基于FPGA的光电编码器信号的处理方法
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增量式光电编码器信号处理电路的设计与实现光电编码器是一种常见的位置检测装置,可以通过判断旋转轴的位移来测量出目标位置的具体值。
然而,在某些特殊的应用环境下,需要对光电编码器进行增量式测量,这时通过对编码器的信号进行特殊处理,从而实现精度更高的位置测量。
针对以上需求,本文将介绍一种增量式光电编码器信号处理电路的设计与实现方法。
一、需求分析在进行增量式光电编码器信号处理电路设计前,需要先明确具体的需求。
针对增量式光电编码器的测量要求,我们需要实现以下功能:1. 能够对编码器的信号进行较高频率的采样,以保证精度。
2. 能够处理编码器的A/B相信号,实现增量式测量。
3. 能够对编码器的Z相信号进行特殊处理,以完成一次完整的位置测量。
二、电路设计在明确了需求之后,我们可以开始进行电路设计。
具体的其中关键部分包括定时器、计数器、滤波器等,下面我们对这些部分进行详细介绍。
1. 定时器定时器是整个电路的核心部分,主要负责对编码器信号的采样。
我们可以通过将定时器设置为高频率的时钟源,从而实现对信号的高频采样。
在具体实现时,我们可以使用555定时器,将电容和电阻设置为合适的值,从而得到合适的定时器频率。
2. 计数器计数器负责实现增量式测量。
我们可以通过将A相和B相信号分别连接至计数器的计数端口,从而实现对编码器的增量式测量。
在具体实现时,我们可以使用74LS193计数器芯片进行实现。
3. 滤波器滤波器则负责对编码器的Z相信号进行特殊处理,完成一次完整的位置测量。
具体实现时,我们可以将Z相信号连接至RC滤波器,从而得到平滑的脉冲信号。
接着,将平滑后的脉冲信号连接至脉冲捕捉器,从而完成一次完整的位置测量。
三、实现效果通过以上电路设计,最终可以得到一种高精度、可靠的增量式光电编码器信号处理电路。
在具体实现时,我们需要注意以下几点:1. 设置合适的电路参数值。
2. 使用高品质的电子元器件,以保证可靠性和高精度性。
3. 进行系统调试和测试,以验证电路的稳定性和可靠性。
基于FPGA的视频信号处理与压缩技术研究随着科技的发展,视频信号处理与压缩技术在各个领域中得到了广泛的应用。
而在这些技术的研究中,基于FPGA(现场可编程门阵列)的实现方式正逐渐受到重视。
本文将对基于FPGA的视频信号处理与压缩技术进行研究与探讨。
第一部分:视频信号处理技术在视频信号处理领域中,FPGA能够提供高度灵活性和可编程性,能够适应不同的视频处理需求。
例如,对视频信号进行采集、滤波、编码、解码、增强和合成等处理,都可以通过FPGA来实现。
FPGA的并行计算能力和低延迟的特点使得视频信号处理系统更加高效和实时。
在视频采集方面,FPGA可以实现高速的数据采集和处理。
通过FPGA的高速IO接口,可以将视频信号从摄像头、摄像机等设备中采集,并进行相关的预处理,如去噪、增强和稳定等。
同时,FPGA还能够实现视频信号的格式转换和压缩编码等功能,使得视频信号能够更好地储存和传输。
另外,FPGA还可以用于视频信号的特征提取和分析。
通过FPGA的强大计算能力,可以对视频信号中的运动、颜色、纹理等特征进行提取和分析,从而实现视频内容的识别、跟踪和分析。
这对于视频监控、智能交通等领域具有重要意义。
第二部分:视频信号压缩技术视频信号压缩是在保证视频质量的前提下减少数据量,提高传输和存储效率的技术。
在这方面,FPGA的高并行计算能力使得压缩算法能够在实时应用中进行高效计算。
常见的视频压缩算法包括JPEG、MPEG、H.264等。
基于FPGA的视频压缩技术可以实现硬件加速,提高压缩速度和效率。
通过将压缩算法实现在FPGA的可编程逻辑中,可以大大增加计算并行性,从而加快压缩处理过程。
此外,FPGA还可以实现灵活的参数调整,以满足不同压缩率和画质的需求。
第三部分:基于FPGA的视频信号处理与压缩系统设计在设计基于FPGA的视频信号处理与压缩系统时,需要考虑多种因素,包括性能、成本和功耗等。
