基于CPLD与单片机的光栅位移测量系统的设计
基于光栅传感器位移测量的设计
基于光栅传感器位移测量的设计摘要随着科技的不断发展,位移测量在工业应用中起到了至关重要的作用。
本文介绍了一种基于光栅传感器的位移测量设计。
通过对光栅传感器的原理和特点进行介绍,设计了一种能够精准测量物体位移的系统方案。
通过采用光栅传感器的多通道输出和信号处理技术,实现了高分辨率和高精度的位移测量。
此外,本文还介绍了系统的硬件组成和软件流程,并通过实验验证了设计的可行性和准确性。
最后,本文对该设计的优点和不足进行了分析,并提出了进一步改进的建议。
1.引言位移测量在工业应用中具有重要的意义。
通过准确测量物体的位置和移动速度,可以实现对工业生产过程的控制和监测,提高生产效率和质量。
传统的位移测量方法有很多局限性,例如测量范围有限、精度不高等。
光栅传感器作为一种新型的位移测量技术,具有测量范围广、精度高、可靠性强等优点,逐渐成为位移测量领域的热门技术。
本文将介绍一种基于光栅传感器的位移测量设计。
2.光栅传感器的原理和特点光栅传感器是一种通过测量光路中的光学信号来进行位移测量的装置。
其原理是利用光源通过光栅产生干涉条纹,通过测量干涉条纹的变化来计算位移。
光栅传感器的特点包括:测量范围广、测量精度高、快速响应、线性度好等。
3.设计方案本文设计的光栅传感器位移测量系统采用了多通道输出和信号处理技术,从而实现了高分辨率和高精度的位移测量。
(1)硬件设计:系统由光源、光栅、光电二极管等组成。
光源通过光栅产生干涉条纹,通过光电二极管接收干涉光信号。
光栅的选取和光源的光强调整对位移测量的精度具有重要影响。
(2)软件流程:系统通过采集光电二极管输出的信号并进行数学处理,得到物体的位移结果。
信号处理算法包括傅里叶变换、滤波、幅度调整等。
4.实验验证为了验证设计的可行性和准确性,进行了一系列实验。
首先,测量了不同位移下光栅传感器的输出信号,并分析了信号变化规律。
然后,通过与激光干涉仪测得的位移进行对比,验证了系统的测量精度。
基于cpld与单片机的控制系统设计
第30卷
3.2 CPLD的软件设计 CPLDH。采用VHDL语言进行软件设计,在MUX PLUSⅡ环境中编辑芯片的逻辑功能。CPLD对
ADC0808逻辑控制的过程如下:首先选择输入通道N=l,然后初始化自校准系数,该过程通过AD— READI向ADC0808写人数据。设置完成之后CPLD等待AD—START引脚的电平变化。当该引脚电平由 低变高有新的转换数据生成时,CPLD设置通信寄存器,转换数据从数据寄存器通过DA—D[00:07]引 脚传到CPLD(ADC0808首先输出的是数据的最高位,最后是数据的最低位)。一个通道转换完成后,依 照上述过程进行下一通道N+l的转换,直至3个通道均完成,再回到第一个通道循环。CPLD在控制 ADC0808的同时还与单片机保持通信,接收单片机发送的通道号j并将该通道相应的转换数据送到单片 机。为保证8位无误码输出ADC0808的数据输出频率设置为12Hz。当单片机向CPLD发送所要检测的通 道号后lS之内相应ADC0808的9脚不指示有新的转换数据时,CPLD将该ADC0808的RESET置高电平, 使其复位到上电状态,以保证系统在出现软件故障时回复到初始状态。
4 结束语
针对视频监控控制过程中出现的问题,本文设计了方位和面板高精度数据采集控制系统。由于在系统 中选用了CPLD,解决了ADC0808进行数据采集的问题。系统结构简单,抗干扰能力强,便于维护,运行 稳定、可靠。本系统具有广泛的应用价值,可移植到其它高精度、低频率的数据采集场合,适用范围较 宽。 参考文献:
收稿日期:2007.12-08
万方数据
第4期
陈磊,等:基于CPLD与单片机的控制系统设计
9l
2硬件系统设计
2.1 ADC0808
ADC0808是AD公司生产的8通道8位模数转换器,具有完整的模拟前端,从传感器获得的信号可以 直接输入芯片,通过片内编程实现数据的模数转换。芯片可满足排除外部零点和全面调整的需要。
基于51的光栅位移检测装置的设计
基于51的光栅位移检测装置的设计光栅位移检测装置是一种用于实时测量物体运动状态和位置的高精度检测装置。
本文将介绍基于51单片机的光栅位移检测装置的设计方案。
首先,我们需要了解光栅位移检测装置的原理。
光栅是由若干个平行的透明和不透明带组成的,当光线照射到光栅上时,通过等距离的光学系统形成的像点阵,可以通过像点位置移动的方式来测量物体的位移。
在本设计方案中,我们将使用两个光栅和一个反射片来实现测量物体的位移。
其中一个光栅作为发射光栅,另一个作为接收光栅,两个光栅之间的距离即为测量范围。
当物体顺着测量范围运动时,反射片会将光栅反射回发射光栅,形成一条条亮暗相间的条纹。
通过记录条纹的数量和位置,可以计算出物体的位移量。
整个系统的核心是51单片机,它负责控制发射光栅和接收光栅的工作,同时采集反射片反射回来的光信号并进行信号处理和数据计算。
具体的设计步骤如下:1. 确定光栅和反射片位置在实际应用中,需要根据实际要测量的物体大小和位移范围,确定发射光栅和接收光栅的距离以及反射片的位置。
一般来说,发射光栅和接收光栅间距越大,测量范围也就越大,精度也就越高。
反射片应该放置在物体底部,确保在位移时始终与光栅保持垂直。
2. 确定光栅频率光栅频率是指单位长度内的光栅条数,频率越高,精度也就越高。
在实际应用中,可以根据需要选择不同的光栅频率。
