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基于FPGA的高分辨率磁编码器研究

【摘要】:磁编码器是一种采用磁电方法将轴的机械转角转换成数字或模拟电讯号输出的传感器件。利用它可以实现角度、直线位移、转速以及其它模拟物理量的测量。分辨率是磁编码器性能指标的核心,因此提高磁编码器的分辨率已经成为近年来研究的重点。 本文对近年兴起的正余弦磁编码器进行研究,信号发生部分采用雷尼绍的集成芯片AM4096实现,将硬件和软件结合起来,对其内部信号和输出信号进行处理。内部信号处理:通过旋转的两极磁场获得一对正交的携带转子位置信息的电压信号,利用A/D转换器对模拟信号的数据进行采样和转换,使用基于CORDIC算法流水线结构设计的反正切函数模块解算出偏转角,在FPGA的软件开发环境Quartus II9.0下用Verilog HDL实现算法的仿真,并以正余弦波形输出信号,实现信号的解码。输出信号处理:解码后的磁编码器输出的正余弦信号可以进一步倍频,用比较简单的硬件电路就可以实现信号的细分,设置一个参考电压,编码器正余弦信号经过电压比较器,当输入电压大于参考电压时,电压比较器输出高电平,反之,电压比较器输出低电平,每经过一个参考电压,比较器便输出一个计数脉冲。选择不同的参考电压,比较器便输出不同的计数脉冲,达到信号进一步细分的目的。实验结果表明,内部信号处理部分使磁编码器的分辨率达到12位(4096p/r),输出信号经过处理后达到了12倍频。经过内部信号和输出信号的处理,分辨率可以达到49152p/r,达到了本设计的要求。

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