一般而言,系统应具备以下特点:高性能、低延迟、低能耗、灵活性和易用性。
第一章绪论随着电子技术的快速发展,对通信系统功能的要求不断提高。
基于同样的硬件环境,由软件来完成不同的通信功能的方式趋于成熟。
于是,可编程高速器件如DSP、ARM、FPGA等成了现代通信系统的主要角色[1]。
FPGA即现场可编程门阵列,它是在PLA、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物,是一种高度集成的可编程逻辑器件,它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点[2]。
FPGA的结构灵活,其逻辑单元、可编程内部连线和I/O单元都可以由用户编程,可以实现任何逻辑功能,满足各种设计需求。
其速度快,功耗低,通用性强,特别适用于复杂系统的设计。
使用FPGA还可以实现动态配置、在线系统重构(可以在系统运行的不同时刻,按需要改变电路的功能,使系统具备多种空间相关或时间相关的任务)及硬件软化、软件硬化等功能。
数字调制解调是无线通信中一个重要技术之一。
FPGA 的基本特点主要有:1)采用FPGA设计ASIC电路,用户不需要投片生产,就能得到合成的芯片;2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片;3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚;4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一;5) FPGA采用高速CHMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。
可以说,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
FPGA 是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的,因此,工作时需要对片内的RAM 进行编程。
用户可以根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。
与传统的DSP或GPP 相比,FPGA在某些信号处理任务中表现出非常强的性能,具有高吞吐率、架构和算法灵活、并行计算、分配存储以及动态配置等优势,因此能够解决设计者在通信领域尤其是无线通信方面需要一个高速通用硬件平台来实现并验证自己通信系统和相关算法的需求[3]。
基于FPGA的光OFDM信号处理方案
雷冬鸣;纪静;邹念育;李萍
【期刊名称】《大连工业大学学报》
【年(卷),期】2015(034)006
【摘要】为实现光OFDM的产生与发送,提出了一种基于现场可编程门阵列器件(FPGA)的光OFDM信号发送端信号处理的整体设计方案.在Xilinx ISE13.1开发环境下,利用Xilinx Virtex-5开发板实现OFDM信号的设计.发射机用于产生
16QAM-OFDM信号,并对RS-232接口进行了驱动设计,实现信号的传输.并对OFDM的设计进行仿真,实验验证了发生器的可行性.设计完全由硬件实现,与传统的软件设计相比具有实时性、稳定性强等特点,可用于高速的光传输系统中.
【总页数】4页(P488-491)
【作者】雷冬鸣;纪静;邹念育;李萍
【作者单位】大连工业大学光子学研究所,辽宁大连 116034;辽宁广播电视台大连分台,辽宁大连 116011;大连工业大学光子学研究所,辽宁大连 116034;大连工业大学光子学研究所,辽宁大连 116034
【正文语种】中文
【中图分类】TN911
【相关文献】
1.基于FPGA的激光测速仪信号处理方案设计与实现 [J], 梁文强;周健;聂晓明
2.基于叠加训练序列光OFDM系统帧同步算法FPGA实现 [J], 石晓军;戈勇华;周
