FPGA实现光电编码器接口设计在伺服控制系统中的应用

"基于FPGA的光电编码器接口设计-张驰" 本文主要介绍了基于FPGA的光电编码器接口设计，特别是在导弹舵机伺服控制系统中的应用。光电编码器因其高精度、小巧、快速响应以及良好的抗干扰能力，在国防、科研和工业自动化领域中广泛应用。在系统设计中，使用了Altera公司的EP3C40F484I7 FPGA，通过Verilog语言实现了与DSP通信的编码器计数器接口，该接口具备数字滤波、方向鉴别、双向计数和复位功能。 1. 光电编码器原理 光电编码器主要分为增量式和绝对式两种。增量式编码器输出两个相位相差90°的方波信号A、B和一个基准点定位脉冲I，通过脉冲数量和相位关系判断转动角度和方向。当A相超前B相90°时，编码器正转；反之，反转。I脉冲表示编码器旋转一周。由于转速不固定，脉冲周期难以预知，但A、B相位关系在每个周期内是确定的。 2. FPGA设计 在本文中，选用的是MAXON公司的MR型编码器，每转脉冲数为500个。舵机的舵偏角范围是±30°，速比为125。由于编码器每转产生的计数变化是四次，因此旋转一圈计数器应增加2000。当舵偏角变化时，计数值最大可达41667。考虑到FPGA与DSP间16位数据线，最大数值为65536，因此需要设计适当的计数策略来适应这一范围。 3. FPGA接口实现 FPGA接口设计包括以下几个关键部分： - 数字滤波：滤除编码器信号中的噪声，提高信号的准确性。 - 方向鉴别：根据A、B两相的相位关系判断编码器的转动方向。 - 双向计数：在正转和反转时都能准确计数。 - 复位功能：确保在特定条件下（如系统启动或故障恢复）能重置计数器。 总结来说，该设计通过FPGA实现了对光电编码器信号的有效处理，确保了在导弹舵机伺服控制系统中的精确位置检测和控制，展示了FPGA在高速实时信号处理方面的优势。同时，设计考虑了实际硬件限制，确保了接口与DSP的兼容性。这样的设计思路可以推广到其他需要精确位置控制的自动化系统中。