测量精度。而且它一般是作为系统运动控制器的角位置或角速度传感单元的，需要与控制器进行通信。因此具备绝对角度数据融合，静态数据显示，高速动态数据传输接口及控制器接口等功能的数据采集系统对绝对式感应同步器的工程应用具有重大意义。2007年11月19Et收到第一作者简介：尚超(198l一)，男，

4、河南汝州人，博士研究生，研究方向：精密角度测量技术研究。E．mail：newstarsc@163．Ⅻ。1系统硬件的实现根据工程应用的要求，设计的数据采集系统的原理框图如图1所示。首先驱动电路负责给绝对式感应同步器提供激磁信号，使其正常工作。然后绝对式感应同步器输出的4路模拟调幅信号，经前端信号调理电路进行放大、滤波、调幅、调相等处理后输入2路追踪型轴角数字转换电路，把调制的模拟轴角信息转换为数字信号。必须设置好追踪型轴角转换器的外围元件参数，否者转换器将不能正常工作。通常追踪型轴角转换器提供的16bit的并行数字输出为rI．11L电平，而FPGA的

5、IO电平通常使用的是LvlTll．，因此需要使用双向电平转换接口芯片作为FPGA与RDC之间的缓冲。FPGA首先产生粗精双通道的采样控制时序，对RDC进行时序控制，然后对采集到的2路角度数据进行融合处理获得最终需要的绝对角度数据信息。之后，FPGA通过控制8LED进行绝对角度信息或者独立角度信息的显示，并提供USB接口和RS485接口的控制时序，完成与PC及运动控制器的通信功能，还可以控制SRAM实现对采集数据的缓冲功能。万方数据8期尚超，等：基于FPGA的绝对式感应同步器数据采集系统设计DrivingCircuit，一7-Abs01utr、＼、!

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8、图1系统原理框图2系统硬件的实现由图1可以看出系统主要分为前端模拟信号调理电路和后端数字处理电路两大部分。前端模拟电路的重点在于传感器输出微弱信号的放大及噪声抑制，而后端数字处理电路的重点在双通道角度信息的融合、误差补偿以及必要的接口通信功能。前放是采用超低噪声运放LTl028搭建成的差分放大电路。经过主放及滤波电路以后，最终信号调理电路的输出噪声为0．44mslxV，刚好满足16bit分辨率的追踪型轴角转换器的噪声需求。测量噪声使用的仪器是SX2173型交流微伏表。关于信号调理电路的噪声需求及误差分析，作者将另外撰文介绍。驱动电路我们使用的是OP

9、A548T芯片，该芯片是一款高电压高电流的运放，最大可以持续提供3A的输出电流，完全能够满足感应同步器的驱动需求。但需要注