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3.基于FPGA的扩频OFDM信号半物理仿真技术研究 [J], 乔永明;邹德财;卢晓春
4.基于FPGA+DSP新型架构信号协同处理方案分析 [J], 李金明;高德亮
5.基于FPGA的激光定距系统信号处理方案设计 [J], 沈娜;张祥金;张合;王晓锋因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
fpga编码器原理
FPGA(现场可编程门阵列)编码器的工作原理主要是将输入的数据(通常为二进制形式)转换为另一种形式或代码(也称为输出码或编码)。
这种转换通常按照某种特定的规则或算法进行,例如8-3编码器就是将8位输入数据转换为3位输出编码。
在FPGA中,编码器是一个具有编码功能的逻辑电路,它将输入的二进制码按照特定的规律排列,例如8421码、格雷码等,使得每组代码具有特定的含义,代表某个数字或是控制信号。
编码器有多种类型,如8线-3线编码器和10线-4线编码器等,分别有8输入、3位输出和10位输入、4位输出。
在FPGA中,编码器可以通过编程实现不同的编码规则和算法,以满足不同的应用需求。
以上内容仅供参考,如需更专业的解释,建议咨询数字电路相关领域的专家或查阅相关文献资料。
基于FPGA的RS编码器的设计与实现1 RS编码原理RS编码是一种线性的块编码,其表示形式为RS(N,K)。
当编码器接收到一个数据信息序列,该数据信息序列被分割成若干长度为K的信息块,并通过运算将每个数据信息块编码成长度为N的编码数据块。
在RS码中的码元符号不是二进制而是多进制符号,其中2m进制使用更为广泛。
能纠正t个错的RS 码具有,如表1参数所示。
上述参数,t表明最多可以纠正t个随机错误符号。
由于RS码是对多进制符号纠错,RS码可用于纠正突发错误,比如能纠两个八进制符号错误的RS(7,3)码,每个符号可用3 bit二进制符号表示。
八进制的RS(7,3)码相当于二进制的(21,9)码,因此纠两个符号就相当于纠连续6 bit二进制符号的突发错误,然而二进制的(2l,9)码却没有纠6 bit突发错误的能力,它能纠任何2个随机错误以及长度≤4的突发错误。
通用的RS编码的运算步骤:(1)确定RS编码器的生成多项式g(x),这里选用了最为常用的生成多项式,如式(1)所示。
式中a定义为m阶初等多项式p(x)的根它可生成全部GF域的元素。
(有关GF域的内容可参阅相关书籍)。
以RS(15,9)为例,RS(15,9)的生成多项式,如式(2)(2)通过对取模运算产生校验信息多项式p(x)如式(3)式中m(x)表示RS编码码字中的数据信息,它是K一1阶的线性多项式。
(3)通过加法运算生成最终的编码后的多项式c(x)如式(4)RS码的编码主要是围绕码的生成多项式g(x)进行的,一旦生成多项式确定了,则码就完全确定了。
2 RS编码的设计实现在一些特定应用域中,RS码的设计与实现是比较困难的。
RS码是在有限域上进行的代数运算,不同于常用的二进制系统,实现相对复杂一些,其复杂度主要决定于有限域的大小、码字的长度、采用的编码算法等,编码器的实现方式主要有以下几种:(1)微处理器实现的RS编码。
通用的微处理器采用查表(Table—lookup)方法可以实现RS编码,首先需要产生有限域运算中的系数,存于内存中,就可以通过查表的方法实现编码了。
基于FPG A 的PC M 编码器与解码器的设计与实现陈建洪,李彩芳,佘丽贞(莆田电业局设计所,福建莆田351100摘要:针对传统数字电路难以支持实现高码速率的PC M 功能,提出将PC M 的编、解码功能集成到具有硬件密度高、结构灵活、加密性好的现场可编程门阵列(FPG A,Field Pr ogra mmable Gate A rray 上的实现方案。
介绍了PC M 码型定义和帧格式,阐述了该方案的结构框架和设计方法,并结合实例和实测波形,说明PC M 编、解码器的功能实现过程。
