基于FPGA的光电编码器信号处理系统的研究

摘要

光电编码器作为一种高精度的测角、测速传感器，已普遍应用于各种工业控制领域中如角度测量、长度测量、速度测量、位置测量、同步控制等，它具有精度高、响应快、性能稳定可靠等显著优点。
　　 目前对光电式编码器的信号处理主要采用专用的计算机计数板卡实现，但是在某些没有计算机系统而又须对回转系统的转角与转速进行实时监控的测控现场，又无法使用，因此非常有必要研究开发光电编码器的二次仪表。
　　 论文研究了基于FPGA技术的光电编码器信号处理系统，使用一片Altera公司的CycloneⅡ系列的EP2C5T144c8-FPGA芯片作为主芯片，尽可能的做到系统最小化的同时完成对信号采集、倍频、辨向、计数、锁存、信号处理、显示及传输等功能。
　　 完成了ProtelDXP硬件电路设计；简要讨论了编码器减震电路的设计以及光栅信号多倍频的两种方法；基于Quartusll软件的FPGA内部的信号处理电路设计及Verilog HDL语言的混合设计；用C语言实现了对Niosll软核的程序设计；基于Visual Basic设计了上位机接收程序；最后基于LabView软件完成了故障保护器运转性能实验系统平台的软件设计。
　　 基于Simulator Tool对信号处理电路进行了前仿真，并通过硬件实验实现了对编码器正反转计数，证明了方法的正确性及系统的可行性；通过系统实验完成了LCD数据显示并对实验数据进行分析，并通过串口通信将实验数据传送至上位机显示、保存；构建了故障保护器运转性能实验系统，对转角、转速、力矩等参数的测量，并按照运行次数的设置自动停止实验，完成了故障保护器运转性能实验设计。