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基于DSP的集成光栅细分数显装置的研制

2020-12-06阅读(525)

基于DSP的集成光栅细分数显装置的研制

论文摘要

光栅测量技术是位置测量、数控机床、自动控制等领域应用广泛的高精度测量和定位技术。在光栅传感器精度一定的情况下,光栅传感器接口电路的设计水平从一定程度上决定了测量系统的精度和可靠性,并且也是一种经济有效的方法。但由于受光路及信号检测电路扫描频率等因素的限制,单个光栅尺测量的最大允许移动速度与其测量步距成反比。针对光栅位移系统高速运行时分辨力低,本文设计开发一种基于DSP的新型光栅细分数显装置。本文通过分析信号并比较各种细分方案原理及特点,根据TI公司的TMS320LF2407A的控制功能,采用光栅位移传感器结合DSP实现了测量的数字化;首先进行位移传感器输出信号的预处理,输出信号先采用电阻链分相细分,然后通过TMS320LF2407A内部脉冲编码电路（QEP）完成辨向、速度测量和二次细分,进而完成显示电路和控制电路部分的设计。速度较低时采用脉冲编码电路结合捕获电路（CAP）完成速度测量和传感器信号的较精确的细分。通过设置脉冲捕捉周期可使系统对不同的运动速度下的位移测量都具有较高的分辨力。本系统基于Microsoft Visual C++6.0开发平台进行上位机设计。结合DSP完成位移、速度信息和计算机间的实时数据传输;进行多次测量并做出误差分析。最后搭建实验系统与双频激光干涉仪进行对比实验,通过实验验证线性测量分辨力达到至少1μm。在实验中总结一些经验,为本方法的进一步研究及应用打下良好基础。光栅数显和控制结合的架构利于控制和测量的集成,实现仪器小型化。设计的上位机通讯界面使测量和控制更加直观便捷,并且USB接口使系统适用于多台位移测量或定位控制系统的联合监测和控制,实现集中化管理。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题来源及研究的目的和意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 DSP 技术开发应用
  • 1.4 课题研究的主要内容
  • 第2章 光栅测量原理
  • 2.1 莫尔条纹效应
  • 2.2 光栅位移传感器测量原理
  • 2.3 细分方法比较
  • 2.3.1 单稳四细分
  • 2.3.2 微型计算机细分
  • 2.3.3 只读存储器细分
  • 2.3.4 其它细分
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 硬件系统设计
  • 3.1 系统总体方案和硬件框图设计
  • 3.2 传感器输出信号预处理
  • 3.3 电阻链五细分电路
  • 3.4 TMS320LF2407A 数字信号处理器
  • 3.4.1 电源电路设计
  • 3.4.2 时钟和复位电路设计
  • 3.4.3 外部存储器扩展
  • 3.4.4 JTAG 仿真接口设计
  • 3.5 二次细分及速度检测
  • 3.5.1 信号辨向及二次细分
  • 3.5.2 速度捕捉电路
  • 3.6 串口、显示和键盘电路设计
  • 3.7 本章小结
  • 第4章 软件系统设计
  • 4.1 DSP 程序编写
  • 4.1.1 公共目标文件
  • 4.1.2 链接命令文件的编写
  • 4.1.3 DSP 总体程序设计
  • 4.2 下位机几个主要功能子程序的设计
  • 4.2.1 速度运算子程序
  • 4.2.2 显示、键盘子程序
  • 2PROM 存储和查询子程序'>4.2.3 E2PROM 存储和查询子程序
  • 4.2.4 串口通讯子程序
  • 4.2.5 FLASH 程序BootLoader 方式下载
  • 4.3 基于Microsoft Visual C++6.0 的上位机软件设计
  • 4.3.1 USB 通讯模块设计
  • 4.3.2 CY7C68013USB2.0 模块介绍
  • 4.3.3 USB2.0 模块电路
  • 4.3.4 USB2.0 通讯设计
  • 4.3.5 上位机串口协议设计
  • 4.3.6 软件人机界面设计
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 调试和精度分析
  • 5.1 实验系统设计
  • 5.2 光栅位置检测系统一般误差
  • 5.3 比对测量实验结果
  • 5.4 误差分析
  • 5.4.1 电阻链细分引入的误差
  • 5.4.2 测量时引入误差
  • 5.4.3 温度引起的误差
  • 5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢

    • 相关论文文献

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