实践表明,FPG A 可以有效地用于PC M 高码速率场合,在遥测系统中有实用意义。
关键词:脉码调制;现场可编程门阵列;编码;解码中图分类号:T N76;T N911.22文献标识码:B 文章编号:1005-7641(200512-0064-03收稿日期:2005-05-10;修回日期:2005-06-100引言随着遥测系统的发展,帧结构越来越复杂,这就要求遥测系统具备高码速率、实时可重构、处理复杂帧结构的能力,传统的数字电路难以实现这些复杂功能。
FPG A 是近几年发展起来的硬件可编程芯片,具有硬件密度高、结构灵活、可编程、加密性强等良好性能,在高速信号处理领域占有至关重要的地位,也为高码速率PC M 的实现,提供有效的途径。
FPG A 可以将复杂的逻辑功能集成在一块芯片上,易于实现片上系统SoC (System on a Chi p 。
为此,本设计将PC M (Pulse Code Modulati on 的编码功能和解码功能集成在FPG A 上。
1PC M 标准PC M 码是以串行方式进行传输的,分为NRZ 和B i Φ两大类码型。
这里仅介绍文章所要涉及的NRZ -L 、B i Φ-L 、B i Φ-M 三种码型。
根据I R I G 106-99标准,码型的定义如图1所示,其中,B i Φ-M 码的波形在半位码上要有电平的变化。
光电编码器输出脉冲的几种计数方法光电编码器是一种常用的传感器,可以将物理运动转换成电信号输出。
它通常用于测量旋转角度、线性位移或速度等物理量。
光电编码器的输出通常是脉冲信号,而这些脉冲信号的计数方法对于准确获取物理量的数值至关重要。
在本文中,我们将探讨光电编码器输出脉冲的几种计数方法,并进一步分析其适用范围和优缺点。
1. 简单计数法在简单计数法中,我们直接对光电编码器输出的脉冲信号进行计数。
当脉冲数量达到预定值时,即可得到相应的物理量数值。
这种计数方法简单直接,适用于对物理量精度要求不高的场合,如简单的位置控制系统中。
然而,由于简单计数法无法处理脉冲信号的突变和误码,其适用范围受到一定限制。
2. 相位计数法相位计数法是以脉冲信号的相位变化进行计数。
通过检测脉冲信号的相位变化,可以实现对物理量的准确计数。
相位计数法适用于对脉冲信号变化频率较高的情况,能够有效避免误码和突变信号的影响。
然而,相位计数法对于频率较低的脉冲信号则无法有效计数,因此在选用相位计数法时需谨慎考虑其适用范围。
3. 光电编码器作为位置传感器时的计数方法对于光电编码器作为位置传感器的计数方法,通常采用增量式和绝对式两种方式。
增量式计数方法是基于光电编码器输出的增量脉冲进行计数,适用于需要连续监测位置变化的应用场合,如机械运动控制系统中。
而绝对式计数方法则是直接读取光电编码器输出的位置信息,能够精确获取物理量的绝对数值,适用于对位置精度要求较高的场合。
光电编码器输出脉冲的计数方法多种多样,各有适用范围和优缺点。
在实际应用中,我们需根据具体的物理量测量需求和系统性能要求来选择合适的计数方法。
通过深入理解和灵活运用这些计数方法,我们能够更好地实现对物理量的精确测量与控制。
在本主题中,我深入研究了光电编码器输出脉冲的几种计数方法,通过对比和分析,我对其中的优缺点有了更深入的理解。
我认为在实际应用中,选择合适的计数方法需要综合考虑物理量测量需求、系统性能和可靠性要求等多方面因素,以便更好地实现精确的测量与控制。
《光电编码器输出脉冲的几种计数方法》1. 背景介绍光电编码器是一种常用的测量设备,用于测量旋转或线性运动的位置、速度和加速度。
其输出信号通常为脉冲信号,而如何准确、高效地计数这些脉冲信号成为工程和技术人员关注的焦点之一。
本文将探讨光电编码器输出脉冲的几种计数方法,并对其优缺点进行全面评估。
2. 计数方法一:基于计数器的方法在基于计数器的方法中,常用的计数器有单向计数器和双向计数器。
单向计数器适用于仅需统计脉冲信号的个数而不需要知道方向的场景,而双向计数器则可以准确地统计正负方向的脉冲信号。
