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FPGA的高分辨率PILZ磁編碼器研究
PILZ磁編碼器是一種采用磁電方法將軸的機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成數(shù)字或模擬電訊號(hào)輸出的傳感器件。利用它可以實(shí)現(xiàn)角度、直線位移、轉(zhuǎn)速以及其它模擬物理量的測(cè)量。分辨率是PILZ磁編碼器性能指標(biāo)的核心，因此提高PILZ磁編碼器的分辨率已經(jīng)成為近年來研究的重點(diǎn)。

FPGA的高分辨率PILZ磁編碼器研究
對(duì)近年興起的正余弦PILZ磁編碼器進(jìn)行研究，信號(hào)發(fā)生部分采用雷尼紹的集成芯片AM4096實(shí)現(xiàn)，將硬件和軟件結(jié)合起來，對(duì)其內(nèi)部信號(hào)和輸出信號(hào)進(jìn)行處理。內(nèi)部信號(hào)處理：通過旋轉(zhuǎn)的兩極磁場(chǎng)獲得一對(duì)正交的攜帶轉(zhuǎn)子位置信息的電壓信號(hào)，利用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，使用基于CORDIC算法流水線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的反正切函數(shù)模塊解算出偏轉(zhuǎn)角，在FPGA的軟件開發(fā)環(huán)境Quartus II9.0下用Verilog HDL實(shí)現(xiàn)算法的仿真，并以正余弦波形輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解碼。為解決高精度PILZ磁編碼器檢測(cè)中存在的問題,提出了zui高分辨率檢測(cè)和全面統(tǒng)計(jì)檢測(cè)的方法,并研制了相應(yīng)的自動(dòng)化裝置.該裝置采用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng),配合步進(jìn)電機(jī),以蝸輪蝸桿對(duì)步進(jìn)電機(jī)的輸出角位移進(jìn)行細(xì)分,提高了電機(jī)的控制精度,實(shí)現(xiàn)了高精度的測(cè)量;由PC作為上位機(jī),單片機(jī)作為下位機(jī)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集,實(shí)現(xiàn)了測(cè)量的自動(dòng)化;采用zui高分辨率檢測(cè)和全面統(tǒng)計(jì)的方法在PC機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)分析,實(shí)現(xiàn)了分析的自動(dòng)化.實(shí)例檢測(cè)表明,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)zui高達(dá)18位的各類PILZ磁編碼器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)自動(dòng)、快速、全面、的檢測(cè).且較功能相同的系統(tǒng)成本大幅降低,輸出信號(hào)處理：解碼后的PILZ磁編碼器輸出的正余弦信號(hào)可以進(jìn)一步倍頻，用比較簡(jiǎn)單的硬件電路就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的細(xì)分，設(shè)置一個(gè)參考電壓，編碼器正余弦信號(hào)經(jīng)過電壓比較器，當(dāng)輸入電壓大于參考電壓時(shí)，電壓比較器輸出高電平，反之，電壓比較器輸出低電平，每經(jīng)過一個(gè)參考電壓，比較器便輸出一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。選擇不同的參考電壓，比較器便輸出不同的計(jì)數(shù)脈沖，達(dá)到信號(hào)進(jìn)一步細(xì)分的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，內(nèi)部信號(hào)處理部分使PILZ磁編碼器的分辨率達(dá)到12位（4096p／r），輸出信號(hào)經(jīng)過處理后達(dá)到了12倍頻。經(jīng)過內(nèi)部信號(hào)和輸出信號(hào)的處理，分辨率可以達(dá)到49152p／r，達(dá)到了本設(shè)計(jì)的要求。