基于USB和CPLD的新型光栅尺接口卡的设计与实现

发布时间：2020-05-01 10:52

【摘要】： 随着数控设备的发展和技术的进步,对数控设备的精度和速度都提出了更高的要求,而光栅传感器接口电路的设计水平从一定程度上决定了测量系统的精度和可靠性。 随着USB(Universal Serial Bus)技术的发展,USB接口已经成为PC机的标准配置。在传输距离允许的情况下,USB接口以其优越的性能得到了广泛的应用。CPLD(Complex Programmable Logic Device)是一种具有丰富的可编程I/O引脚的可编程逻辑器件,具有在系统可编程、设计灵活和保密性强等特点。 本文研制了基于USB接口的光栅尺接口卡,采用CPLD对光栅尺输出信号进行处理,并通过USB接口实现光栅尺接口卡与计算机之间的通讯。文章详细介绍了光栅尺接口卡的硬件、软件设计方法。 本设计的工作主要集中在以下方面: 硬件部分以Cypress公司的EZ-USB FX2作为控制核心,以Altera公司的CPLD芯片EPM7128SLC84-10实现光栅信号的细分、辨向和计数等。 软件部分主要包括三部分:一是USB芯片正常工作所需的固件程序;二是接口卡的驱动程序,它为USB设备与PC机进行通讯提供保证;三是用来测试系统功能的基于C++ Builder的应用程序。 系统采用了基于8051内核的EZ-USB FX2为接口芯片,避免了以往设计所使用的“USB接口芯片+MCU”模式,使得系统更加稳定,另外对光栅信号的处理都在CPLD中进行,使得电路板更加小巧,工作更稳定、可靠。实验表明,接口卡满足设计要求。
【图文】：

尺光栅移动时，指示光栅便在标尺光栅上相对移动。标尺光栅和指示光栅构成了光栅尺。图 2-1 所示为一光栅尺的简单示意图，标尺光栅和指示光栅上均匀刻有很多条纹，，在安装光栅尺时，标尺光栅和指示光栅的平行度以及两者之间的间隙（一般取 0.05mm 或 0.1mm）要严格保证。标尺光栅随工作台一起移动时，光源通过聚光镜后，透过标尺光栅和指示光栅形成忽明忽暗的莫尔条纹(光信号)。光敏元件把光信号转换成电信号，然后通过信号处理电路的放大、整形、鉴相、倍频后输出或显示。

基本测量原理器是根据莫尔条纹原理制成的一种脉冲输出数字式传感床等闭环系统的线位移和角位移的自动检测以及精密测据波动光学中光的干涉和衍射特性，利用光通过相叠的纹的原理进行的。光学系统的作用是形成莫尔条纹，并化成电信号。所示，对于栅距d 相等的指示光栅和标尺光栅，当两光很小的夹角θ 、刻画面相对平行且有一个很小的间隙m）放置时，在光源的照射下，由于光的衍射或者遮角θ 的平分线相垂直的方向上，形成莫尔条纹近似垂直莫尔条纹为横向莫尔条纹。莫尔条纹中两条亮纹或两条条纹的宽度，以w表示。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP334.7

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本文编号：2646570