这种方法简单直接,具有较高的实时性,但对信号的稳定性和频率要求较高。
3. 计数方法二:基于微处理器的方法基于微处理器的方法通过将脉冲信号输入微处理器中,通过编程实现脉冲的计数。
这种方法灵活多变,适用于复杂的计数任务,并且可以通过编程实现更多的功能,比如对脉冲信号进行滤波、脉冲宽度测量等。
然而,这种方法需要具备一定的编程技能和对硬件信号处理的理解,对技术人员的要求较高。
4. 计数方法三:基于定时器的方法基于定时器的方法是通过定时器对脉冲信号进行时间测量和计数。
这种方法准确性高,适用于对时间要求较高的场景,比如需要测量脉冲信号的频率、周期等。
然而,该方法对定时器的精度、稳定性和对脉冲信号的频率要求较高。
5. 总结与展望本文对光电编码器输出脉冲的几种计数方法进行了深入探讨和评估。
不同的计数方法各有优劣,适用于不同的场景。
在实际应用中,工程和技术人员可以根据具体的需求选择合适的计数方法,并结合实际情况进行优化和改进。
未来随着技术的不断进步和应用需求的不断拓展,光电编码器输出脉冲的计数方法也将不断创新和完善。
6. 个人观点作为文章写手,我深入了解了光电编码器输出脉冲的计数方法,并感到在实际工程中,选择合适的计数方法至关重要。
我个人倾向于基于微处理器的方法,因为其灵活多变,可以通过编程实现更多的功能,从而满足复杂的计数需求。
基于FPGA的视频编解码器的设计与开发随着数字技术的飞速发展,视频成为人们日常生活中必不可少的一部分。
视频编解码器是处理数字视频信号的重要技术,具有压缩、传输和存储等方面的重要作用。
FPGA作为新一代计算技术的代表,具有高速、低功耗、可重构等优良特性,正越来越多地应用于视频编解码器的设计与开发。
本文将围绕基于FPGA的视频编解码器的设计与开发展开讨论,并分析其应用前景。
一、视频编解码器的基本原理视频编解码器是将原始视频信号进行编码和解码处理的工具,其基本原理包括三个部分:预测编码、变换编码和熵编码。
预测编码是根据前后帧间的相关性,对当前帧的像素值进行预测和差分编码,以减小编码时的冗余度。
变换编码是通过正交变换,将空间域的像素转换为频域的系数,以提高信号的压缩效率。
熵编码是根据编码系数的概率进行进一步的压缩,通常采用哈夫曼编码等方法。
二、基于FPGA的视频编解码器的设计思路基于FPGA的视频编解码器的设计主要包括以下步骤:视频信号采集、预处理、编码、解码和输出。
其中,视频信号的采集可以通过采集卡和摄像头等设备进行;预处理包括去噪、图像增强等处理,以提高编码的质量;编码是将预处理的视频信号进行预测编码、变换编码和熵编码等处理,以获得压缩后的码流;解码是将码流进行逆向解压缩,恢复出原始的视频信号;输出是将解码后的视频信号进行处理,以实现视频播放或存储。
三、基于FPGA的视频编解码器的优势和局限基于FPGA的视频编解码器相比于传统的软件实现方式具有以下优势:一是速度更快,FPGA的并行计算能力更强,可以在实时性要求高的应用中保持稳定性;二是功耗更低,FPGA的静态功耗较低,可以降低系统的整体功耗水平;三是可重构性更强,FPGA 的硬件逻辑可以进行编程,实现对应用的灵活调整和优化。
但同时,基于FPGA的视频编解码器在实现上存在一定的局限性,主要包括以下方面:一是设计难度较大,需要具有较深厚的硬件设计和软件编程能力;二是成本相对较高,FPGA本身的成本较高,硬件加速设计也需要额外的开发成本;三是不适合应用于各种视频编解码标准和算法的实现。
基于FPGA的编码器倍频-鉴相电路
庄肖波;王歆
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2008(024)032
【摘要】光电轴角编码器,又称光电角位置传感器,是电气传动系统中用来测量电动机转速和转子位置的核心部件.文章分析光电编码器四倍频原理,提出了一种基于可编程逻辑器件FPGA对光电编码器输出信号倍频、鉴相、计数的具体方法,它对提高编码器分辨率与实现高精度、高稳定性的信号检测及位置伺服控制具有一定的现实意义.
