基于CPLD的光电码盘计数器的设计

    光电码盘是许多传感器和自动控制系统的重要部件，可用来测量位移、速度、加速度等，近年来在研究和使用方面，不断有所创新和发展.由于光电码盘具有精度高.体积小、重t轻、响应速度快、可靠性高、抗干扰能力强等特点.并在国防、科研及工业自动化等领城应用越来越广泛[1].采用光电码盘作为位置检测装置时.光电码盘固定在电机轴上.并跟随电机同轴转动.假设光电码盘每转动一周输出m个脉冲，电机直径为d，若检测到码盘物出了n个脉冲，则位移，s=.πdmnI4.通常，光电码盘分为绝对式和增量式两种。绝对式码盘在任意位置都可给出与位置相对应的数字转角输出量，不存在四倍频问题;增量式码盘根据轴所输出的角度.输出一系列脉冲.通过记数电路.对脉冲进行录计记数，得到相对角位移。由于单个绝对码盘角位移范围为0 °~360 °，需要多个码盘才能测量360 °的角位移;而增t式码盘只受设计电路的位数限制.因而应用广泛[2]。本文以Altera公司的EMP7128可编程逻辑器件为基础设计出高集成度的四分频16位位置式光电码盘计数器。

1系统结构

    图l运动控制卡结构示意图，它由DSP运动控制模块、计数模块、四分频模块、键盘显示模块等组成.OSP运动控制模块是整个系统的核心，它对控制对象进行控制，处理数据的物入输出.计数模块和四分频模块是对外部输入的脉冲信号计数.并把计数值摘入到DSP控制模块，由该模块进行位置的定位和控制.键盘接口模块和液晶显示模块是该系统的输入输出.键盘接口模块:主要用来产生键盘扫描信号.确定键值，区分数字键和功能键，而液晶显示模块是将显示控制信息和数据.PCI总线模块则是为了与上位机进行高速数据通信.本文只是就该运动控制卡的计数棋块和四分频模块进行详细研究的.

    本运动控制卡中的光电码计数器的CPLD器件是EMP7128，它是Altera公司MAX7000系列的一救常用可编程逻辑器件，是以第二代多阵列矩阵为基础的高性能CMOS EPROM器件.具有高阻抗、电可擦等特点.内部可用门单元为2500个.可用宏单元数为l28个.管脚间最大延迟为巧ns.内部设计计数器的最高工作频率可达178.6MHz，内核SV供电，外围可以由3.3V或S.OV供电.光电码盘将检测到位移t转换成脉冲信号输出.计数电路对经过四倍领的脉冲信号进行计数.每隔一段时间将计数值传送到DSP运动控制处理模块中，经过计算处理后通过显示电路显示出位里且.

2光电码盘原理

    本设计中采用相对式码盘方式.相对式码盘输出两个相位差为90钓正交信号A和B，以及零位脉冲信号Z,A、B两相信号的脉冲数标志码盘轴所转过的角度.A、B之间的相位关系标志码盘的转向，当A相超前B相90时，标志码盘正转.见图2a);当B相超前A相90时，码盘反转，见图2(b).光电码盘的脉冲周期T对应的码盘角位移固定为θ，故其里化误差为θ/2.如果能够将A或B信号四倍频，则计数脉冲的周期将减小到T/4，里化误差下降为θ/8，从而使光电码盘的角位移测t精度提高4倍[3]。同时，图2可以发现.在脉冲周期T内，A,  B两相信号共产生了四次变化分别为10 ,  11、O1、00.利用A、B两方波信号之间相位关系，能够产生四倍频信号.四倍频后的码盘信号，需经计数器计数后，才能转化为伺服电机的相对位置.