基于DSP信号处理的磁轴角编码器的研究

论文摘要

传感器技术是现代信息技术的关键组成之一。传感器是采集对象与信息系统的接口,是系统感知、获取与检测信息的窗口。磁传感器是传感器大家族中的一个重要分支,在检测系统中有着重要作用。通过磁场的无接触特性,对非电量进行测量。磁轴角编码器结构简单,易实现微型化,适应恶劣环境能力强。但其分辨率和精度较低,影响了其发展和应用。本文针对单对磁极编码器进行改进设计,研究对于转动物体的位置、角速度进行高精度测量的传感器,它可以把转动物体的位置和角速度信息直接输出显示。本文在硬件设计部分,利用了霍尔效应的基本原理,使用霍尔元件和新型磁体的结构,对磁编码器的信号采集部分进行了设计。使用TI公司生产的定点型数字信号处理器TMS320VC5509A进行信号处理的设计,TMS320VC5509A带有两路高效率的10位A/D转换器,可以简化电路的设计过程,减小电路的规模。在外扩FLASH的程序存储芯片使用ATMEL的AT25256,在设计中使用LED显示数码管等原件和芯片进行了显示部分电路的设计。在软件设计方面设计了TMS320VC5509A的A/D转换器的应用程序,AT25256的SPI接口的Bootloader程序,在信号处理程序方面,使用了数字滤波技术,在设计中选择FIR数字滤波器对信号进行处理,提高信号质量。使用MATLAB进行数字滤波器类型的设计和系数的计算,利用TMS320VC5509A的内核双乘法器的特点对数字滤波程序进行设计,在信号处理主程序的设计中,提出运算和插值原理相结合的处理方式,提高分辨率和精度,以10bit分辨率的实现了1024p/r绝对式角度输出,可以对测量信号进行直接输出显示。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第二章 霍尔元件磁电效应及其原理
• 2.1 半导体中的电磁效应
• 2.1.1 霍尔效应
• 2.1.2 磁阻效应
• 2.2 霍尔磁敏元件及其应用
• 2.2.1 霍尔元件
• 2.2.2 霍尔电路
• 第三章 编码器的种类及原理
• 3.1 编码器的种类及应用
• 3.2 几种编码器的简介
• 3.2.1 增量式编码器
• 3.2.2 绝对式编码器
• 3.2.3 光电式编码器
• 3.2.4 磁阻编码器
• 3.2.5 磁电编码器
• 第四章 磁电式编码器的设计方案
• 4.1 磁电编码器的结构
• 4.2 信号采集方式
• 4.3 信号处理方法
• 4.4 系统的分辨率和精度
• 第五章 磁轴角编码器的硬件设计
• 5.1 信号采集部件设计
• 5.2 DSP芯片外围电路设计
• 5.2.1 DSP芯片应用及发展
• 5.2.2 TMS320VC5509A DSP介绍
• 5.2.3 TMS320VC5509A DSP外围电路设计
• 5.3 A/D转换电路设计
• 5.4 电源电路
• 5.5 DSP与AT25256的接口设计
• 第六章 系统的开发平台及软件设计
• 6.1 CCS集成开发环境
• 6.2 应用软件开发流程
• 6.3 DSP芯片的初始化
• 6.4 A/D转换程序设计
• 6.5 数字滤波器程序设计
• 6.5.1 数字滤波器的概述
• 6.5.2 数字滤波器的类型和选择
• 6.5.3 数字滤波器的主要指标
• 6.5.4 数字滤波器的设计及系数计算
• 6.5.5 FIR滤波器的DSP实现
• 6.6 信号的运算处理
• 6.7 数据的插值处理
• 6.8 AT25256与DSP的连接
• 6.8.1 AT25256在线编程的软件实现
• 6.8.2 TMS320VC5509A的SPI引导装载
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