基于MCU+CPLD的新型光栅数显系统设计

2009-12-13 22:50:14来源: 徐禄勇 李尚柏 钟睿

  1 引言

  光栅数显系统主要用于普通机床,可直接显示机床加丁的长度值,有助于提高加工精度和效率。目前国内市场上的光栅数显系统大多采用国外集成电路实现,研发成本高,且不便于操作人员使用。针对这种状况,研发了基于MCU+CPLD的新型光栅数显系统。该系统具有计数精度高、成本低、操作方便以及升级快等特点,能够处理高达5 MHz/s的正交脉冲,并在掉电时有效存储当前长度值,其数码管可显示关键的长度值,点阵式液晶屏还可显示相关的提示信息。

  2 系统工作原理

  利用CPLD实现正交脉冲处理逻辑电路,而可逆计数器则用于处理计数光栅尺输出的正交脉冲,CPLD的高速并行处理能力可保证光栅尺输出信号无遗漏采样,从而确保计数的可靠性。可逆计数器的值通过MCU一系列运算后转换为机床加工的长度值、MCU再将其长度值回送至CPLD并在数码管上显示。

  此外,CPLD还具有7×8键盘按键检测和去抖功能,将处理后的可靠按键送至MCU。MCU主要用于液晶屏的显示控制、掉电数据保存,以及复杂的数学运算。系统工作原理框图如图1所示。

系统工作原理框图

  3 正交脉冲信号采集处理

  3.1 正交脉冲采集

  光栅尺输出一组正交脉冲信号,即相位差为90°的两路方波,如图2所示。当光栅尺正向移动一个栅距时,光栅尺输出一个00—01一11—10—00循环,A路方波相位超前于B路90°;当光栅尺反向移动一个栅距时,光栅传感器输出一个00—10一11一01一00循环,A路方波相位滞后B路90°。

光栅尺输出一组正交脉冲信号

点击看原图

  分析A,B两路方波的逻辑状态发现A,B两路方波在任意时刻下只有一路信号发生逻辑状态变化。如果在逻辑状态变化前A,B两路的状态相同,那么变化后的逻辑状态肯定相异;如果变化前A,B两路方波逻辑状态相异,那么变化后逻辑状态肯定相同。只需对这两路信号异或,就能提取光栅尺运动的方向信号updown以及与运动距离成正比的计数脉冲cp。

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关键字:MCU+CPLD  光栅数显系统

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/1213/article_854.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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