基于fpga的多路光电编码器数据采集系统

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1、万方数据2008年第3期缇表技术与传威器In8tn】mentTechnique卸dSensor2008No．3基于FPGA的多路光电编码器数据采集系统贾雅琼，俞斌(湖南工学院电气与信息工程系，湖南衡阳421I黼)摘要：研究了能够同时对多路光电编码器脉冲信号进行细分、计数以及传输的数据采集处理系统。提出了以高度集成的FPGA芯片为核心的设计方式，实现6路光电编码器信号的同步实时处理。坐标测量仪的6个编码器传出的数据完全在FPGA芯片中进行细分、辨向、计数以及锁存传输处理，最后所得的数据以串行通讯的方式传送到Pc机。设定了FP．GA芯片外围电

2、路和PC机数据接收程序的功能。关键词：光电编码器；FPGA；细分辨向；VHDL语言；串行接口中图分类号：TN21文献标识码：A文章编号：1002—184l(2008)03—0057一03DataAcquisitionSystemforMultipleEncordersBasedonFPGAJIAYa-qiong，YUBin(Dep盯哑蛆tofD∞tri岱andInfbmali蚰，H咖In娟tIlteofT∞hnoIo野，H吼留ang4210∞，C岫唿)Abstract：111e8ystem0fsign对acqujsitionoftIle南

3、lⅢfold·hquency$Ilbdivi8ion，directi加．judg眦眦，c伽ntirIg柚dnip．htch0ftlle出tawhichc帅e如mt

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5、ntiIlg鲫dnip—la￡ch0fthedatawhichc锄e钿ntIIesi】【encorde玛we陀t吨IuytI锄sactedintIleFPGAchip．1he伍laldataweI．esenttotllePCthrou咖tlle∞rialinte血ce0ftlIen’GA．艋erthat，tllehardwarecircuits，∞pecially∞meofllIekeyparcs，weredescribedindetail．Keywor凼：encoder；FPGA；fold一舶quency叭bdivisi∞明ddirec

6、tion-judg呲nt；VHDL；∞rialinte血celO引言现在，对单路光电传感器数据信号进行四倍频以及辨向处理时，多采用门级电路搭建的电路板、单片机或FPGA编程来实现。其中使用电路板和单片机的方法通用性差、编译复杂、电路板庞大、而且响应其他事件的实时性变差，不适合用于运算速度快，且多路输入的数据采集计算任务。随着电子设计技术的飞速发展，用户现场可编程门阵列(FPGA)的复杂程度越来越高，其所具备的功能也越来越多，芯片也向小型化发展，逐步成为复杂数字硬件电路设计的理想首选⋯。n，GA／cPLD既继承了AsIc的大规模、高集成度、

7、高可靠性的优点、又克服了普通AsIC设计周期长、投资大、灵活性差的缺点BJ。FPGA的集成度很高，可完成极其复杂的时序和组合逻辑电路功能，适用于高速，高密度的高端数字逻辑电路设计领域。l系统总体设计方案数据采集系统如图1所示，在设计过程主要分为3部分进行：FPI弘芯片内部设计、芯片外围电路设计和Pc机数据接收程序设计。其中A，一氏，B。一B6为6路光电编码器输出的相位差为90。的方波信号，z．一z6为零位信号，FCJ、Fc二、FCj分别是控制计数器在不同工作方式下进行计数的功能选择信号，0E输出使能信号控制锁存器锁存数据并输出。FPcA芯

8、片为系统的核心，由它完成对光电编码器信号的四细分、辨向、计数、锁存以及串行输出汐h围电路涉及到FPGA芯片的电源、稳压电路、收稿日期：2007一05—08收修改稿日期：2007—11一12图l系统原理框田以及各种开关的整体电路板设计；使用软件编程实现Pc机对接收到的数据进行采集处理。2硬件逻辑设计n，GA芯片内部逻辑程序的编写是设计的主体，主要分为光电编码器信号的采集处理过程(如细分，计数等)和最后所得数据的串行输出2部分。2．1光电编码器信号的采集处理在对信号的细分、辨向、计数和锁存过程中，6路信号的VHDL语言描述是相同的，故此以上过

9、程可以以l路传感器信号A，、B。和z。为例，芯片内部工作的流程图如图2所示。2．1．1计数器工作模式选择在开始时，首先要确定的是计数器的工作方式，Fc-1、FC-2和FCj这3个拨码开关的不同