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塑性敏感元件高度自动测量仪研制+文献综述(6)
3.1.1 滤波电路
GWC020-2型光栅位移传感器的输出信号稳定,抗干扰能力强。通过示波器显示,传感器输出信号稳定,考虑到测量环境的复杂,为了降低高频干扰的影响,提高系统的信噪比,可以对信号进行简单的低通滤波。滤波电路采用最简单的RC滤波电路即可,滤波电路图如图3.1所示。
图 3.1 滤波电路
信号从Vin端输入,经过滤波电路,低频ω小,容抗1/ωc比电阻R大,则此时由电容上得到的分压比较大。高频ω大,容抗1/ωc比电阻R小,此时电容上得到的分压小。所以,低通滤波电路的输出是在电容上的电压低频信号允许通过,高频信号被衰减。低通滤波电路的输出是在电容上的电压,低频分压大而高频分压小,从而完成了滤波的作用,信号从Vout输出。
3.1.2 整形电路
整形电路选用电压比较器LM339进行整形,LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器,该电压比较器的特点是:失调电压小,典型值为2mV;电源电压范围宽,单电源为2-36V,双电源电压为±1V-±18V;对比较信号源的内阻限制较宽;共模范围很大,为0~(Ucc-1.5V)Vo;差动输入电压范围较大,大到可以等于电源电压;输出端电位可灵活方便地选用。LM339集成块采用C-14型封装,图3.2为外型及管脚排列图。
图3.2 LM339外型及管脚排列图
由于光栅位移传感器的输出信号只有两路,因此只需用到LM339内部4个电压比较器中的两个。一路比较电路如图3.3所示。
图3.3 整形电路
3脚接电源,12脚接地,5脚接输入信号,与4脚接地端比较,由于输出信号为0~5V的交流正弦信号,可将比较电压设为2.5V。用10K的电阻分压,当大于2.5V时输出高电平,小于2.5V时输出低电平,从而整形成方波,2脚是输出端。
3.2 CPLD处理模块
信号的细分有利于提高测量精度,目前光栅位移传感器细分方法有两类,一类是电子细分方法,如矢量运算细分法、移相电阻链细分法、幅度分割式细分法、载波调制细分法、锁相倍频细分法等[9]。电子细分方法是用硬件电路来处理光电转换后的信号,其处理速度快。另一类是软件细分法,即用软件编程替代电子硬件细分。
本系统采用了基于CPLD的软件细分法,有效地利用了CPLD强大的数字信号存储和处理的功能,完全满足了系统计数速度的要求,并在CPLD中添加了软件辨向功能,降低了成本,提高了系统的精度,增强了系统的灵活性,简化了硬件结构,同时保证了位移测量的准确性。
本系统采用了Altera公司的CPLD芯片EMP240T100C5,该芯片基于先进的MAX II架构的CPLD器件,如表3.1所示。具有低成本、上电即用、非易失、内部采用LUT(查找表)结构,内含FLASH、功耗小、可靠性高等特点,主要功能如表3.2所示。
表3.1 MAX II特性简介
特性 说明
成本优化体系结构 Altera 的MAX II器件具有新的CPLD体系结构,打破了典型CPLD的成本、容量和功耗限制。
低功耗 MAX II CPLD具有CPLD业界最低的动态功耗,只有以前MAX CPLD的十分之一。
用户闪存 MAX II器件提供8 Kbits用户可访问Flash存储器,可用于片内串行或并行非易失存储。
实时在系统可编程(ISP) MAX II 器件支持用户在器件工作时对闪存配置进行更新。
I/O能力 MAX II 器件支持多种单端 I/O 接口标准,例如 LVTTL 、LVCMOS 和 PCI。
封装支持 TQFP 、1.0-mm 间距FBGA 和 0.5-mm 间距MBGA (1),(2),(3)
并行Flash加载 MAX II 器件含有 JTAG 模块,可以利用并行 Flash 加载宏功能来配置非 JTAG 兼容器件,例如分立闪存器件等。
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