光柵傳感器接口卡設(shè)計(jì)方案

1、基于USB的光柵傳感器計(jì)數(shù)接口卡本方案采用一基于USB的光柵傳感器計(jì)數(shù)接口卡，是一種連接光柵傳感器和PC計(jì)算機(jī)的專用接口，對(duì)光柵傳感器輸出的正交方波信號(hào)進(jìn)行辨向、細(xì)分和可逆計(jì)數(shù)，并可提供絕對(duì)零位標(biāo)志和過零計(jì)數(shù)、過零保持等功能。并采用USB總線實(shí)現(xiàn)光柵傳感器信號(hào)處理電路和計(jì)算機(jī)之間的通訊。光柵尺光柵結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理計(jì)量光柵主要是利用光的透射和反射現(xiàn)象，常用于位移測(cè)量，由光源、主光柵、指示光柵、光電原件三大部分組成。直線光柵由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般安裝在機(jī)床活動(dòng)部件上，光柵讀數(shù)頭安裝在機(jī)床固定部件上。指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。測(cè)量時(shí)，把標(biāo)尺光柵與被測(cè)量對(duì)象相聯(lián)結(jié)，使之隨其一起運(yùn)

2、動(dòng)，光源通過聚光鏡后，透過標(biāo)尺光柵和指示光柵形成忽明忽暗的莫爾條紋(光信號(hào))，光敏元件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光柵尺信號(hào)光柵尺輸出兩信號(hào)：一種是相位差90的2路方波信號(hào)；另種是相位差90的2路正弦信號(hào)。本系統(tǒng)采用的光柵尺輸出兩路正交的TTL方波信號(hào)和復(fù)位信號(hào)。正交方波信號(hào)用來獲得光柵尺的位移以及運(yùn)動(dòng)方向，復(fù)位信號(hào)處在光柵尺中部，用于計(jì)數(shù)清零。如下圖所示，方波輸出的光柵尺輸出的兩路電信號(hào)A相和B相，A相信號(hào)為主信號(hào)，B相信號(hào)為副信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)周期相同，相位差90.A、B相信號(hào)每經(jīng)過一個(gè)周期的變化，光柵尺有柵距W的位移，通過對(duì)電信號(hào)脈沖周期計(jì)數(shù)，就可以測(cè)量出總位移。A、B兩個(gè)信號(hào)的超前或滯后的相位關(guān)

3、系決定了光柵尺的位移信號(hào)。增量式光柵尺： 光柵尺安裝：用橡膠條將光柵尺固定在鋁殼中，易于安裝，允許的安裝公差大材質(zhì)：精選浮法玻璃，非拋光柵距：0.01mm標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量長(zhǎng)度：50 mm至520 mm電源：+5 V 5%，最大100 mA 輸出信號(hào)：幅值為1V左右的方波信號(hào)連接方式：直接連接適當(dāng)NC系統(tǒng)或數(shù)顯裝置注：光柵尺應(yīng)適合用于惡劣環(huán)境，外殼上的密封條可有效隔離冷卻液和污染物；信號(hào)質(zhì)量對(duì)時(shí)間和溫度不敏感；支持高速運(yùn)動(dòng)。光柵尺傳感器計(jì)數(shù)接口卡USB接口模塊UFC 430硬件黑色氧化鋁外殼，可平面安裝或壁掛安裝UFC 430尺寸為200 x 100 x 25 mm（安裝面外邊界）安全等級(jí)IP 30最高

4、工作溫度+40C外部電源插座一個(gè)USB接口插座（B型）高密度版有3個(gè)15針Sub-D孔式接頭，可連接3路編碼器輸入高密度版有1個(gè)15針Sub-D針式接頭，可多連接1路IO電源外部電源+12 V (6 V - 16 V)無負(fù)載功率消耗（約1 W)5 V 5%編碼器電源最大為300 mAUSB接口USB接口，2.0版技術(shù)參數(shù)編碼器接口3路增量式信號(hào)，支持正弦或方波編碼器信號(hào)正弦信號(hào)接口1 Vpp（0.5 - 1.3 Vpp）最大200 kHz信號(hào)細(xì)分倍數(shù) 20 至 400 TTL接口（RS 422線路驅(qū)動(dòng)）最大輸入頻率500 kHz輸入為1倍頻，2倍頻或4倍頻的線路驅(qū)動(dòng)后正交方波信號(hào)每個(gè)編碼器通道

