基于PCI总线与CPLD的光栅尺细分采集系统

摘要

光栅尺是现代精密测量领域中广泛应用的一种位移传感器，尤其是在直线位移和角位移的测量中发挥着重要作用。光栅尺是基于莫尔条文原理，其测量精度正比于栅格密度，受光栅刻划工艺与光电转换器件体积等影响，光栅尺的分辨率很难有大幅度的提升，所以采用细分技术是提高光栅尺测量精度的最佳途径。 本研究比较了各种细分方法的优缺点，采用软硬件结合的正交细分法实现了光栅尺细分，介绍了光栅尺工作原理，光栅尺各种细分方法以及光栅尺鉴相技术，详细研究和分析了PCI总线通信协议，设计了基于PCI总线接口桥CH365芯片的PCI总线接口。设计并编写了PCI总线接口卡在Windows下的驱动程序。在本设计中使用CPLD实现数字逻辑电路，有效减小了PCB面积，提高了电路了便携性与稳定性。此设计可以实现光栅尺相位差为90°方波信号的4细分，正弦信号的200细分，稍做修改可以实现多种细分。

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第一章绪 论

1.1课题研究背景及国内外研究现状

1.2本论文主要工作

1.3系统设计要求

1.4系统总体设计方案

第二章光栅尺传感器工作原理及细分方案与鉴相原理

2.1光栅尺的工作原理

2.2光栅尺各种细分算法比较

2.3软硬件结合的正交细分原理

2.4光栅尺鉴相原理

第三章光栅尺细分采集系统硬件电路设计

3.1光栅尺信号处理与单片机接口电路设计

3.2 AVR单片机简介

3.3光栅尺信号处理电路设计

3.4 CPLD内部结构及工作原理简介

3.5使用CPLD实现PCI与单片机的数据缓冲区设计

3.6使用CPLD实现缓冲区控制电路设计

3.7 PCI总线接口桥芯片CH365简介

3.8 PCI总线接口桥芯片CH365与PCI总线接口

第四章光栅尺细分采集系统软件设计

4.1单片机光栅尺信号细分程序设计

4.2查询光栅尺正弦信号峰值谷值程序设计

4.3光栅尺运动鉴相流程

4.4 PCI数据采集卡驱动程序设计

4.5上位机数掘采集软件设计

第五章测量误差分析

5.1 ADC字长引起的误差

5.2正余弦信号的正交性引起的误差

5.3光栅尺细分误差的合成

结 论

致 谢

参考文献