基于FPGA的多路光柵信號(hào)采集方案

　　2 光柵信號(hào)預(yù)處理

　　光柵位移傳感器輸出為兩路相位相差90°的方波信號(hào)，如圖4所示，正常情況下可以通過兩路波形的上升、下降沿的個(gè)數(shù)來計(jì)量位移的實(shí)際變化;并由兩路信號(hào)的瞬時(shí)相位變化得出位移的移動(dòng)方向。但由于本方案使用循環(huán)采樣的方法，使得某路光柵信號(hào)只有14 被采集到，故需通過相關(guān)方法還原原始信號(hào)。

　　這里采用通過濾波引入臨時(shí)信號(hào)的方法，將采集信號(hào)通過時(shí)鐘延時(shí)將采樣波形保持為采樣值四個(gè)時(shí)鐘周期，生成類似于原始信號(hào)的臨時(shí)信號(hào)，如圖5所示。

　　濾波的作用是消除毛刺等噪聲對(duì)采樣信號(hào)產(chǎn)生的影響，常規(guī)的濾波方法為通過對(duì)若干個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)信號(hào)的判斷來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)幾個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)信號(hào)的值并未發(fā)生跳轉(zhuǎn)時(shí)，認(rèn)為信號(hào)值為真實(shí)值，可以作為進(jìn)一步處理的臨時(shí)信號(hào)，如圖6所示。可以看出臨時(shí)信號(hào)僅僅比原始波形信號(hào)滯后了若干時(shí)間(該滯后時(shí)間所對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘周期數(shù)小于串行采樣數(shù)，此處串行采樣數(shù)為4)，這樣可以基本準(zhǔn)確地還原原始的波形，細(xì)分辨向計(jì)數(shù)等操作基于該臨時(shí)信號(hào)，當(dāng)信號(hào)周期遠(yuǎn)大于時(shí)鐘周期，即光柵信號(hào)變化緩慢時(shí)，對(duì)采樣的精度基本沒有影響。

　　3 多路光柵信號(hào)并行采集

　　對(duì)8 路光柵信號(hào)按上述方法進(jìn)行處理，如圖7 所示。在圖中所示范圍內(nèi)，傳感器1~4產(chǎn)生以下信號(hào)：增加18、減少11、先減1再加14、減少13.

　　觀察圖中A、B兩處的計(jì)數(shù)，如圖8所示。A處傳感器1~4的初始值為64，0，8，4，B處可見傳感器1~4的計(jì)數(shù)值為82，-11，21，-9.與產(chǎn)生的脈沖信號(hào)完全符合，說明實(shí)現(xiàn)了正確的數(shù)據(jù)采集。

　　4 結(jié)論

　　本方案適用于低速且輸入較多的數(shù)據(jù)采集裝置，對(duì)于高速信號(hào)，信號(hào)周期與時(shí)鐘周期相差倍數(shù)較小時(shí)，此法會(huì)造成有效信號(hào)的損失，并不適用。當(dāng)信號(hào)周期遠(yuǎn)大于時(shí)鐘周期時(shí)(Ts 》 20Tclk )，引入的臨時(shí)信號(hào)僅僅比原始信號(hào)滯后幾個(gè)時(shí)鐘周期(該滯后小于并行采樣數(shù)乘以時(shí)鐘周期)，整體上可以比較好地還原初始波形。同時(shí)，臨時(shí)信號(hào)還能有效消除一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的部分波形抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的低速多輸入數(shù)據(jù)采集。