3. 确定光电转换电路光电转换电路是用于将光信号转化为电信号的重要部分。
一般来说,光电二极管或光敏电阻是常用的光电转换器件。
电路设计需根据实际应用进行优化。
4. 确定数据采集与处理方法数据采集与处理是整个系统的核心,一般采用51单片机或者ARM等处理器芯片进行数据采集、处理、存储及通信。
本设计中,选择51单片机进行数据采集和处理,通过中断方式采集反射回来的光信号,并进行信号处理和数据计算。
5. 电路实现和调试根据以上设计步骤,可以实现整个系统的电路设计,需要进行实物搭建和调试。
在调试过程中,需要注意电路的稳定性、信号通量和干扰等问题,确保系统的精度和稳定性。
基于单片机的光电式位移测量仪的设计与制作毕业论文
毕业大作业(综合实训)题目:基于单片机的光电式位移测量仪的设计与制作毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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作者签名:日期:学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日注意事项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
基于单片机和CPLD的数字相位测量仪设计
《工业控制计算机》2010年23卷第1期正弦信号υ(t)=υm cos(ωt+φ)有三个要素:振幅、角频率和初相位。
正弦信号经过不同的时间或不同的网络后可以有不同的相位。
通常所谓相位测量是指对两个同频率信号之间相位差的测量。
相位的测量很重要,如测某元件的阻抗Z=UI∠φ,因此要知道复阻抗就要知道电压与电流间的相位差φ。
另外在间接调频电路中,利用电压控制谐振电路的中心频率,从而使载波的相位φ产生漂移Δφ,即频率随控制电压改变。
在这种调频电路中要确定控制电压与相移Δφ间线性变换的范围,因而就需要测量输入与输出信号间的相差Δφ,以便确定线性控制的范围。
低频数字式相位测试仪在工业领域中是经常用到的一般测量工具,比如在电力系统中电网并网合闸时,要求两电网的电信号相同,这就要求精确的测量两工频信号之间的相位差。
还有测量两列同频信号的相位差在研究网络、系统的频率特性中具有重要意义。
近年来,随着科学技术的迅速发展,很多测量仪逐渐向“智能仪器”和“自动测试系统”发展,这使得仪器的使用比较简单,功能越来越多。
1系统组成系统主要包括整形电路,以CPLD为核心的频率、相位差测量电路,以单片机为核心的计算、控制电路以及以8279为核心的键盘显示电路组成。
系统的结构原理图如图1所示。
图1低频数字相位测量仪结构图1.1整形电路整形电路主要用于将两路具有相位差的正弦波都整形成方波,以便让CPLD可以对其进行计数、测频。
本系统中我们使用两个施密特触发器对两路信号进行整形,电路图如图2所示。
施密特触发器在单门限电压比较器的基础上加入了正反馈网络,可以有效提高抗干扰能力,从而避免信号在过零点时多次触发的现象。
另外,为了保证输入电路对相位差测量不带来误差,必须使两个施密特触发器的门限电平相等。
图2施密特整形电路1.2频率、相位差测量电路本系统主要采用测周期的方法来测量信号的频率。
首先,将整形后的信号进行二分频,那么二分频后信号的高电平宽度正好对应于原信号的周期T。
基于CPLD和单片机的激光测距时间间隔测量
第32卷 第4期2008年8月激 光 技 术LASER TECHNOLOGYVol .32,No .4August,2008 文章编号:100123806(2008)0420363203基于CP LD 和单片机的激光测距时间间隔测量陈佳夷,伊小素3(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100083)摘要:为了达到提高时间间隔测量精度的目的,采用复杂可编程逻辑器件和单片机实现脉冲激光测距时间间隔测量系统中的模拟内插法的方案,设计了测量系统与测试电路,并对该方案进行了验证,得到了200p s 精度的时间间隔测量系统。
结果表明,可编程逻辑器件的使用可大大简化电路结构,使得整个系统结构简单化。
采用该设计方案的激光测距系统具有体积小、可靠性高的特点。
关键词:测量与计量;可编程逻辑器件;单片机;激光测距;时间间隔测量;模拟内插法中图分类号:P225.2 文献标识码:AT i m e i n l m ea surem en t of l a ser rang i n g ba sed on CPLD &m i croch i pCHEN J ia 2yi,YI X iao 2su(School of I nstru ment Science &Op t o 2electr onics Engineering,Beijing University of Aer onautics and A str onautics,Beijing 100083,China )Abstract:I n order t o i m p r ove the p recisi on of ti m e interval measurement in pulsed laser ranging,several inter polati on methods are used .Anal og inter polati on ti m e 2interval