一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路制造技术

本发明专利技术属于电子测量技术领域，尤其涉及一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路。本发明专利技术光栅传感器输出两路相差π/2的输出信号的输入接口连接细分辨相模块；细分辨相模块连接可逆计数模块，可逆计数模块3连接三态门模块；地址译码模块的输入线为该光栅信号处理电路的输入线地址线A0、A1，片选线CS，读数据线RD；地址译码模块的输出线为电路内部的G1、G2、G3，用于控制3组三态门电路输出，输出模块与CPU连接。本发明专利技术可以有效提高集成度，并使测量系统工作稳定、可靠。具有测量数据精度高、测量范围大、数字脉冲量输出的优点,可广泛用于数控加工设备、光刻设备以及其它需要对位移做高精度检测的工业自动化控制场合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路
本专利技术属于电子测量
，尤其涉及一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路，具体是针对光栅位移传感器输出的莫尔条纹信号的处理电路，适合于一只或多只光栅位移传感器接入计算机系统时用一块专用芯片对光栅信号的预处理。
技术介绍
机械加工和计量技术的发展,对长度和位移的测量不仅要求提高精度,而且要求能迅速而客观地将长度和位移测量结果以数字信号形式输出,以便进行数据处理和程序控制。光栅传感器信号处理电路主要完成细分、辨向、计数、接口等功能。目前,处理光栅传感器输出信号的硬件电路可采用专用集成电路,也可以采用可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)实现。目前,采用专用的电子细分、辨向和可逆计数芯片等分立元件组成的电路,其扩展性差,稳定性差。采用CPLD器件研制的光栅位移传感器信号处理电路,提高了系统可靠性,压缩了电路结构,增强了编程功能,有利于产品的小型化。完成电气细分、辨向、计数、接口等功能有多种形式的电路，本专利技术选择一种适合硬件编程的电路结构，并利用硬件编程语言将其固化在可编程逻辑器件（CPLD）中。此外,该电路具有测量数据精度高、测量范围大、数字(脉冲)量输出的优点,可广泛用于数控加工设备、光刻设备以及其它需要对位移做高精度检测的工业自动化控制场合。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足之外，本专利技术提供一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路，其目的是为了达到提高集成度，并使测量系统工作稳定、可靠。为了实现上述专利技术目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路，光栅传感器输出两路相差π/2的输出信号的输入接口连接细分辨相模块；细分辨相模块连接可逆计数模块，可逆计数模块3连接三态门模块；地址译码模块的输入线为该光栅信号处理电路的输入线地址线A0、A1，片选线CS，读数据线RD；地址译码模块的输出线为电路内部的G1、G2、G3，用于控制3组三态门电路输出，输出模块与CPU连接。所述三态门模块包括三态门电路接口A1、三态门电路接口A2及三态门电路接口A3。所述可逆计数模块的输出端Q0-Q7连接三态门电路接口A1，可逆计数模块3的输出端Q8-Q15连接三态门电路接口A2，计数模块3的输出端Q16-Q23连接三态门电路接口A3，根据光栅传感器测量长度决定连接三态门的数量。所述光栅传感器，输出多路相差π/2的输出信号的输入接口时，用一块专用芯片对多路光栅信号预处理，以两只光栅位移传感器为例：包括第一路光栅输入接口，第二路光栅输入接口及地址译码模块，在一个芯片内设计两路光栅信号处理电路，两路光栅信号处理电路共用一个地址译码模块，通过CPU地址线总线来选择两路不同的三态门输出光栅位置信息；以此类推，一块专用芯片可以设计多路光栅信号处理电路。所述光栅传感器，输出为单路光栅信号处理电路时，选择器件EPM7064；当为双路光栅信号处理电路时，选择器件EPM7128；所述光栅传感器，其输出的莫尔条纹信号，采用可编程逻辑器件CPLD开发了由细分辨相模块、24位可逆计数模块以及总线接口模块构成的光栅信号处理接口芯片；该接口芯片输入接口能接入多个光栅位移传感器和多路信号处理；输出接口采用三总线设计，可与各种单片机、ARM、DSP和CPU互联。所述细分辨相模块采用了状态分析法进行细分和辨向，AB两路信号状态改变时生成计数脉冲，根据当前AB状态和前一个AB状态决定当前生成脉冲是加计数脉冲还是减计数脉冲。所述状态分析法：相差不同时状态变化的顺序，当相位差90°的信号A和信号B在一个周期内，两信号的电平组合状态有4组；当A相超前B相90°时，A、B两相信号的电平状态相对变化为00→10→11→01，既S1→S2→S3→S4；当A相落后B相90°时，A、B两相信号的电平状态相对变化为00→01→11→10，既S4→S3→S2→S1；相位差90°时，不出现状态00→11、11→00、10→01、01→10之间的状态转换；状态00→10→11→01转换时，每发生一次变化，P有相应脉冲输出，一个周期内，P有4个脉冲输出，方向D为1；状态00→01→11→10转换时，每发生一次变化，P有相应脉冲输出，一个周期内，P有4个脉冲输出，方向D为0；这就构成了四细分与辨向；根据状态转换，输出P、D的电平变化。所述可逆计数模块为可逆计数器模块24位，Q0-Q23，并行三字节三态输出；被选通字节由三态接口模块输出；外部三总线接口有A0、A1地址线，译码后对应计数器三字节；RD读写线；CS片选线；D0-D7数据线；内部信号线有计数脉冲P、加减控制D；G1、G2、G3为三个字节Q0-Q7、Q8-Q15、Q16-Q23选通线；24位可逆计数器模块的VHDL语言描述如下：P计数脉冲；D加减控制；Q计数器24位并行输出。所述接口模块包括地址译码模块4和三个8位单向总线缓冲器，一个8位单向总线缓冲器：Q为8位并行输入；G为使能；D为8位并行三态输出。