【总页数】3页(P297-298,278)
【作者】庄肖波;王歆
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM301;TP312
【相关文献】
1.用于位置与速度反馈测量的编码器倍频鉴相电路的设计与分析 [J], 朱华炳;肖本贤
2.基于CPLD的编码器倍频鉴相计数电路设计 [J], 马志建;戴炬;张峰;张田田
3.基于FPGA的增量型光电编码器抗抖动二倍频电路设计 [J], 王俊山;程明;白小营
4.基于FPGA的旋转编码器抗抖动四倍频电路设计 [J], 陈以;于新业;黄云鹏
5.编码器倍频、鉴相电路在FPGA中的实现 [J], 张宝泉;杨世兴;赵永秀
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基于FPGA的OCT信号处理及医学图像压缩感知算法的研究的开题报告一、研究背景近年来,光学相干断层扫描技术(OCT)在医学领域得到了广泛的应用。
它是一种无创的、高分辨率的、基于反射和散射的光学成像技术,可以用于检测眼部疾病、皮肤病、肺部疾病等。
OCT使用一束光束扫描样本中的反射和散射光,利用它们返回的信号重建样本的三维图像。
由于OCT生成的信号数量庞大,信号处理和图像压缩成为了OCT技术中十分重要的问题。
Field Programmable Gate Arrays (FPGA) 是一种可编程逻辑器件,具有极高的数据并行性和实时处理能力。
在此基础上,OCT信号处理算法可以被实现,从而实现光学成像图像的快速分析和压缩。
本研究主要探究基于FPGA的OCT信号处理及医学图像压缩感知算法,以解决现有OCT技术中存在的问题。
二、研究内容本研究将基于FPGA平台开展OCT信号处理及医学图像压缩感知算法的研究。
具体包括以下内容:1. 设计OCT信号采集与处理系统,基于FPGA实现OCT的信号处理,并探究OCT信号数字滤波及图像重构算法。
2. 设计医学图像压缩算法,基于FPGA实现正交匹配追踪算法(OMP)和估计哈达玛矩阵(EHM)算法,将OCT信号进行压缩。
3. 经过实验验证,将OCT图像和压缩后的数据与传统算法进行对比,并分析其性能优劣。
三、研究意义本研究的意义在于:1. 通过基于FPGA的OCT信号处理及医学图像压缩感知算法,提高OCT技术在医学成像领域的应用效率和速度。
2. 推动基于FPGA平台的图像处理算法的研究和发展,拓展FPGA在大规模数据处理中的应用。
3. 为医学领域提供了一种更加高效和可靠的成像手段,减轻了医学工作者的负担,为人类健康事业做出贡献。
四、研究方法和思路本研究的方法和思路主要包括:1. 研究OCT信号采集和处理的基础知识,了解OCT成像原理、信号滤波算法等。
2. 设计并搭建基于FPGA的OCT信号采集和处理系统,实现信号获取、滤波、重构等过程。
文章标题:基于FPGA的伪码调相引信信号处理技术1. 引言伪码调相引信技术是一种在通信系统和雷达系统中广泛应用的信号处理技术,通过调节信号的相位来实现信号的分离、识别和处理。
在基于FPGA的系统中,采用伪码调相引信技术可以实现高效的信号处理和数据分析。
本文将深入探讨基于FPGA的伪码调相引信信号处理技术,并对其在通信系统和雷达系统中的应用进行全面评估。
2. 伪码调相引信信号处理技术概述2.1 伪码调相引信原理2.2 FPGA在信号处理中的应用2.3 伪码调相引信技术在FPGA系统中的优势3. 基于FPGA的伪码调相引信信号处理技术3.1 信号采集与预处理3.1.1 伪码调相引信信号采集3.1.2 信号预处理算法3.2 相位调控与分离3.2.1 相位调控方法3.2.2 信号分离技术3.3 数据处理与分析3.3.1 数据处理算法3.3.2 信号分析与识别4. 应用案例分析4.1 基于FPGA的通信系统中的伪码调相引信技术应用4.2 基于FPGA的雷达系统中的伪码调相引信技术应用5. 个人观点与总结5.1 对基于FPGA的伪码调相引信信号处理技术的认识与理解5.2 未来发展趋势和应用前景展望结语通过本文的探讨,我们对基于FPGA的伪码调相引信信号处理技术有了全面的了解。
在通信系统和雷达系统中,采用该技术可以实现高效的信号处理和数据分析,为系统的性能提升和功能拓展提供了有力支持。
未来,随着FPGA技术的不断发展和应用场景的拓展,基于FPGA的伪码调相引信信号处理技术将会有更广阔的发展空间和应用前景。
文章总字数:3168以上就是撰写的文章内容,希望能够满足您的要求。
6. 基于FPGA的伪码调相引信技术的优势基于FPGA的伪码调相引信技术具有许多优势,使其成为通信系统和雷达系统中的重要信号处理技术。
