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基于FPGA的光栅信号处理电路研究

作　者: 蒋丽雁
导　师: 于连栋
学　校: 合肥工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: FPGA 光栅四倍频辨向 USB
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 161次
引　用: 2次
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内容摘要

光栅计量技术在工业计量领域得到了飞速发展,其中光栅传感器在线位移和角位移测量中得到广泛应用。对光栅信号进行处理有很多方法,如传统电路、单片机或者现场可编程门阵列(FPGA)等。随着电子技术的不断发展,光栅信号处理电路研究也就向着数字化的方向发展,采用可编程逻辑阵列电路,通过语言编程来实现预期功能。目前FPGA进行电路设计已经成为一种最有效、性能最好的设计方法。近几年,对于光栅信号的处理采用CPLD/FPGA技术已成为一种趋势。这篇文章对信号处理电路的研究就是以FPGA为核心来实现。本文简单介绍了光栅的基础知识,详细讲解了光栅测量原理以及莫尔条纹信号的电子细分方法;介绍了FPGA的发展及应用,分析了FPGA的开发流程和硬件描述语言Verilog HDL。本文利用FPGA提出了坐标测量机中光栅信号的处理电路。主要研究内容有:1.它以FPGA为核心实现光栅信号的辨向、细分、计数等功能。文中详细分析了四倍频辨向电路、计数电路的设计思想,运用Verilog HDL语言完成了整个电路的硬件设计。仿真结果表明,本设计不但达到电路预期指标,而且资源占用较小,程序易修改。2.通过USB接口电路将采集到的数据上传计算机完成数据存储传输等工作。USB通信接口传送数据速度高、即插即用并支持多种传输模式。本次设计选用CH372接口芯片。本次课题已经完成了FPGA核心芯片的设计,实现了光栅信号的辨向、细分、计数等功能,并对USB接口电路进行了分析并选择了合适的接口芯片。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-12
第一章绪论  12-17
  1.1 柔性坐标测量机的发展及关键技术  12-13
  1.2 坐标测量机光栅信号处理电路的发展及研究现状  13-15
    1.2.1 光栅信号处理的发展  14-15
    1.2.2 国内外研究现状  15
  1.3 课题来源及研究目的、意义  15-16
  1.4 研究内容及创新成果  16-17
第二章光栅测量技术及光栅信号  17-24
  2.1 光栅测量技术  17-20
    2.1.1 光栅概述  17
    2.1.2 光栅尺测量原理  17-20
    2.1.3 光栅测量系统的几个关键问题  20
  2.2 光栅信号的电子细分及辨向  20-24
第三章 FPGA 开发技术  24-33
  3.1 FPGA 概述  24-25
    3.1.1 FPGA 发展状况  24
    3.1.2 FPGA 的特征  24-25
    3.1.3 FPGA 的应用  25
  3.2 FPGA 设计流程  25-27
  3.3 开发工具及硬件描述语言 Verilog HDL  27-29
  3.4 FPGA 设计中需注意问题  29-33
第四章光栅信号处理电路设计  33-55
  4.1 概述  33-34
  4.2 基于 FPGA 的光栅信号处理核心电路设计  34-51
    4.2.1 quartus 设计流程  34-37
    4.2.2 芯片的选择  37-42
    4.2.3 核心系统电路设计  42-51
      4.2.3.1 计数模块  42-44
      4.2.3.2 辨向细分模块  44-50
      4.2.3.3 仿真  50-51
  4.3 USB 接口电路  51-55
第五章总结与展望  55-56
  5.1 总结  55
  5.2 展望  55-56
参考文献  56-58
攻读硕士学位期间发表的论文  58-59

基于FPGA的光栅信号处理电路研究

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