基于fpga的多路光栅数据采集系统

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盒目巴工业太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工柞的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位做储躲／l呶签字日秽lo年牛月2名学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金墨王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金8巴王些太堂可以将学位论文的全

2、部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：协瓤签字日∥口≯月z毛学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：电话：邮编：隅：薹；铲年●■!轹两瓤签师字导签致谢在论文完成，即将毕业之际，首先感谢我的导师叶兵教授两年多来对我的关心和指导。叶老师治学严谨，学识渊博，不仅传授给我知识，同时也教给我学习研究的方法和态度，使我受益匪浅。叶老师不仅在学习上给了我耐心的指导，还提供给我良好的学习环境和研究条件，使我的学习生活充实而有意义。同时感谢胡毅老师和电子科学与应用物

3、理学院的其他老师对我的帮助。还要感谢陈峰峰、朱浩、杨秋平和马明俊同学对我的支持和帮助。最后，要特别感谢我的父母，父母辛勤工作，支持我的学业，给了我无微不至的关爱，也给了我很大的鼓励，使我顺利完成学业。作者：谢敏2010年4月16日第一章绪论光栅传感器是利用莫尔条纹原理，通过光电转换，来测量线性位移量或角位移的高精度传感器。光栅位移测量技术的基础有光栅制造与检测技术、莫尔条纹技术、光栅读数头技术，光电信号采集处理及传输技术⋯。光栅传感器有很多优良特性：(I)较强的抗干扰能力。(2)较高的分辨率，测量精度高。(3)可实现动态测量．实现测量及数据处理的自动化口】。

4、由于光栅传感器拥有以上诸多优点，所以其在测量控制领域的使用越来越广泛。目前，多光栅传感器的应用场合也越来越多，比如在关节臂式坐标测量系统中，需要多个光栅角度传感器同时工作，此时，需要进行多路光栅信号的处理与传输。1．1国内外研究现状关节臂式坐标测量机是一种新型非正交式坐标测量机【3J．【41，它是多路光栅传感器信号采集系统应用最多的领域。关节臂式坐标测量机将几个连接杆和一个测量头通过旋转关节串联连接，一端固定，另一端(测量头)可以在空间中自由运动，构成一个球形测量空间。光栅传感器安装在关节处，用来测量杆件旋转的角度。其以角度基准代替长度基准进行测量，具有结构

5、简单、量程太、便于携带等优点，主要应用于三维模型表面数字化检测和现场大型零部件尺寸检测等领域"J。当前．知名的有美国Cimcore公司与FARO公司生产的关节式坐标测臂，以及法国的ROMER公司生产的测量臂。图l-1为FARO公司的一种坐标测量臂【6I。图1-1Faro公司的坐标测量臂目前，国外生产的测量机存在价格高，精度低的缺点【61。因此，进行关节臂式坐标测量机关键技术的研究，提高测量精度，已成为该领域的一个研究热点【5】。在关节臂式坐标测量领域，对多路光栅传感器输出信号进行处理和传输的研究是很重要的一个方面。现在，市场上的专用的细分计数芯片功能单一，比

6、如LS7084、LS7166、LS7266R117J和HCTL一2020181等，一般只能对一或两对正交信号进行处理，并且接口受限，价格高，供货渠道不畅【9】。例如HCTL-2020、HCTL-2000、HCTL-2016系列芯片，其时钟为14兆赫兹，带有数字滤波功能，但只能实现一对正交信号的处理，计数器的最高位数仅为16位，在许多场合不能满足计数需求。比如在计数位数大于16位时，就需要和其他标准计数芯片串联起来使用，来实现位数大于l6位的计数器功能【引。此外，HCTL．2020系列芯片仅有8位三态输出接口。LS7266R1是24位双轴可编程正交信号鉴相芯片

7、，是LS系列细分计数芯片中功能比较齐全的一种。它也带有数字滤波功能，可以同时对两对正交信号进行处理，在四倍频鉴相模式下，计数频率可以达到17兆赫兹【71。LS7266R1是一种比较理想的正交信号处理芯片，但是也仅仅可以同时对两对正交信号做出处理。LS7266R1芯片的输出和输出都是八位的三态输出／输．出接口，不能和当前一些流行的总线接口相匹配。所以，当系统要进行一些总线通信时，还需要配合其他的芯片才能实现。而且，如果在多光栅系统中使用分立的逻辑电路和芯片，即把每路信号分别放在一片专用芯片中处理，再加上通信接口芯片等电路元件，就会造成系统结构复杂，可靠性和通用

8、性差，不利于调试，处理速度也会受到限制。比如，合肥工