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基于FPGA和PCI的高精度测速板卡的设计与实现

发布时间:2020-06-30 21:07:46 阅读: 来源:传动带厂家

摘要:经典的码盘数字测速方法有M法、T法、M/T法,但都有一定的不足。为了克服原有方法的不足,设计并实现了一种在较大速度范围都有良好精度和良好快速性的测速方法。电路采用FPGA实现,测速得到的数据通过PCI总线从设备控制器实现与控制计算机通信。从而根据实际传输的需要,简化了PCI从设备控制器,实现了PCI总线I/O普通读与猝发读数据的功能。关键词:测速;FPGA;PCI;M/T

本文引用地址: 引言 增量式码盘是一种原理简单,抗干扰能力强,可靠性高,适合于长距离传输的位置与速度测量装置,已成功应用于大量的控制系统中,极大地提高了其位置控制精度。理论上,只要测得码盘输出信号的频率,即可得到被测轴的转速,并且可以得到比模拟方法更高的测量精度。本文以增量式码盘为基础,设计实现一种在较宽速度范围都有较高精度并且有良好反应速度的速度、位置测量装置。 利用增量式码盘的反馈脉冲信号测量速度的典型方法有3种:M法、T法和M/T法。其中,M法是直接计取给定采样周期内的反馈脉冲数来测量速度的,低速时会因为脉冲数少而影响测速精度;T法是通过测量两个相邻反馈脉冲的间隔时间来测量速度的,高速时则因为脉冲间隔短而导致精度不高;M/T法结合了前两种方法的优点,在大致相等的采样间隔内,计取Cm个反馈脉冲,并同时计取这Cm个反馈脉冲间隔内插入的高频时标信号数Cf,经计算得到速度测量值。M/T法虽然克服了前两种方法的缺点,但仍存在低速时采样时机不确定,精度不高等问题,这给定周期采样的数字伺服控制系统带来很大的不便,所以又出现了变M/T法等方法,以进一步改善M/T法的性能和实用性。 本文利用FPGA实现了一种改进的M/T法,克服经典M/T法的不足,其测速电路与控制器间的数据接口形式有PCI总线和双端口RAM,便于在高性能控制系统中使用。

1 总体方案 根据控制系统的实际情况,所设计的测速板具有位置测量和速度测量功能,如图1所示,由倍频辨向模块、改进M/T法测速模块、PCI从设备控制器三个部分组成。

1.1 倍频辨向 增量式码盘的典型输出是两个相位差为90°的方波信号A,B以及零位脉冲信号Z(见图2)。

A,B之间的相位关系标志被测轴的转向,即当正转时A相超前B相90°,反转时B相超前A相90°。对于每个确定的码盘,其脉冲周期T对应的码盘角位移固定为θ,故其量化误差为θ/2。如果能将A,B信号四倍频,则计数脉冲的周期将减小到T/4,量化误差下降为θ/8,从而使增量式码盘的角位移测量精度提高4倍。从图2可知,根据A,B两方波信号之间相位关系的4次变化,即可产生四倍频信号和辨向信号,这样就可以实现增量式码盘测量精度的提高。

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