基于单片机与FPGA的磁芯位移精确测量装置设计

"单片机与DSP中的基于单片机和FPGA的位移测量装置的设计" 本文主要讨论的是一种基于单片机和FPGA的位移测量装置，它利用电感式传感器来检测磁芯的位移。这种装置的核心是通过微控制器（单片机）和现场可编程门阵列（FPGA）进行控制，结合直接数字频率合成（DDS）技术，以实现高精度的位移测量。 首先，DDS被用于产生正弦信号，该信号经过差分放大器放大，然后通过差动变压器进行耦合。差动耦合能够增强信号的抗干扰能力，并提高测量的准确性和稳定性。两路输出信号经过放大和整流处理后，数据被采集并进行进一步的计算和处理。该装置可以测量-20到20毫米的位移范围，最大绝对误差不超过0.5毫米，表现出良好的精度。此外，对于-10到10毫米的测量范围，误差被限制在2毫米以内。为了实现精确的磁棒位移控制，系统采用了直流电机，确保位移绝对误差小于0.5毫米。人机交互界面采用液晶显示器和按键设计，使得操作更为简便。 该位移测量装置还考虑了系统的稳定性，采取了多种抗干扰措施，以适应各种可能的工业环境。位移传感器在工业和控制领域中具有广泛的应用，例如在过程监控、物理测量和自动化控制等场景。然而，传统传感器的精度限制了其应用潜力。通过采用单片机和FPGA相结合的方式，该设计提高了测量的精度和线性度，能够在恶劣环境下稳定工作，提供了高精度测量的解决方案。 系统的设计包括几个关键部分：信号产生部分，使用DDS生成所需的正弦信号；差分放大部分，用THS4503放大信号；变压器耦合部分，将信号传递给差动变压器；信号处理部分，包括放大、整流和滤波；数据采样部分，使用MAXl97进行采样；以及处理和显示部分，处理后的数据在LCD上显示。 理论分析涵盖了DDS信号产生的原理，其中相位累加器是DDS的关键组件，其位数和系统时钟频率决定了输出信号的频率分辨率和频率范围。此外，系统设计还涉及到信号处理算法，包括数据的滤波和误差校正，以提高测量结果的准确性。 这个基于单片机和FPGA的位移测量装置通过巧妙的硬件设计和软件算法，实现了高精度、高稳定性的磁芯位移测量，对于需要精确位移监测的工业应用具有很高的实用价值。