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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量器件，由機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械位置進(jìn)行測量，從而轉(zhuǎn)換為電子脈沖信號。這種電子信號通常需要連接到伺服控制系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)再經(jīng)過計算便可以得到測量的數(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極其繁多，需要使用不同的方法來與伺服控制系統(tǒng)相互匹配，十分費時費力。而且高精度，高分辨率以及高速的要求一直都是設(shè)計者們所追求的主要目標(biāo)，那么設(shè)計者們就一定要在提高位置反饋的細(xì)節(jié)上下功夫，設(shè)計合適的PILZ模擬量編碼器接口電路，用來實現(xiàn)對PILZ模擬量編碼器相位角的查表計算以及輸出信號的細(xì)分，實現(xiàn)精確的位置反饋。基于模擬量光電旋轉(zhuǎn)編碼器測量精度高、具有掉電記憶功能的優(yōu)點，探討了模擬量光電旋轉(zhuǎn)編碼器在電機旋轉(zhuǎn)位置測量方面的應(yīng)用，并提出了一種嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)方案。結(jié)合單片機和PILZ模擬量編碼器的特點，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計方案。采用軟件控制單片機I/O口模擬時鐘信號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。該電機定位方案已應(yīng)用于實際系統(tǒng)，具有精度高、反應(yīng)靈敏、抗干擾能力強等優(yōu)點，能夠滿足大多數(shù)電機控制系統(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，同時提高編碼器的響應(yīng)頻率，提出了一種基于線陣探測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，整個碼盤只有一個碼道，粗碼被直接刻在這個單圈的碼道上，碼盤圖像經(jīng)光學(xué)放大后被線陣探測器接收。利用FPGA控制電路將數(shù)據(jù)傳送至計算機，并對數(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。通過該技術(shù)設(shè)計一個碼盤直徑為40mm的模擬量PILZ模擬量編碼器，其分辨率為15位。為了解決這一問題，就研制PILZ模擬量編碼器的信號處理電路給出了詳細(xì)的過程。所研究和開發(fā)的接口電路板經(jīng)歷了一個從方案擬定、系統(tǒng)架構(gòu)、硬件電路設(shè)計、算法研究、軟件編寫，軟件模擬仿真，再到整機現(xiàn)場測試的完整過程，zui終經(jīng)過工業(yè)現(xiàn)場實際調(diào)試，基本上達(dá)到了用戶的技術(shù)指標(biāo)要求。總的來說，所研究和設(shè)計的PILZ模擬量編碼器接口電路zui終將實現(xiàn)把任意一種PILZ模擬量編碼器輸出信號轉(zhuǎn)換為TTL脈沖信號，從而被本公司的伺服控制器識別。該接口電路以500KHZ的頻率采樣PILZ模擬量編碼器信號，在FPGA內(nèi)用軟件程序?qū)崿F(xiàn)相位角計算，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。同時也給出了在實際應(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，它的實現(xiàn)為后續(xù)人在研發(fā)上起到了一定的參考作用，這對于提高我國數(shù)控企業(yè)的總體生產(chǎn)效率有著含金量較高的實際意義。