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基于CPLD的SSI协议绝对值编码器设计

王青  
【摘要】:光栅编码器具有效率高、易调控、性能好等特性,在数控机床、工业现场、航空航天等领域都有广泛的应用。近几年来,由于自动化控制技术不断革新,光栅编码器在位置、速度控制方面以及调试的过程中都起着很重要的作用,因此它适用的应用场合日益增加,大多应用于复杂的工业环境中。目前它是自动化控制领域中一项重要的测控设备,对设备的要求正在逐步增强,所以对光栅编码器的研究将会成为一个热点。为了缩减与国外的差距,国内加大了对光栅编码器关键技术的投资,开拓了宽阔的市场领域。光栅编码器已经成为现代工业领域中一个不可或缺的组成成分,它的质量直接关系到生产效率。为了满足市场和工业的需求,绝对值编码器逐步替代了增量式编码器,在通信技术方面也在不断地完善和发展,其中采用SSI协议通讯方式最为广泛。为了提高测量的准确度,需要把输出的位移量或角度值转变成相对应的数字信号,所以针对编码器的研究具有很大的实际意义。针对以上所述的问题,本文是以光栅编码器应用为背景,提出了一种基于CPLD的SSI协议绝对值编码器的设计方案,通过验证分析,它能够实时地接收光栅编码器输出的A、B、Z信号,并对这些信号进行整形滤波、倍频鉴相、可逆计数、SSI输出等处理,最终通过脉冲的数目可以得到位置信息。论文中首先详细阐述了选题背景、光栅编码器的国内外研究现状以及工作原理。然后根据功能设计需要,进行CPLD芯片选型,搭建硬件平台,给出了整个系统的设计方案,并详细介绍了主要模块的设计思路,将接收到的光栅编码器信号进行整形、滤波,再经过CPLD芯片进行细分、倍频鉴相、计数、SSI信号处理,使用Verilog HDL硬件语言实现各个模块的功能,用Quartus II软件对其进行编译仿真,验证了CPLD设计的准确性。最后分别从硬件和软件两个方面进行验证和测试,不断地完善程序。相比于早期设计方案而言,结果证明了该系统稳定可靠、抗干扰性强、性能良好,具有潜在的市场价值,对于推进我国工业控制自动化的发展具有重要意义。


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