FPGA的光電編碼器測軸轉物體轉速名目TOC\o“1-2“\h\z\u\l“_TOC_250013“一、試驗目的 1\l“_TOC_250012“二、傳感器介紹 1\l“_TOC_250011“三、系統整體設計方案 2\l“_TOC_250010“四、驅動步進電機模塊 2\l“_TOC_250009“脈沖生成模塊 2\l“_TOC_250008“電機驅動模塊 3\l“_TOC_250007“五、光電編碼器將物理量轉化為電量模塊 4\l“_TOC_250006“六、脈沖信號處理與數碼管顯示模塊 6\l“_TOC_250005“設計原理 6\l“_TOC_250004“FPGA數字頻率計系統框圖 6\l“_TOC_250003“七、測量與分析數據 7\l“_TOC_250002“測量步進電機的頻率 7\l“_TOC_250001“傳感器各個指標分析 8\l“_TOC_250000“八、總結與展望 9名目FPGA的光電編碼器測軸轉物體轉速一、試驗目的FPGA轉速這個物理量轉化為電量，再通過現場可編輯門陣列〔FPGA〕的實現的硬件分析傳感器各共性能指標與誤差。FPGA電源、穩壓模塊模塊等。二、傳感器介紹設計的光電編碼器；這種光電編碼器每轉100360°/100，在3.6°左右，可以滿足一般的使用。它的主要特點是：構造簡潔、制作簡潔、本錢低、牢靠耐用、單片機掌握、輸出敏捷，可使用在低本錢的機電設備中。碼盤參數：

圖1 光電編碼器照片1“智能化傳感器”課程設計——基于FPGA的光電編碼器測軸轉物體轉速線數：100線；外直徑：22mm3.5mm厚度：0.3mm材料：合金鋼；5v；輸出脈沖高電平：5v三、系統整體設計方案驅動步進電機轉動模塊光電編碼器將物理量轉化為電量模塊FPGA數據處理與數碼管顯示驅動步進電機轉動模塊光電編碼器將物理量轉化為電量模塊FPGA數據處理與數碼管顯示四、驅動步進電機模塊LCD顯示