measure ment has advantages of high p recisi on,s mall blind area,l ong measure ment range and good linearity .Ananal og inter polati on measure ment method using comp lex p r ogra mmable l ogic device (CP LD )and m icr ochi p was p resented .Benefiting fr om the use of CP LD,the circuit beca me si m p lified .Further more,the ti m e 2interval measure ment syste m adap ted extraordinarily t o high perfor mance portable pulsed laser rangefinder for its compactness,si m p le structure and high reliability .Key words:measurement and metr ol ogy;comp lex p r ogra mmable l ogic device;m icr ochi p;laser ranging;ti m e interval measure;anal og inter polati on method 作者简介:陈佳夷(19822),男,硕士研究生,从事激光测距方面研究。
CPLD和单片机的高精度超声测距系统
2005112M i crocontrollers &Em bedded Syst ems17CPLD 和单片机的高精度超声测距系统u 江西理工大学 程铁栋 杨丽荣摘 要提出一种基于CPLD 和单片机的高精度超声波测距的设计方案。
测距中的时间是通过高精度的晶体振荡器作为时钟信号源来进行计数测量;同时使用CPLD 代替常用的单片机纯软件方法实现动作控制,以减少误差。
在CPLD 电路设计中,充分考虑了时延所造成的误差并予以克服。
关键词CPLD 单片机 超声波测距 高精度以往利用超声波测量距离往往采用单片机单机系统,由单片机软件控制发射、接收及计数器的关停与启动。
这种方法所带来的误差在厘米级。
原因主要是:单片机计数器频率较低造成的误差;计数与发射信号由软件控制动作而产生的不同步;超声波传感器接收到信号与单片机检测到信号之间不同步等。
本文介绍一种以CPLD 为控制核心的基于超声波测距原理的测量方法。
经过制板测试,误图 1差提高到毫米级,而且电路原理较为简单。
1 超声波测距的原理超声波测距的原理一般采用回波测距法,即超声波传感器发射超声波脉冲并测量发射与接收之间的经历时间。
经历时间乘以声速等于返回回波的阻抗不连续处距离的两倍:D =ct /2(1)式中,D 为距离;c 为声波在介质中传输速率;t 为声波传输所经历的时间。
声波在空气中的传输速率为:c =c 01+T /273(2)式中,T 为绝对温度;c 0=331.4m/s 。
回波测距法主要是测量超声波发射到遇到障碍物返回的时间间隔t,然后根据(1)式计算距离值。
系统以CPLD 为核心来控制超声波的发射,并在发射时刻的同时开始计时。
当超声波在空气中传播遇到障碍物时则返回。
CPLD 检测到第一个接收到的超声波时立即停止计时,测得时间t 。
2 系统结构及原理总系统框图如图1所示。
系统由CPL D 控制电路模块、单片机控制模块(包括DS18B20温度传感器和显示部分)和超声波传感器模块(包括信号的发送、接收与整形)组成。
基于单片机的光栅式位移测量仪的设计
指导教师(签名):
教研室主任(签名):
测控系统原理课程设计任务书
摘 要
这次课程设计选用的题目为光栅式位移传感器, 光栅式位移传感器是利用光 栅的光学原理工作的测量反馈装置, 经常用于机床与现在加工中心以及测量仪器 等方面,可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲,具 有检测范围大,检测精度高,响应速度快的特点。例如,在数控机床中常用于对 刀具和工件的坐标进行检测, 来观察和跟踪走刀误差,以起到一个补偿刀具的运 动误差的作用。 光栅式位移传感器在现代工业中的作用是十分巨大的,不仅进 一步完善了代加工工业的精度,同时也提高了其工作效率。随着国内加工业、制 造业等工业越来越成熟,对加工的精度要求也日益提高。因此,越来越多的企业 选择在各种机床上安装光栅式位移传感器,例如:铣床、磨床、车床、线切割、 电火花等。其工作环境相对来说并不很苛刻,操作也很简单。 本设计用光栅位移传感器实现测量来自外部的不同的位移值并显示。具体 应用 AT89C51 单片机为核心, 光栅位移传感器对进行位移测量,同时以 LCD 液晶 显示模块显示。检测的位移信号输出经滤波、放大、整形后,经四倍频电路处理 送入单片机进行计数运算,最后送入 LCD 模块显示。
360 x) W
360 360 Ub=U0+UmSIN( x +90°) =U0+UmCOS( x) W W
位移为矢量, 有方向和大小,判向电路输出的加法和减法计数脉冲表示位移 的方向和大小。设位移的距离为d,光栅传感器栅距为W,细分数为4,则计数脉 4
测控系统原理课程设计任务书
冲累积数为N,其表达式为(1)。 N=
