基于fpga的高精度光电编码器接口电路的设计

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1、万方数据第47卷2011年第4期西北师范大学学报(自然科学版)V01．472011No．4journalofNorthwestNomalUniversity(NaturalScience)43基于FPGA的高精度光电编码器接口电路的设计马永杰1，董秀娟1，王轲(1．西北师范大学物理与电子工程学院。甘肃兰州730070；，2．兰州理工大学计算机与通信学院，甘肃兰州730050)搐要：为了提高光电编码器测量的精度。在FPGA内利用VHDL语言，采用自顶向下的设计方法。设计了一种高精度的光电编码器接口电路。实现了鉴相、四倍烦、计数、锁存并通过U

2、ART发送到PC机终端显示等功能．通过在QuartusⅡ下进行软件仿真和在Alte豫公司CycloneⅣ系列EPlCl2Qz40C8芯片上进行硬件测试，结果表明，该方案实现的光电编码器的角位移测量精度可以提高8倍．关键词：光电编码器；FPGA；VHDL语言；接口电路中图分类号：TP331．2文献标识码：A文章编号：loo卜988X(2011)04一0043一05Thehighprecisioninterfacecircuitdesignofoptical一encoderbasedonFPGAMAYong．jiel，DONGXiu-juan

3、l，WANGKe2(1．CollegeofPhysicsandElectronicEngineering，NorthwestNormalUniversity，Lanzhou730070。Gansu，Chinaf2．CollegeofComputerandCommunication，LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，Gansu．China)Abstract：Inordertoimproveoptical—encoder’sprecisionofmeasurement，ahighpreci

4、sioninterfacecircuitofoptical—encoderisdesignedwiththeaidofVHDLlanguageinFPGAandthetop—downdesignmethod，whichrealizephasediscrimination，fourfold—frequency，countitsnumber，latchandthroughUARTsentdatatoPCterminaldisplayetc．ThroughsimulationunderQuartusⅡandhardwaretestonCyclo

5、neⅣseriesofAlteraCompanyintheEPlCl2Q240C8chip，theresultsshowthatthisschemecanimprovetheangulardisplacementofoptical—encoder’smeasurementaccuracyabouteighttimes．Keywords：optica卜encoder；FPGAIVHDLlanguage；interfacecircuit光电编码器是通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成一串脉冲或数字量的传感器，在电机伺服控制系统中，它与

6、电机同轴连接，常用来测量电机转子的速度和位置LlJ．通常，光电编码器可分为绝对式和增量式两种．本文选用的是欧姆龙(E682一CWZ6C)增量式光电编码器，它具有结构简单、体积小、价格低、精度高、响应速度快、性能稳定等优点，在高分辨率和大量程角速率、位移测量系统中更具优越性．由于增量式光电编码器不具有计数和接口电路，本文设计了一个基于FPGA的高精度增量式光电编码器的接口电路，具有硬件鉴相、四倍频细分、计数，并将测量数据锁存经过UART发送给显示终端等功能；在运算处理之前用锁存电路来消除硬件电路延时所可能引起的计数累计误差，同时用VHDL编

7、程时为了尽量消除电路中的毛刺现象，使用状态机克服纯硬件数字系统控制不灵活的缺点，状态切换时间短暂，响应速度快，提高了系统的可靠性．收稿日期：2011-03·12；修改稿收到日期：2011—05—27基金项目：甘肃省自然科学研究基金计划项目(096RJZAll5)；甘肃省教育厅科研项目(0901昏08)作者简介：马永杰(1967一)，男，甘肃灵台人，教授，博士．主要研究方向为智能控制．E．-mail：myjmyj@163．com万方数据44西北师范大学学报(自然科学版)JournalofNorthwestNormalUniversity(N

8、aturalScience)第47卷V01．471接口电路总体方案设计增量式光电编码器利用双光栅叠栅条纹技术将空间位置进行光学放大，通过光电接收器输出相位互差90。的A、B信号及Z相基准相位信