3种脉冲计数检测电路的设计与分析.pdfVIP

第 31卷第 4期 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 V01．31No．4 2010年 8月 JournalofNorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower Aug．2010 文章编号 ：1002—5634(2010)04—0076—04 3种脉冲计数检测 电路的设计与分析 王亭岭 ，‘熊军华 (1．华北水利水 电学院，河南 郑州 450011；2．北京航空航天大学 ，北京 100191) 摘 要 ：为实时在线测量 电力线 的线径 ，设计 了3种基于光栅位移传感器 的脉冲计数 电路 ，其控制核心分别采 用 8051系列芯片 STC12C5A60S2，FPGA芯片 EP1C3和 16位定点 DSP芯片 TMS320F2407，对 比分析 了不 同方 案下的控制效果 ．实验结果表明：基于FPGA的脉冲计数方法和基于 DSP的脉冲计数方法的外围电路简单 ，精 度高，抗干扰能力强，但开发成本较高，基于FPGA的脉冲计数方法侧重于硬件设计，需要掌握VHDL语言；基 于DSP的脉冲计数方法需要掌握DSP芯片复杂的内部结构及开发流程，注重于算法的实现． 关键词 ：脉冲计数 ；8051／STC12C5A60S2；FPGA／EP1C3；DSP／TMS320F2407；QEP电路 中图分类号 ：TP212 文献标识码 ：A 在现代测控技术领域中，光栅位移传感器在位 1 基于8051的脉冲电路设计 置检测技术领域得到广泛应用 ，它具有测量精度高、 抗干扰能力强、分辨力高、灵敏度高等优点．在设计 为了提高光栅位移传感器的分辨力 ，可以采用 位置检测系统时，以光栅传感器作为敏感元件 ，配以 增加刻线密度的方法来减小栅距 ，但这种方法受制 相应的测量装置 、信号处理电路 以及计算机系统 ，能 造工艺或成本的限制．采用细分技术，可在不增加刻 够对位移、速度、空间位置等物理量进行 自动化测量 线数的情况下提高光栅 的分辨力．在光栅每移动 1 与控制． 个栅距 ，莫尔条纹变化 1周时，输出均匀分布的 ／,／个 光栅位移传感器的工作原理是把光栅常数相等 脉冲 ，从而使分辨率提高了n倍．如今广泛采用的是 的主光栅和指示光栅相对叠合在一起使2栅线之间 四分频 ，其输 出的两路信号是正交 的，即相位差 保持很小 的夹角 ，在刻线重合处 ，光从缝隙透过形成 90。．实验选用的光栅尺为透射式幅值光栅 ，输 出为 亮带 ，在刻线错开处 ，由于相互挡光作用而形成暗 正交 的A，曰两路方波信号，光栅尺 的分辨率为 带．明带、暗带正好形成莫尔条纹．当 2光栅在栅线 5LLm． 垂直方向相对移动 1个栅距时 ，莫尔条纹则在栅线 脉冲计数电路 由8051微控制器和四倍频辨 向 方向移动 1个莫尔条纹 间距．莫尔条纹信号通过光 计数电路组成．8051微控制器选用 STC公司生产的 电接收器件把光信号转换成电信号，通过细分或整 STC12C5A60S2芯片．该芯片的特点是 ：增强型 8051 形处理得到相应电脉冲信号 ，通过对脉冲信号计数 内核 ；1个机器周期等于 1个时钟周期 ，速度 比普通 可以间接得出相对位移…． 的8051快 12倍 ；片上集成 1280字节的 RAM；用户 笔者 以高压杆塔上的电力线为研究对象 ，利用 应用程序 空间为 8k～62k；支持 ISP／IAP(可系统编 不同方法设计 的测径仪实时在线测量 电力线的线 程 ／可应用编程)功 能 ；2通道捕 获／比