唐 山 学 院 测控系统原理课 程 设 计
题栅式位移测量仪的设计 机电工程系
指导教师
基于MCU+CPLD的新型光栅数显系统设计
基于MCU+CPLD的新型光栅数显系统设计
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。
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。
用于直线位移传感控制器的CPLD与单片机的混合设计
用于直线位移传感控制器的CPLD与单片机的混合设计
李媛媛;姚世选;常晓明
【期刊名称】《天津工业大学学报》
【年(卷),期】2006(025)004
【摘要】提出了一种基于CPLD(XC95108)和单片机(C8051F206)混合设计的直线位移传感控制器的方案.从通讯和控制两个部分,介绍了CPLD和单片机的设计和实现.实验证明,采用该控制器的测量系统能够正常工作,将采集到的数据进行精度分析,即可得到直线位移传感器输出电压的扩展不确定度和线性度.这对于提高其测量精度,扩大其测量范围具有重要的意义.
【总页数】4页(P101-104)
【作者】李媛媛;姚世选;常晓明
【作者单位】天津工业大学,计算机技术与自动化学院,天津,300160;太原理工大学,计算机与软件学院,太原,030024;太原理工大学,计算机与软件学院,太原,030024【正文语种】中文
【中图分类】TP274.2
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【正文语种】中文
【中图分类】TP23
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5.基于EP1C3的智能光栅数显系统设计与实现 [J], 王特治
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CPLD和MSP430单片机在导波雷达物位计中的应用
CPLD和MSP430单片机在导波雷达物位计中的应用张龙浩;祝怀标;谯艳【摘要】Guided wave radar level meter is a high performance level meter which makes use of the time domain refleetometry principle. In order to achieve the high-precision time difference measurement system, the circuit design of CPLD working together with MSP430 MCU is used. CPLD is the core of signal transceiver module, it provides trigger signal for narrow pulse generating circuit in the transmitter circuit , it controls the programmable delay device AD9500 in the receiving circuit and achieves equivalent time sampling which changes high-frequency echo pulse signal to low-frequency signal. Signal processing module based on MSP430 calculates level information according to the signal comes from signal transceiver module, and outputs level information using 4~20 mA signal and serial. MSP430 also controls peripheral devices such as LCD screen, keypad and so on. The actual experiments show that the work status of each module of the system meets the theoretical analysis.%导波雷达物位计是一种利用时域反射原理实现的高性能物位计。
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技
术
第3 3卷 第 1 期 1
21 0 0年 1 1月
ELECTRON I M EAS REM ENT TECHN0L0GY C U
基 于 C L 与 单 片 机 的 P D 光 栅 位 移 测 量 系 统 的 设 计
胡 林
( 京 理 工 大 学机 械 工 程 学 院 南京 南 209) 1 0 4
测 量 范 围 大 、 用 方 便 、 格 适 中 等 优 点 ] 使 价 。 光 栅 技 术 出 现 10多 年 来 , 着 光 栅 的 刻 制 技 术 、 0 随 电
子 技 术 的 发 展 , 栅 莫 尔 条 纹 细 分 技 术 的 不 断 改 进 , 及 光 以
be u e orr a a i g dip a e s d f e lgr tn s l c men e s e tm a ur .
