基于fpga的多路光柵數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

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1、獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得盒目巴工業(yè)太堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工柞的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位做儲(chǔ)躲／l呶簽字日穢lo年牛月2名學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解金墨王些太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)金8巴王些太堂可以將學(xué)位論文的全

2、部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書)學(xué)位論文作者簽名：協(xié)瓤簽字日∥口≯月z毛學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向：工作單位：通訊地址：電話：郵編：隅：薹；鏟年●■!轢兩瓤簽師字導(dǎo)簽致謝在論文完成，即將畢業(yè)之際，首先感謝我的導(dǎo)師葉兵教授兩年多來對(duì)我的關(guān)心和指導(dǎo)。葉老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，不僅傳授給我知識(shí)，同時(shí)也教給我學(xué)習(xí)研究的方法和態(tài)度，使我受益匪淺。葉老師不僅在學(xué)習(xí)上給了我耐心的指導(dǎo)，還提供給我良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和研究條件，使我的學(xué)習(xí)生活充實(shí)而有意義。同時(shí)感謝胡毅老師和電子科學(xué)與應(yīng)用物

3、理學(xué)院的其他老師對(duì)我的幫助。還要感謝陳峰峰、朱浩、楊秋平和馬明俊同學(xué)對(duì)我的支持和幫助。最后，要特別感謝我的父母，父母辛勤工作，支持我的學(xué)業(yè)，給了我無微不至的關(guān)愛，也給了我很大的鼓勵(lì)，使我順利完成學(xué)業(yè)。作者：謝敏2010年4月16日第一章緒論光柵傳感器是利用莫爾條紋原理，通過光電轉(zhuǎn)換，來測量線性位移量或角位移的高精度傳感器。光柵位移測量技術(shù)的基礎(chǔ)有光柵制造與檢測技術(shù)、莫爾條紋技術(shù)、光柵讀數(shù)頭技術(shù)，光電信號(hào)采集處理及傳輸技術(shù)?。光柵傳感器有很多優(yōu)良特性：(I)較強(qiáng)的抗干擾能力。(2)較高的分辨率，測量精度高。(3)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測量．實(shí)現(xiàn)測量及數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化口】。

4、由于光柵傳感器擁有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，所以其在測量控制領(lǐng)域的使用越來越廣泛。目前，多光柵傳感器的應(yīng)用場合也越來越多，比如在關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量系統(tǒng)中，需要多個(gè)光柵角度傳感器同時(shí)工作，此時(shí)，需要進(jìn)行多路光柵信號(hào)的處理與傳輸。1．1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)是一種新型非正交式坐標(biāo)測量機(jī)【3J．【41，它是多路光柵傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)應(yīng)用最多的領(lǐng)域。關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)將幾個(gè)連接桿和一個(gè)測量頭通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串聯(lián)連接，一端固定，另一端(測量頭)可以在空間中自由運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成一個(gè)球形測量空間。光柵傳感器安裝在關(guān)節(jié)處，用來測量桿件旋轉(zhuǎn)的角度。其以角度基準(zhǔn)代替長度基準(zhǔn)進(jìn)行測量，具有結(jié)構(gòu)

5、簡單、量程太、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于三維模型表面數(shù)字化檢測和現(xiàn)場大型零部件尺寸檢測等領(lǐng)域"J。當(dāng)前．知名的有美國Cimcore公司與FARO公司生產(chǎn)的關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測臂，以及法國的ROMER公司生產(chǎn)的測量臂。圖l-1為FARO公司的一種坐標(biāo)測量臂【6I。圖1-1Faro公司的坐標(biāo)測量臂目前，國外生產(chǎn)的測量機(jī)存在價(jià)格高，精度低的缺點(diǎn)【61。因此，進(jìn)行關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究，提高測量精度，已成為該領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)【5】。在關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量領(lǐng)域，對(duì)多路光柵傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行處理和傳輸?shù)难芯渴呛苤匾囊粋€(gè)方面?，F(xiàn)在，市場上的專用的細(xì)分計(jì)數(shù)芯片功能單一，比

6、如LS7084、LS7166、LS7266R117J和HCTL一2020181等，一般只能對(duì)一或兩對(duì)正交信號(hào)進(jìn)行處理，并且接口受限，價(jià)格高，供貨渠道不暢【9】。例如HCTL-2020、HCTL-2000、HCTL-2016系列芯片，其時(shí)鐘為14兆赫茲，帶有數(shù)字濾波功能，但只能實(shí)現(xiàn)一對(duì)正交信號(hào)的處理，計(jì)數(shù)器的最高位數(shù)僅為16位，在許多場合不能滿足計(jì)數(shù)需求。比如在計(jì)數(shù)位數(shù)大于16位時(shí)，就需要和其他標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)芯片串聯(lián)起來使用，來實(shí)現(xiàn)位數(shù)大于l6位的計(jì)數(shù)器功能【引。此外，HCTL．2020系列芯片僅有8位三態(tài)輸出接口。LS7266R1是24位雙軸可編程正交信號(hào)鑒相芯片

7、，是LS系列細(xì)分計(jì)數(shù)芯片中功能比較齊全的一種。它也帶有數(shù)字濾波功能，可以同時(shí)對(duì)兩對(duì)正交信號(hào)進(jìn)行處理，在四倍頻鑒相模式下，計(jì)數(shù)頻率可以達(dá)到17兆赫茲【71。LS7266R1是一種比較理想的正交信號(hào)處理芯片，但是也僅僅可以同時(shí)對(duì)兩對(duì)正交信號(hào)做出處理。LS7266R1芯片的輸出和輸出都是八位的三態(tài)輸出／輸．出接口，不能和當(dāng)前一些流行的總線接口相匹配。所以，當(dāng)系統(tǒng)要進(jìn)行一些總線通信時(shí)，還需要配合其他的芯片才能實(shí)現(xiàn)。而且，如果在多光柵系統(tǒng)中使用分立的邏輯電路和芯片，即把每路信號(hào)分別放在一片專用芯片中處理，再加上通信接口芯片等電路元件，就會(huì)造成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性和通用

8、性差，不利于調(diào)試，處理速度也會(huì)受到限制。比如，合肥工