FPGA具有灵活的可编程性和并行处理能力,能够高效地实现复杂的信号处理算法和逻辑功能。
FPGA的硬件资源丰富,能够满足各种信号处理和数据分析的需求,同时具有低延迟和高吞吐量的特点。
《计量与测试技术》2∞1年第30'卷第1期 基于FPGA的光电编码器信号的处理方法 Study of Signal Processing Method fo,Encorder Based on FPGA
孙敬先 李长星 郑 敏 (西安石油大学电子工程学院,陕西西安,710065)
摘要:细分与辨向是光电编码器这类长度、位置、位移检测仪器中对原始信号处理的一个必需环节。本文针对光电编码器信号的特点,介绍了一种 在FPGA中基于VHDL语言的、采用RTL描述方式的细分与辨向电路的设计与实现,它对提高光电编码器分辨率与实现高精度、高稳定性的信号检测 及位置伺服控制具有一定的现实意义。 关键词:光电编码器;细分与辨向;FPGA;VHDL
0引言 光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字检测装 置,利用光电转换原理将转子的轴角信息转换为电信息, 并以数字代码输出,具有输出信号强、反差高,体积小、重 量轻,成本低,可与电子计算机的灵活配接等优点;主要 用于空间位置测量、线位移测量、角位移测量、自动控制、 速度测量等领域。在实际应用中,为了提高光电编码器的 分辨率,获取电机的实际转动方向(或工作台移动方向),提 高抗干扰能力,常对其脉冲进行四细分及辨向处理。 1在FPGA中实现细分与辨向电路的优越性 以往对光电编码器数据信号进行四倍频以及辨向处 理时,多采用由RC电路及门级电路搭建的电路板,该电 路体积大且稳定性、可靠性差、调试烦琐,而且当电阻R、 电容C等组件参数变化时,会导致脉宽发生变化或不能 产生具有稳定宽度的脉冲。此外,RC电路抗干扰能力 差,反馈部分易受外界的干扰,在实际应用中会出现丢失 脉冲现象,以至影响控制系统的精度和可靠性。 随着电子设计技术的飞速发展,现场可编程门阵列 (FPGA)的复杂程度越来越高,其所具备的功能也越来越 多,芯片也向小型化发展,逐步成为复杂数字硬件电路设 计的理想选择。FPGA既继承了ASIC的大规模、高集成 度、高可靠性的优点,又克服了普通ASIC设计周期长、投 资大、灵活性差的缺点。目前FPGA的集成度很高,可完 成极其复杂的时序和组合逻辑电路功能,适用于高速度、 高密度的高端数字逻辑电路设计领域。 VHDL作为IEEE所规范的硬件描述语言,可以描述 电路功能、信号连接关系及定时关系,它比电路原理图能 更有效地表达硬件电路的特征,具有设计安全、方法灵 活、支持广泛、语言标准规范、易于共享和复用等优点。 运用VHDL语言在FPGA中实现对光电编码器信号的四 细分与辨向的处理具有一定的优越性:一方面,克服了的 门电路、触发器的参数特性可能不完全一致的缺点,能保 证在相同转速下四细分脉冲信号的周期保持一致;另一 方面,采用VHDL语言在FPGA中以RTL描述方式实现, 设计者只需了解电路的外部特性和功能就可以正确描 述,而不需了解电路结构,使得其抗干扰能力比分离器件 有了很大提高。此外,由于其现场可编程,增强了系统的 灵活性、通用性和可靠性。 2光电编码器信号特点 光电编码器应用于角度的定位或测量时,随控制对 象发生角位移变化时通常有A、B、z三相信号输出。编 码器恒速旋转时,A相和B相输出占空比为50%的方 波。编码器每旋转一周,Z相输出一个脉冲,A相和B相 输出固定数目的脉冲(如10130个脉冲)。编码器的A相 或B相每输出一个脉冲,表示编码器旋转了一个固定的 角度。当z相输出一个脉冲时,表示编码器旋转了一周。
A广]厂]A I L__J L I L—————..... . .——j L 一一]厂———]
B l B l I l l l L
——__J L_ a b a.A信号相位超前B信号90。;b.A信号相位落的B信号90。
图1两路相差90 ̄的方波 光电编码器A相和B相的输出波形如图1所示,为 两路相位差为90。的方波。设一参考方向,假设相对位移 方向与参考方向一致时,A信号超前B信号90。,代表光 电编码器正转,如图la所示;相对位移方向与参考方向 相反时,A信号落后B信号0,代表光电编码器反转,如 图1b所示。
+PⅢ P 一P l u 一 正向位移‘反向位移 正向位移 反向位移
