基于FPGA增量式編碼器的接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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對(duì)以上3種計(jì)數(shù)方法進(jìn)行分析可知，用純軟件計(jì)數(shù)雖然電路簡(jiǎn)單，但是計(jì)數(shù)速度慢，微處理器工作量大，難以滿足實(shí)時(shí)性要求，想得到更高的指標(biāo)，只能不斷地更換高性能微處理器，而且由于光電編碼器的轉(zhuǎn)速具有不可預(yù)見(jiàn)性，采用鎖相環(huán)進(jìn)行倍頻的話會(huì)造成數(shù)據(jù)的不精確；而純硬件電路體積大且穩(wěn)定性、可靠性差、調(diào)試煩瑣，而且當(dāng)電阻、電容等組件參數(shù)變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致脈寬發(fā)生變化或不能產(chǎn)生具有穩(wěn)定寬度
的脈沖。此外，RC電路抗干擾能力差，反饋部分易受外界干擾，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)丟失脈沖現(xiàn)象，以至影響控制系統(tǒng)的精度和可靠性。
對(duì)于濾波、延時(shí)的處理方法很多，如微分型電路其信噪比小、抗干擾性差，積分型電路可以提高信噪比，但和微分型電路一樣有缺點(diǎn)：當(dāng)輸入信號(hào)頻率高時(shí)，電容充放電不及時(shí)，導(dǎo)致輸出信號(hào)嚴(yán)重變形；對(duì)于各路倍頻電路來(lái)說(shuō)，電阻和電容的參數(shù)不可能完全一致，所以倍頻后的各路脈沖寬度不等，而且寬度的調(diào)節(jié)也比較困難。設(shè)計(jì)采用的數(shù)字型延時(shí)電路可以很好地克服以上延時(shí)電路的缺點(diǎn)，延時(shí)的時(shí)間和各路倍頻的脈沖寬度由時(shí)鐘控制，倍頻后的脈沖寬度均勻一致。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/190932.htm
運(yùn)用FPGA實(shí)現(xiàn)4倍頻、鑒相電路，采用全數(shù)字反饋電路的設(shè)計(jì)方法，由于倍頻、鑒相電路設(shè)計(jì)在同一芯片上，一方面，FPGA門電路高數(shù)量較大，時(shí)鐘頻率可達(dá)上百M(fèi)Hz的可編程邏輯器件，可以把他設(shè)計(jì)成所需的各種邏輯器件，可并行處理多項(xiàng)任務(wù)。因此處理速度比單片機(jī)或DSP快得多；另一方面，芯片內(nèi)部的門電路、觸發(fā)器的參數(shù)特性完全一致，能保證在相同轉(zhuǎn)速下4倍頻脈沖信號(hào)的周期保持一致。作為板級(jí)芯片，電路做在芯片內(nèi)部，其抗干擾能力比分離器件有很大提高。同時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)可編程，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的重新設(shè)計(jì)或修改，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性、通用性和可靠性。
3 仿真波形
用Verilog HDL語(yǔ)言完成電路描述，各功能模塊運(yùn)用原理圖方式進(jìn)行描述，芯片采用Ahera公司Cyclone系列的EP1C12Q240C8N。在Quart-usII10．0環(huán)境下進(jìn)行功能和時(shí)序仿真。編譯后結(jié)果如圖3所示，A、B即為差分整形電路的輸出，當(dāng)A相超前B相時(shí)，輸出正向4倍頻脈沖，OA[7．．0]為編碼器正轉(zhuǎn)時(shí)4倍頻脈沖個(gè)數(shù)；反之，輸出反向4倍頻脈沖，OB[7．．0]為反轉(zhuǎn)時(shí)4倍頻脈沖個(gè)數(shù)。利用OA[7．．0]與OB[7．．0]可以方便地實(shí)現(xiàn)編碼器的可逆計(jì)數(shù)。
4 結(jié)束語(yǔ)
設(shè)計(jì)了增量式光電編碼器的一種簡(jiǎn)單且高精度的鑒相、計(jì)數(shù)和接口電路，可根據(jù)光電編碼器的轉(zhuǎn)向進(jìn)行遞增或遞減計(jì)數(shù)，并可與PC機(jī)、DSP、ARM等器件直接進(jìn)行并行通訊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性?？梢钥闯?，利用FPGA設(shè)計(jì)光電編碼器信號(hào)處理模塊，無(wú)論是設(shè)計(jì)過(guò)程，還是電路結(jié)構(gòu)、都變得更加簡(jiǎn)潔。另外，在應(yīng)用中注意FPGA的時(shí)鐘周期應(yīng)小于編碼器脈沖的1／4，通常FPGA的時(shí)鐘已遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于編碼器脈沖周期，故在FPGA中進(jìn)行處理與計(jì)數(shù)是沒(méi)問(wèn)題的。
文中FPGA實(shí)現(xiàn)的編碼器倍頻、鑒相電路，已經(jīng)在激光跟蹤系統(tǒng)的項(xiàng)目中得到驗(yàn)證，在系統(tǒng)中存在抖動(dòng)及毛刺等干擾的情況下，仍能獲得穩(wěn)定可靠的測(cè)量結(jié)果，并且可根據(jù)需要，任意改變參數(shù)以達(dá)到目的，這對(duì)正確和合理地使用編碼器，提高功能效益，從而在數(shù)控及機(jī)器人的死循環(huán)位置和速度控制系統(tǒng)中，提高位置調(diào)節(jié)精度、擴(kuò)大速度調(diào)節(jié)范圍，都有良好的效果，是一種提高編碼器分辨率、實(shí)現(xiàn)角位移或轉(zhuǎn)速測(cè)量的優(yōu)選電路。
評(píng)論