Ke wo d y r s: gr tng; a i CPLD ; ir c p; s l c m e tm e s e m c o hi dip a e n a ur
b sd o a e n CPLD nd m i r c p a c o hi
H u Li “
( h o fM e h nc lEn ie rn NJ Sc o lo c a ia gn e ig, UST,Na jn 0 4 n ig2i 09 )
Absr t A sgn ofgr tn s a e e t m e s r ys e s d Oi CPLD nd m ir hi i e or r e sn he tac : de i a i g diplc m n a u e s tm ba e l a c oc p, s us d f p oc s i g t ou putsg lo he gr tn t ina ft a i g on CPLD 。T he m ir h p r ad t t a t r CPLD oc s i nd s l y t a t e r a c oc i e he da a fe pr e sng a dip a i t h e 1 tm e T h r a eoft y t m sm a fAT 8 C52 a hem ai oc s or,t i . e ha dw r he s s e i deup o 9 st n pr e s he CPLD hi c p EPM 7 28 1 SLC84 15 i — s
摘 要 :提 出 一 种 基 于 C L 和 单 片 机 的 光 栅 位 移 测 量 系统 的设 计 , 用 C L P D 采 P D对 光 栅 尺 输 出信 号 进 行 处 理 , 片 机 单
读CL P D处 理 后 的数 据 并 在 实 时 显 示 。硬 件 部 分 以 AT 9 5 8 C 2为控 制 核 心 , C L 芯 片 E M7 2 S C 41 以 PD P 18 L 8—5实 现 光 栅 信 号 的 细 分 、 向 和计 数 等 。单 片 机 软 件 部 分 主 要 包 括 3个 部 分 : 是单 片 机 通 过 L D显 示 接 收 到 的 数 据 ; 是 断 辨 一 E 二 电保 持 模 块 ; 是 数 据 通 信 模 块 , 过 RS 3 三 通 2 2串 口与 上 位 机 通 信 。结 果 证 明 所 设 计 的 光 栅 位 移 测 量 系 统 能 够 满 足 高
0 引
言
1 系统 方 案 分 析
图 1为 光 栅 位 移 测 量 系 统 的 组 成 方 框 图 。 主 要 由 光
在 当今 数控 设 备 中 , 一般 使用 光 栅 传 感 器 作 为 长度 、
角度 检测元 件 。它具有 性 能 稳定 、 可靠 性 好 、 测量 精 度 高 、
da a by LED ;t e s c t h e ond i hem od e o he p s t ul ft owe f he t r st a a c m m un c in m o ul , b i rof ;t hid i he d t o iato d e y usng RS2 . 32 I s d m o ta e he r s t h he s s e c n e tt e ie e t fhi — pe d s m p i n sor gean a ti e ns r t d by t e uls t att y t m a m e he r qu r m n so gh s e a lng a d t a d c n
u e o p o e s t e sg a.Th o t r ft e s s e h s t r e p ri n :t e f s o t n i t emir c i ip a h sd t r c s h in 1 e s f wa eo h y t m a h e o t s h i t r i h c o h p d s l y t e o r p o s
速采 样 与 存储 的 要 求 , 以用 于实 际 的 光栅 位 移 的 测 量 。 可
关键 词 :光栅 尺 ; P D; 片 机 ; 移 测 量 C L 单 位
中 图 分 类 号 : TP3 2 1 0 . 文 献 标 识 码 : A
De i n o r tn s a e e e s r y t m s g f g a i g dipl c m ntm a u e s s e