光栅自动测试仪的设计与实现

论文摘要

本文通过分析了编码器输出两路信号的正交性（相位相差90°）与直线透射式光栅黑白栅条的分布均匀性的特性，应用把高电平宽度转换为计数脉冲的个数的测试方法，给出了光栅自动测试仪的总体设计方案。并详细介绍了光栅自动测试仪的软硬件实现中所用到的关键技术。在本设计中，选用Agilent公司的HEDS-9730Q光电编码器，作为检测器件，应用Altera公司的CPLD器件EPM9320LC84-15，用硬件描述语言VHDL实现测试数据采集系统，通过单片机AT89C52的串口通信把测试数据读出并传送给PC机控制台处理，其中应用FIFO实现了测试数据采集和串口通信之间速度匹配。为了使步进电机的转速更加平稳，并且减小噪音，应用了步进电机细分驱动。由自检信号产生电路产生自检信号实现光栅自动测试仪的自检功能。经过详细的设计和调试，成功的实现了光栅自动测试仪。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 绘图机背景介绍
• 1.1.2 光栅印制机和光栅测试仪背景介绍
• 1.2 论文来源与承担的任务
• 1.3 论文各章节的安排
• 第二章 光栅测试仪概述
• 2.1 光栅分类、原理与优缺点
• 2.1.1 光栅分类
• 2.1.2 透射式直线光栅的原理
• 2.1.3 光栅的优、缺点
• 2.2 研制光栅测试仪的必要性
• 2.3 设计要求
• 2.3.1 测试项目
• 2.3.2 测试仪具备的功能
• 第三章 光栅测试仪总体设计
• 3.1 机械结构设计
• 3.2 光栅测试原理
• 3.3 光栅测试仪的总体设计
• 第四章 硬件系统设计
• 4.1 主要元器件选择
• 4.1.1 单片机选择
• 4.1.2 光电编码器
• 4.1.3 电机选择
• 4.1.4 两相步进电机驱动芯片
• 4.1.S D/A转换器
• 4.1.6 可编程逻辑器件CPLD的选择
• 4.2 基于CPLD实现测试数据采集系统
• 4.2.1 测试数据采集方法研究
• 4.2.2 系统时钟频率的选择
• 4.2.3 测试数据采集系统的总体设计
• 4.2.4 测试数据采集系统各模块的实现
• 4.3 步进电机的细分驱动
• 4.3.1 步进电机细分驱动原理
• 4.3.2 步进电机四细分驱动设计
• 4.4 光栅自动测试仪的通信实现
• 4.4.1 串行通信实现
• 4.4.2 MCU1与MCU2的通信实现
• 4.4.3 MCU1读FIFO的电路实现
• 4.5 光栅自动测试仪中各模块的速度匹配分析
• 4.6 光栅自动测试仪的自检信号产生电路
• 4.7 测试仪电路设计中的抗干扰问题
• 第五章 软件系统设计
• 5.1 PC机控制台
• 5.1.1 光栅自动测试仪的输入输出
• 5.1.2 PC机控制台的实现
• 5.2 光栅自动测试仪中通信程序设计
• 5.3 步进电机的细分控制
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果