脈沖生成模塊單片機 按鍵驅動 步進電機轉動模塊電機電源 電機驅動

光電編碼器脈沖生成模塊1、頻率生成電機需要的頻率是通過單片機定時器對IO口電平置高置低生成的，通過對2“智能化傳感器”課程設計——基于FPGA的光電編碼器測軸轉物體轉速定時器的延時，每次定時時間到了IO口就會轉變電平，從而生成所要的是脈沖頻率。電機在0~1200HZ時電機可以直接啟動，超過1200HZ時電機需要逐步加速，逐步啟動，本設計是用直接啟動的方法，頻率掌握在0~1200HZ。每次增加1000HZ。本設計是利用按鍵觸發單片機的外部脈沖，每次當按鍵按下的時候外部脈沖檢測到信號，然后頻率依次相加。2、液晶顯示在單片機的人機溝通界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發光管、LED數碼管、液晶顯示器。發光管和LED數碼管比較常用，軟硬件都比較簡潔，本1602液晶屏把單片機生成的頻率和電機所轉的圈數，顯示在上面。在鍵盤中按鍵數量較多時，為了削減I/O在鍵盤中按鍵數量較多時，為了削減I/O矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在穿插處不直接連通，〔P1口就可以構成4*4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數越多，區分越明顯，比方再多加一條線就可以構成 20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵〔9鍵。由此可見，在需要的鍵數比較多時，承受矩陣法來做鍵只需要用到兩個鍵所以說本設計的按鍵承受矩陣按鍵。電機驅動模塊1、電機42系列兩相步進電機，步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執設定的方向轉動一個固定的角度〔及步進角。可以通過掌握脈沖個數來掌握角的速度和加速度，從而到達調速的目的。2、電源大都是溝通電壓，當溝通供電電壓的電壓或輸出負載電阻變化時，穩壓器的直接輸出電壓都能保持穩定。穩壓器的參數有電壓穩定度、紋波系數和3“智能化傳感器”課程設計——基于FPGA的光電編碼器測軸轉物體轉速經整流、濾波，獲得不穩定的直流電源，再經穩壓電路得到穩定電壓 (或電流)。3、驅動電路驅動是集成的。SM-202A細分驅動器承受美國高性能專用微步距電腦掌握芯片,細分數可依據用戶需求特地設計,開放式微電腦可依據用戶要求把掌握功能設計到驅動器中,組成最小掌握系統。該掌握器適合驅動中小型的任何兩相或四,振動小,噪聲低,運行平穩。五、光電編碼器將物理量轉化為電量模塊兩側，如圖圖2 光電編碼器與步進電機用示波器測得輸出波形A、B為標準正玄波且正交，如下圖4“智能化傳感器”課程設計——基于FPGA的光電編碼器測軸轉物體轉速圖3 光電編碼器輸出波形5vFPGA引腳的接入最AMS1117系列穩壓芯片，如下圖：圖4 5v轉3.3v電壓轉換模塊5“智能化傳感器”課程設計——基于FPGA的光電編碼器測軸轉物體轉速六、脈沖信號處理與數碼管顯示模塊〔FPGA〕測量并顯示傳感器產生的脈沖頻率。設計原理測定信號的頻率必需有一個脈寬為1秒的對輸入信號脈沖計數允許的信號〔以下均以“閘門”代替；1秒計數完畢后，計數值鎖入鎖存器的鎖存信號和為下一測頻計數周期作預備的計數器清00信號可以由一個測頻掌握(TESTCTL)產生，它的設計要求是，TESTCTL的計數使能信號CNT_EN能產生一個1秒脈寬的周期信號，并對頻率計的每一計數器CNT10的LOAD的上1一清零信號RST_CNT對計數器進展清零，為下1秒鐘的計數操作作預備。最終將每位的鎖存信號輸入數碼顯示模塊，顯示最終頻率。光電編碼器生成的輸入脈沖閘門計數器鎖存器數碼管動態顯光電編碼器生成的輸入脈沖閘門計數器鎖存器數碼管動態顯示FPGAFPGA系統時鐘〔50Mhz〕掌握信號發生器〔TESTCTL〕quartusII軟件上設計的頂層文件原理圖如下圖：6FPGA的光電編碼器測軸轉物體轉速圖5 FPGA頻率計原理圖頂層文件將頻率計輸入端接入示波器供給的1Khz標準頻率，數碼管顯示為998，誤0.2%七、測量與分析數據測量步進電機的頻率FPGA試驗板，記錄測的頻率，并與預設數值頻率比照，如下：FPGA顯示測步進電機預設對應預設轉動對應測得電機對應測得角速得脈沖頻率轉動頻〔hz〕角速度〔°/s〕 轉動頻〔hz〕 度〔°/s〕〔hz〕000000.50180600.60216.01.003601151.15414.01.505401861.86669.6...............6.0021606746.742426.48.0028808938.933214.810.00360011220 12.20預設值與測量結果43927“智能化傳感器”課程設計——基于FPGA的光電編碼器測軸轉物體轉速傳感器各個指標分析1、精度：0.01hz.2、零點與量程：4位，而且后兩位為小數局部，所以最99.99hz。但由于步進電機的驅動限制，只能10.00hz,0.00hz10.00hz3、誤差分析：5%10%，誤差偏大，產生如此大的誤差緣由有三方面：A、單片機驅動步進電機時產生肯定的誤差。的震驚或光電編碼器位置稍有傾斜，影響光電編碼器產生脈沖。C、FPGA0.5%，影響不大而且無法避開。4、外部環境對傳感器的影響4321-40 -20 0 20 40 60 80T(°C)可見在光敏三極管產生的光電流在-40°C—80°C范圍內變化范圍為1mA—2.3mA，不會因溫度過低或過高影響傳感器的工作。因此傳感器不受溫度8“智能化傳感器”課程設計——基于FPGA的光電編碼器測軸轉物體轉速承受到紅外線。八、總結與展望本課程設計經2023年10FPGA測得數據。最終的誤差處理、性能分析等由兩個人共同完成。FPGA測頻電8888verilog代，逐個排解問題，最終查出問題消滅在兩個地方：12