所述地址译码模块中，A0、A1为地址；RD为读；CS为片选；G1、G2、G3为译码输出，作为三态门的选通信号；当系统接入两只光栅位移传感器时，接口芯片多接入一根地址线A2，A2接入译码器，当A2=0时，选择第一光栅传感器，G1、G2、G3有效；当A2=0时，选择第二光栅传感器，G4、G5、G6有效；当系统接入多只光栅位移传感器时，接口芯片的地址译码模块继续增加地址线。本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术可以有效提高集成度，并使测量系统工作稳定、可靠。本专利技术涉及专用芯片设计、电路的结构。该电路能够使光栅位移传感器信号处理集成度得到高，也可以使工作效率得到大幅度提高。本专利技术选择一种适合硬件编程的电路结构，并利用硬件编程语言将其固化在可编程逻辑器件（CPLD）中。具有测量数据精度高、测量范围大、数字脉冲量输出的优点,可广泛用于数控加工设备、光刻设备以及其它需要对位移做高精度检测的工业自动化控制场合。附图说明图1是单只光栅位移传感器接入时电路结构框图；图2是多只光栅位移传感器接入时电路的结构框图；图3是本专利技术接口方式结构示意图；图4是A信号相位超前B信号90度示意图；图5是A信号相位落后B信号90度示意图；图6是根据状态转换输出P、D的变化；图7所示多路光栅信号处理电路与CPU连接图。图中：输入接口1，细分辨相模块2，可逆计数模块3，地址译码模块4，三态门模块5，输出模块6，第一路光栅输入接口7，第二路光栅输入接口8。具体实施方式本专利技术是一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路，也就是一种基于可编程逻辑器件的CPLD适合多路光栅信号的处理电路。包括输入接口1，细分辨相模块2，可逆计数模块3，地址译码模块4，三态门模块5以及输出模块6。实现上述单元模块功能描述的电路方案较多，本专利技术采用的电路方案见VHDL描述的电路设计。通过计算机的集成开发环境对初步的功能描述进行综合、仿真、测试、下载后即完成芯片设计。本专利技术是一块完整的、具有处理光栅信号的集成电路，如图1所示，图1是单只光栅位移传感器接入时电路结构框图，该电路的设计结构如下：光栅传感器输出两路相差π/2的输出信号的输入接口1连接细分辨相模块2；细分辨相模块2连接可逆计数模块3。可逆计数模块3连接三态门模块5，三态门模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路，其特征是：光栅传感器输出两路相差π/2的输出信号的输入接口连接细分辨相模块；细分辨相模块连接可逆计数模块，可逆计数模块3连接三态门模块；地址译码模块的输入线为该光栅信号处理电路的输入线地址线A0、A1，片选线CS，读数据线RD；地址译码模块的输出线为电路内部的G1、G2、G3，用于控制3组三态门电路输出，输出模块与CPU连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路，其特征是：光栅传感器输出两路相差π/2的输出信号的输入接口连接细分辨相模块；细分辨相模块连接可逆计数模块，可逆计数模块3连接三态门模块；地址译码模块的输入线为该光栅信号处理电路的输入线地址线A0、A1，片选线CS，读数据线RD；地址译码模块的输出线为电路内部的G1、G2、G3，用于控制3组三态门电路输出，输出模块与CPU连接。2.根据权利要求1所述的一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路，其特征是：所述三态门模块包括三态门电路接口A1、三态门电路接口A2及三态门电路接口A3。3.根据权利要求1所述的一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路，其特征是：所述可逆计数模块的输出端Q0-Q7连接三态门电路接口A1，可逆计数模块3的输出端Q8-Q15连接三态门电路接口A2，计数模块3的输出端Q16-Q23连接三态门电路接口A3，根据光栅传感器测量长度决定连接三态门的数量。4.根据权利要求1所述的一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路，其特征是：所述光栅传感器，输出多路相差π/2的输出信号的输入接口时，用一块专用芯片对多路光栅信号预处理，以两只光栅位移传感器为例：包括第一路光栅输入接口，第二路光栅输入接口及地址译码模块，在一个芯片内设计两路光栅信号处理电路，两路光栅信号处理电路共用一个地址译码模块，通过CPU地址线总线来选择两路不同的三态门输出光栅位置信息；以此类推，一块专用芯片可以设计多路光栅信号处理电路。5.根据权利要求1所述的一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路，其特征是：所述光栅传感器，输出为单路光栅信号处理电路时，选择器件EPM7064；当为双路光栅信号处理电路时，选择器件EPM7128；所述光栅传感器，其输出的莫尔条纹信号，采用可编程逻辑器件CPLD开发了由细分辨相模块、24位可逆计数模块以及总线接口模块构成的光栅信号处理接口芯片；该接口芯片输入接口能接入多个光栅位移传感器和多路信号处理；输出接口采用三总线设计，可与各种单片机、ARM、DSP和CPU互联。6.根据权利要求1所述的一种基于CPLD的多路光栅信号处理电路，其特征是：所述细分辨相模块采用了状态分析法进行细分和辨向，AB两路信号状态改变时生成计数脉冲，根据当前AB状态和前一个AB状态决定当前生成脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：金世鑫，张武洋，李籽良，于同伟，王同，王英明，田丰源，郑志勤，赵书涛，陆原，尚秋峰，李华，商文颖，戴晓宇，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，华北电力大学保定，国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21