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光栅等时等距数据采集卡研制 学生：张大理 指导教师：唐文彦 王军 自动化测试与控制系 精密仪器研究所 哈尔滨工业大学 摘要：设计并实现了一种基于FPGA 的通用光栅位移传感器等时等距数据采 集卡。该数据采集卡具有简洁的操作控制界面，能够在一定量程和精度范围内按 照输入指令准确地实现对光栅位移传感器的实时数据采集、等时间间隔数据采集 和等间距数据采集，并准确地显示数据采集结果。 关键词：光栅位移传感器；FPGA ；数据采集 0 引言 1 整体设计方案 光栅位移传感器具有高精度和高 本文所设计的光栅等时等距数据 可靠性，在线位移和角位移测量中有着 采集卡由FPGA 数据处理模块、显示模 广泛的应用。光栅位移传感器数据采集 块和FPGA 控制器等部分组成，其结构 卡的主要任务是将光栅位移传感器输 简图如图2 所示。其中，FPGA 数据处 出的如图 1 所示的 TTL 电平信号转换 理模块负责对光栅读数头输出的信号 为具体的计数数值，并按一定规律输出 进行处理和计数，并按照FPGA 控制器 此数值。 输出的功能指令及设定数值有规律地 向显示模块输出计数值；显示模块负责 显示数据处理模块输出的计数数值和 控制器输出的控制界面；FPGA 控制器 (a) 正向移动 (b) 反向移动 负责设定数据处理模块工作模式和设 图1 光栅读数头输出信号波形[1,2] 定相应的间隔值。 本文从光栅位移传感器在转动惯 FPGA 指令标识符 量测量中的应用出发，以 RGH41X 型 控制器 光栅读数头为研究对象，应用 Verilog 指令 数据 光 显 HDL 语言，在Quartus II 环境下，利用 栅 TTL电平 FPGA 计数值 示 读 Cyclone II EP2C8 FPGA ，实现了一种光 数 信号 数据处理模块 模 块 栅位移传感器等时等距数据采集卡。该 头 数据采集卡独有的等时等距数据采集 图2 等时等距光栅数据采集卡结构简图 模式，使之能够被广泛地应用于位移测 2 FPGA 数据处理模块实现 量、运动周期测量、物位测量与工业控 制等领域，具有很高的实用价值。 FPGA 数据处理模块由数字滤波电 1 路、四倍频