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智能内圆磨床测量控制仪

作　者: 周晓章
导　师: 郭雨梅
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 光栅传感器锁相倍频莫尔条纹现场可编程逻辑阵列硬件描述语言
分类号: TG581.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
引　用: 1次
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内容摘要

磨削加工是工件加工过程中的重要工序,对工件的最终精度有直接影响,因此,在磨削加工过程中,能否精确地测量出工件的尺寸变化对确保工件的质量起到至关重要的作用。本文以实际应用为背景,主要研究了光栅传感器在内圆磨床测量控制系统中的应用,并重点对光栅传感器输出信号的细分方法进行了研究。本文全面分析了国内外内圆磨床的研制现状及发展趋势,针对内圆磨床的工作机理,对内圆磨床测量控制系统进行了深入的研究。设计了基于单片机控制的智能内圆磨床测量控制系统的整个硬件装置,主要包括输入信号差动放大模块,相位调制模块,滤波模块,细分模块,键盘及显示模块。文中详细论述了各模块的硬件设计原理、基本构成以及实现功能,给出了各功能模块的电路原理图,介绍了整个测量控制系统的主程序及各功能子程序的设计流程。通过学习数字锁相技术理论,比较各种莫尔条纹细分方法,提出了一种基于FPGA的锁相倍频方法,通过检测光栅传感器输出信号的边缘计算出频率值,找到相应的指针位置,再根据产生的分频因子来控制数控振荡器的输出信号,从而完成对被采集信号的锁相倍频,该方法具有锁相速度快,精度高等特点。同时在FPGA中完成计数,滤波及其他一些数字电路。经过对设计电路进行的实验、仿真及调试,验证了该系统设计方案的可行性,基本上达到了设计指标的要求,具有一定的实际应用价值。数字集成化的设计简化了硬件电路设计,提高信号的跟踪能力、细分精度及系统的可靠性。该设计方案解决了内圆磨床测控精度受环境温湿度影响严重的问题,同时还能降低成本。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 课题研究的意义  10-11
  1.2 课题的来源及研究途径  11
  1.3 课题的国内外发展现状  11-12
  1.4 课题的研究目标  12-14
第二章光栅位移检测技术  14-24
  2.1 光栅位移检测技术  14-21
    2.1.1 光栅位移检测技术概述  14
    2.1.2 光栅测量原理  14-20
    2.1.3 光栅输出信号的数学模型  20-21
  2.2 莫尔条纹细分技术  21-23
    2.2.1 莫尔条纹细分技术  21-22
    2.2.2 莫尔条纹细分方法  22-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章基于FPGA 的数字集成电路设计  24-44
  3.1 现场可编程阵列  24-28
    3.1.1 现场可编程阵列的发展  24-25
    3.1.2 现场可编程阵列的原理  25
    3.1.3 现场可编程阵列的设计流程  25-26
    3.1.4 Verilog HDL 语言  26-27
    3.1.5 开发软件Quartus II  27-28
    3.1.6 FPGA 芯片的选取  28
  3.2 基于FPGA 的FIR 数字滤波器的设计  28-32
    3.2.1 基于FPGA 的FIR 数字滤波器概述  28
    3.2.2 基于FPGA 的FIR 数字滤波器的设计思想  28-29
    3.2.3 基于FPGA 的FIR 数字滤波器的实现方法  29-30
    3.2.4 FIR 滤波器系数计算  30-32
  3.3 基于FPGA 的数字锁相倍频电路的设计  32-37
    3.3.1 模拟的锁相倍频细分法  32
    3.3.2 数字锁相倍频的基本原理  32-33
    3.3.3 数字锁相倍频的设计思想  33-35
    3.3.4 基于FPGA 的实现方法  35-37
  3.4 外围电路  37-40
    3.4.1 FPGA 引脚分配图  37-38
    3.4.2 时钟电路  38-39
    3.4.3 电源电路  39
    3.4.4 复位电路  39-40
  3.5 仿真分析  40-43
    3.5.1 数字滤波  40-41
    3.5.2 锁相倍频电路  41-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章系统的硬件设计  44-55
  4.1 系统整体设计方案  44-46
    4.1.1 系统总体结构  44-45
    4.1.2 CPU 的选择  45-46
  4.2 差动放大电路  46-48
  4.3 斩波调相及求和电路  48-49
  4.4 抗混叠滤波器  49-50
  4.5 模数转换电路  50-51
  4.6 继电器驱动电路  51-52
  4.7 键盘/显示电路  52-53
  4.8 通讯电路  53-54
  4.9 本章小结  54-55
第五章系统的软件设计  55-60
  5.1 软件总体设计  55
  5.2 主程序设计  55
  5.3 主要子程序设计  55-59
    5.3.1 初始化子程序  55-57
    5.3.2 键盘及其显示子程序  57-58
    5.3.3 执行驱动子程序  58-59
  5.4 本章小结  59-60
第六章系统调试  60-63
第七章结论  63-64
参考文献  64-66
在学研究成果  66-67
致谢  67

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