基于STM32F4的时栅位移传感器信号处理系统集成化设计.pdf

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1、2013年第32卷第12期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)113基于STM32F4的时栅位移传感器信号处理系统集成化设计杨继森，许强，冯济琴(重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心。时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室，重庆400054)摘要：设计了一种基于单片STM32F4芯片的时栅位移传感器信号处理系统，将驱动电源、信号采样以及数据处理与误差补偿集成在一片芯片中完成，采用数字频率直接合成(DDS)技术进行激励源的设计，利用输入捕获方式进行高频时钟脉冲插补来

2、采集测量信号，由芯片集成的单周期DSP指令部件完成数据计算，并采用傅氏级数谐波修正技术来进行误差修正。实验表明：采用该系统后，72对极时栅误差峰峰值为3．29”，在保证精度的同时实现了时栅信号处理系统的集成化、小型化，降低了生产成本。关键词：信号处理；STM32F4；时栅；角位移；传感器中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)12-0113-04一Des‘ign0lni‘ntegrat‘‘ion0tnsi‘gna’lProcess●lngsystemof一t‘imegratingdisplac

3、ementsensorbased0nSTM32F4YANGJi—sen，XUQiang，FENGJi—qin(EngineeringResearchCenterofMechanicalTestingTechnologyandEquipment，MinistryofEducation，ChongqingKeyLaboratoryofTime-GratingSensingandAdvancedTestingTechnology，ChongqingUniversityofTechnology，Chongqing400054，China

4、)Abstract：AsignalprocessingsystemoftimegratingdisplacementsensorbasedonMCUSTM32F4isdesigned．Itintegratesthesignalacquisitionanddataprocessing，drivepoweranderrorcompensationononechip，anddevelopsdesignofdrivingsourcewithDDS．Bythemeansofinputcapture，forhighfrequencycloc

5、kpulseinterpolationtocollectmeasurementsignals。Thissystemmanagestocompletedatacomputationinaone—cycleDSPinstructionpartintegratedbychipsanderorcorectionwithharmoniccorectiontechniquesofFourierseries．Experimentindicatesthatthe72paimpolartimegratingerorpeak—to—peakvalu

6、eisonly3．29．sincethissystemisadopted，whichensureprecisionatthesametimeachieveintegrationandminiaturizationoftime—gratingsignalprocessingsystemandreducethecost．Keywords：signalprocessing；STM32F4；timegrating；angulardisplacement；sensor0引言积偏大，不利于时栅在其他设备上的集成化应用。这些不时栅位移传感器作

7、为一种新型的位移传感器，采用了足在哈尔滨量具刃具集团小批量试制采用时栅集成化设计以时间测空间的时栅测量理论⋯，越来越多地运用在数控的产品时都有不同程度的显现。意法半导体(ST)公司推机床和它运动控制部件中。目前的时栅信号处理系统主要出的基于ARMCortexM4内核的高性能微控制器由驱动电源、信号采样与处理、数据处理与误差补偿这3个STM32F4，采用先进的技术与工艺，工作主频可达168MHz，模块组成，分别由CPLD，FPGA，DSP等3块芯片来完成。运算处理能力达到210MIPS，当CPU工作于所有允许的频随着时栅传感器的广

8、泛应用，其信号处理系统模块化设计率(≤168MHz)时，在闪存中运行的程序，可以达到相当于的不足之处日趋明显：1)各模块使用各自的处理器芯片使零等待周期的性能，并且集成了单周期DSP指令和浮点单得生产成本高、程序下载复杂；2)不同种类芯片需要不同元(floati