5、1路32 bit計(jì)數(shù)器帶負(fù)載和鎖存寄存器每通道 2 路開關(guān)軌信號(hào)IO接口4路TTL輸出，級(jí)聯(lián)多個(gè)UFC計(jì)數(shù)卡8路TTL輸入，用于級(jí)聯(lián)多個(gè)UFC計(jì)數(shù)卡為外部鎖存信號(hào)計(jì)數(shù)值鎖存邏輯由軟件、光柵尺參考點(diǎn)或外部信號(hào)對(duì)各通道分別異步鎖存由軟件、定時(shí)器或外部信號(hào)對(duì)多通道同步鎖存級(jí)聯(lián)多個(gè)擴(kuò)展卡輸出信號(hào)；軟件同步或定時(shí)器同步可編程計(jì)數(shù)器工作模式三個(gè)計(jì)數(shù)器通道（每個(gè)32 bits）帶一路負(fù)載和兩個(gè)鎖存寄存器實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵尺方波信號(hào)的1倍頻、2倍頻或4倍頻光柵尺方波計(jì)數(shù)帶方向事件計(jì)數(shù)器和清除輸入值集成測(cè)量脈沖寬度、頻率和速度的定時(shí)器。PC計(jì)算機(jī)總線PCI接口，5 V，32-bit，2 x 60針腳目標(biāo)接口（無源）符合

6、2.1版技術(shù)規(guī)格+5 V時(shí)電流消耗約0.5 A，不帶光柵尺光柵尺電源： +5 V或+12 V，由PCI供電（電流消耗與所用光柵尺型號(hào)有關(guān)）計(jì)數(shù)器接口（X1）9路RS 422或TTL輸入，3個(gè)方波輸出信號(hào)和參考點(diǎn)信號(hào)的光柵尺最大輸入頻率5 MHz差分信號(hào)（RS 422標(biāo)準(zhǔn)的線路驅(qū)動(dòng)器）2 MHz，信號(hào)端信號(hào)可識(shí)別邊沿間距最大至80 ns 一路TTL輸入信號(hào)連接監(jiān)測(cè)信號(hào)各光柵尺獨(dú)立供電I/O接口（X2）6路輸入（3至30 V）用于參考脈沖抑制信號(hào)或用于異步鎖存信號(hào)1路輸入（3至30 V）用于多通道同步鎖存信號(hào)一路級(jí)聯(lián)多個(gè)接口卡的輸出信號(hào)（TTL）軟件用于Windows 95/98/ME和NT的DL

7、L（動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)）用于Windows 95/98/ME的VxD驅(qū)動(dòng)程序用于Windows NT的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試和演示軟件及示例程序 機(jī)械結(jié)構(gòu)和環(huán)境尺寸（電路板）約120 x 92 mm寬 = 單槽最高允許的環(huán)境溫度+40C一個(gè)D-sub孔式接頭，25針，連接計(jì)數(shù)器輸入一個(gè)D-sub孔式接頭，9針，連接I/O信號(hào),保存計(jì)數(shù)器值 光柵尺信號(hào)處理電路該部分電路主要完成對(duì)光柵尺輸出的兩路相位差90的正弦信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波、正交解碼、計(jì)數(shù)等工作。光柵尺的輸出信號(hào)是兩路相位差90的正弦信號(hào)。根據(jù)正交解碼信號(hào)之間相位的超前與滯后關(guān)系，把正交信號(hào)轉(zhuǎn)換為另外兩路信號(hào)，分別為代表正交信號(hào)任一路脈沖數(shù)的脈沖序列以及代

8、表正交信號(hào)相位關(guān)系的控制信號(hào)。它們分別送到可逆計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端和加/減控制端。根據(jù)可逆計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可獲得測(cè)量系統(tǒng)所需要的位移等測(cè)量結(jié)果。 USB接口電路USB芯片內(nèi)部的固件指的是固化在USB控制器MCU中的程序，主要功能是負(fù)責(zé)接收和處理主機(jī)發(fā)給設(shè)備的各種請(qǐng)求，并向主機(jī)返回設(shè)備的狀態(tài)信息。 基于USB的光柵接口卡硬件：光柵信號(hào)的細(xì)分、辨向和計(jì)數(shù)等處理電路，USB接口電路?；赨SB的光柵接口卡軟件：USB芯片正常工作所需的固件程序；接口卡的驅(qū)動(dòng)程序，USB設(shè)備與PC機(jī)進(jìn)行通訊；用來測(cè)試系統(tǒng)功能的基于C+ Builder的應(yīng)用程序。GPD與應(yīng)用程序的接口對(duì)用戶來說，所有的應(yīng)用程序都是通過I/O

9、控制來訪問EZ-USB FX2 GPD的。用戶的應(yīng)用程序首先通過調(diào)用Win32函數(shù)CreatFile來取得設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的句柄。然后，用戶程序使用Win32函數(shù)DeviceIoControl函數(shù)來提交I/O控制碼。用戶只需像操作文件一樣來操作設(shè)備。在Windows中，應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)與WDM通信的過程是：應(yīng)用程序先用CreatFile函數(shù)打開設(shè)備，然后用DeviceIoControl和WDM進(jìn)行通信，包括從WDM中讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)給WDM兩種情況，也可用ReadFile從WDM中讀數(shù)據(jù)或用WriteFile寫數(shù)據(jù)給WDM。當(dāng)應(yīng)用程序退出時(shí)，用CloseHandle關(guān)閉設(shè)備。這將產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于此設(shè)備對(duì)象的相應(yīng)IRP。