图2 a.正向与反向四细分信号;b.四细分信号与方向信号 光电编码器输出的两路相位差为9oo的方波信号经 孙敬先等:基于FPGA的光电编码器信号的处理方法 四细分与辨向电路处理后,一般有两种输出方式:一种是 正向四细分信号+P加反向四细分信号一P,图2a所示; 另一种是四细分信号P加方向信号D,图2b所示。选取 那种输出形式取决于后续处理对信号的要求。 3应用硬件编程VHDL语言的电路设计 当相位差为9O。的信号A和信号B在一个周期内, 两信号的电平组合状态有4组:00,0l,10,11。当A相超 前B相90。时,A,B两相信号的电平状态相对变化为o0 —10—11一O1,即sl—s2一S3一S4,如图3a所示;当A相 落后B相9o。时,A,B两相信号的电平状态相对变化为 O0_ 01一ll一1O,即S4一S3一S2一S1,如图3b所示。 S2 S3 S4 S1 S2 S3 0-*+P 0--*+P ‘ 。 。 ‘ ‘O—+一P O— 一P A I : : L +P
B 南 F 吾
a.信号超前B信号9O。 S3 S2 S1 S4 S3 S2
A ]o.I o ] B 1 0 0_1 1 B:I:l:
b.信号超前A信号90。 图3 A.B信号相差不同时状态 变化的顺序
l l
—P l『l i —P f l+P
通过图3,我们可以看出两路方波信号A和B的相 位差为90 ̄时,不会出现状态0o一11,11—0o,10—01,01 一lO之间的状态转换。组合状态00—1O一11—01转换 时,每发生一次变化,+P有相应脉冲输出,1个周期内, +P有4个脉冲输出,而一P则无相应脉冲输出,方向信 号D=1,代表光电编码器正转。组合状态0o一01—1l一 1O转换时,每发生1次变化,一P有相应脉冲输出,1个 周期内,一P有4个脉冲输出,而+P则无相应脉冲输出, 方向信号D=0,代表光电编码器反转。这样就构成了四 细分与辨向。根据状态转换,输出一P,+P的电平变化 如图4所示。 四细分辨向电路的VHDL语言描述程序部分如下: library ieee; use ieee.std—logic一1164.all; use ieee.s【d—logic—arith.all: use ieee.std.1ogic—unsigned.all; entity xf is port(elk:in std—logic; a,b:in std—logic; upan:out std—logic; pp,np:out std.1ogic; dir:out std.1ogie); end entity;
0’; 1’; 0’;
architecture rtl xfis signal state:std—logic—vector(1 downto 0); signal ab,abl:std—logic—vector(1 downto 0); signal spp,snp:std—logic; begin ul:process(ab,abl,clk) begin ab<=a&b: if clk’event and clk=’0’then
abl<=ab: end if; end process; u2:process(abl,ab,clk,state) begin if clk’event and clk=’1’then if ab1=“0o”then case state is when“10"=>state<=“00”;snp<=’l’;dir<=’
when“01"=>state<=“O0";spp<=’1’;dir<=’ when others=>state<:“O0”;spp<=’0’;snp<=’ end case; ……其他状态变化的描述原理与此相同
end if; end if; end process; updn<=spp or snp; PP<=spp: np<=snp: end rtl; 4仿真及结果分析 3 P 10 9M 9M 30 9 ns 40 9 n iII聊硎1眦I『IlfIl哪硼硼町瑚啊硼肌 哪啊哪棚mIilI『I唧删哪啪iII『iI哪mIII盯I唧硼 广—]厂—] 厂]广]厂_-1 厂]厂一 ——]广]厂] n几 n n n n 八几 几n n n n n n 几n n
n n n.几 丌n 几 n八 n n n n n几 几兀 n
图5仿真渡形图 在Quartus119.1环境下完成编码、调试后,进行编译、
仿真。仿真波形如图5所示,其中clk为时钟信号,a、b 为光电编码器输出的两路相位差为90。的方波信号,pp、 np分别为正向四细分信号和反向四细分信号,upan为四 细分信号,dir为方向信号。四细分与辨向电路设计包含 了细分与辨向电路的两种输出形式,便于信号的后续处 理。从仿真波形中可以看出,当A相信号超前B相信号