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基于FPGA的PILZ模擬量編碼器接口電路
PILZ模擬量編碼器是一種精密測(cè)量器件，由機(jī)械與電子兩部分組合而成。利用光電原理或電磁原理，就能夠?qū)C(jī)械位置進(jìn)行測(cè)量，從而轉(zhuǎn)換為電子脈沖信號(hào)。這種電子信號(hào)通常需要連接到伺服控制系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)再經(jīng)過(guò)計(jì)算便可以得到測(cè)量的數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行下一步的工作。

基于FPGA的PILZ模擬量編碼器接口電路
由于PILZ模擬量編碼器的種類(lèi)極其繁多，需要使用不同的方法來(lái)與伺服控制系統(tǒng)相互匹配，十分費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而且高精度，高分辨率以及高速的要求一直都是設(shè)計(jì)者們所追求的主要目標(biāo)，那么設(shè)計(jì)者們就一定要在提高位置反饋的細(xì)節(jié)上下功夫，設(shè)計(jì)合適的PILZ模擬量編碼器接口電路，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PILZ模擬量編碼器相位角的查表計(jì)算以及輸出信號(hào)的細(xì)分，實(shí)現(xiàn)精確的位置反饋?；谀M量光電旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量精度高、具有掉電記憶功能的優(yōu)點(diǎn)，探討了模擬量光電旋轉(zhuǎn)編碼器在電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置測(cè)量方面的應(yīng)用，并提出了一種嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。結(jié)合單片機(jī)和PILZ模擬量編碼器的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)方案。采用軟件控制單片機(jī)I/O口模擬時(shí)鐘信號(hào)的方法與編碼器通信，成功地解決了編碼器接口技術(shù)瓶頸。該電機(jī)定位方案已應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)，具有精度高、反應(yīng)靈敏、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足大多數(shù)電機(jī)控制系統(tǒng)的要求。為了解決PILZ模擬量編碼器尺寸與角度分辨率之間的矛盾，同時(shí)提高編碼器的響應(yīng)頻率，提出了一種基于線陣探測(cè)器的單圈模擬量光電PILZ模擬量編碼器。該編碼器使用了一種新型單圈模擬量編碼盤(pán)，整個(gè)碼盤(pán)只有一個(gè)碼道，粗碼被直接刻在這個(gè)單圈的碼道上，碼盤(pán)圖像經(jīng)光學(xué)放大后被線陣探測(cè)器接收。利用FPGA控制電路將數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼處理，分別利用圖像處理技術(shù)讀取粗碼和利用像素細(xì)分技術(shù)獲得細(xì)碼，兩者相結(jié)合得到角度信息。通過(guò)該技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)碼盤(pán)直徑為40mm的模擬量PILZ模擬量編碼器，其分辨率為15位。為了解決這一問(wèn)題，就研制PILZ模擬量編碼器的信號(hào)處理電路給出了詳細(xì)的過(guò)程。所研究和開(kāi)發(fā)的接口電路板經(jīng)歷了一個(gè)從方案擬定、系統(tǒng)架構(gòu)、硬件電路設(shè)計(jì)、算法研究、軟件編寫(xiě)，軟件模擬仿真，再到整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的完整過(guò)程，zui終經(jīng)過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)試，基本上達(dá)到了用戶的技術(shù)指標(biāo)要求?？偟膩?lái)說(shuō)，所研究和設(shè)計(jì)的PILZ模擬量編碼器接口電路zui終將實(shí)現(xiàn)把任意一種PILZ模擬量編碼器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為T(mén)TL脈沖信號(hào)，從而被本公司的伺服控制器識(shí)別。該接口電路以500KHZ的頻率采樣PILZ模擬量編碼器信號(hào)，在FPGA內(nèi)用軟件程序?qū)崿F(xiàn)相位角計(jì)算，在下一采樣周期內(nèi)按照細(xì)分設(shè)定輸出TTL脈沖給伺服控制器。通過(guò)TTL脈沖總數(shù)的輸出讓伺服控制器能夠判斷出PILZ模擬量編碼器當(dāng)前所在的位置。同時(shí)也給出了在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的誤差原因分析。

基于FPGA的PILZ模擬量編碼器接口電路
實(shí)現(xiàn)了具有高速、高分辨率和高精度等性能的PILZ模擬量編碼器接口電路板，它的實(shí)現(xiàn)為后續(xù)人在研發(fā)上起到了一定的參考作用，這對(duì)于提高我國(guó)數(shù)控企業(yè)的總體生產(chǎn)效率有著含金量較高的實(shí)際意義。