【正文】 其次要感謝宋寶老師、馬澤龍師兄和楊義勇師兄在課題的實(shí)驗(yàn)方案以及硬件、軟件的設(shè)計(jì)中給予的寶貴意見；感謝實(shí)驗(yàn)室的師兄在平時(shí)給予了無私的幫助和支持。本文研究的省線式編碼器串行總線接口裝置要完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有大量的、細(xì)致的工作要做，如電路的優(yōu)化、軟件的優(yōu)化以及一些不可預(yù)見的新問題，這些都需要作進(jìn)一步深入的研究。軟件設(shè)計(jì)上采用VHDL硬件描述和原理圖進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì)。本文的研究工作就是針對數(shù)控機(jī)床高速高精加工這一特定領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了省線式編碼器與數(shù)控伺服控制系統(tǒng)之間的串行總線接口。因此，該模塊符合設(shè)計(jì)要求。[16]，當(dāng)手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)時(shí)，將示波器兩個(gè)通道的探針分別接到DB25的AB信號接口上。 省線式編碼器串行總線接口裝置實(shí)物圖正面反面 測試結(jié)果在對省線式編碼器串行總線接口裝置的整個(gè)硬件焊接、軟件編程與仿真調(diào)試完畢之后，將裝置連接到華大伺服電機(jī)編碼器接口上進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)。139。 CRC = ( CRC( 3 downto 0) amp。 pos_temp = (39。 end if。039。 when others = pos_temp = ( others = 39。039。 if (count=000111) then pr_state=state3。039。為了簡單，也不具有參數(shù)設(shè)置的功能。EnDat ，每個(gè)都以CRC結(jié)束。編碼器成功計(jì)算絕對位置值后，從起始位開始由編碼器向后續(xù)電子設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。 end process。139。) then count=count+1。039。end controller。use 。A信號相位提前于B信號90176。 編碼器輸出信號[13] 四倍頻及辨向原理圖，cp為晶振產(chǎn)生的全局時(shí)鐘八分頻，7474是帶置位和復(fù)位的正觸發(fā)的雙D觸發(fā)器，74153是雙4選1數(shù)據(jù)選擇器[14]。 四倍頻辨向模塊設(shè)計(jì) 為了提高測量分辨率，對編碼器輸出信號進(jìn)行細(xì)分是必要環(huán)節(jié)。VHDL誕生于1982年。③布局布線將綜合得到的網(wǎng)表在具體的FPGA器件上實(shí)現(xiàn)；Quartus Ⅱ中的布局布線包括 分析布局布線、優(yōu)化布局布線、增量布局布線④時(shí)序分析允許用戶分析設(shè)計(jì)中所有邏輯的時(shí)序性能，并協(xié)助引導(dǎo)布局布線滿足設(shè)計(jì)中的時(shí)序要求；時(shí)序分析的內(nèi)容包括：建立時(shí)間、保持時(shí)間、時(shí)鐘至輸出延時(shí)、最大時(shí)鐘頻率等； Quartus Ⅱ的時(shí)序收斂工具包括Timing closure floorplan logiclock editor。 QuartusⅡ編程環(huán)境的設(shè)計(jì)流程 Quartus Ⅱ 設(shè)計(jì)流程[11] Quartus Ⅱ 。CLK_DEN/CLK_REN和DATA_DEN/DATA_REN信號為FPGA輸出的收發(fā)控制信號。由圖可知，負(fù)載電阻被直接跨接于三極管的集電極與電源之間，而位于三極管主電流的回路上，輸入控制電壓控制三極管開關(guān)的開啟與閉合動(dòng)作，當(dāng)三極管呈開啟狀態(tài)時(shí)，負(fù)載電流便被阻斷。AP1510提供低紋波電源，具有效率高、體積小、輸出寬、瞬態(tài)特性好等特點(diǎn)。 JTAG配置接口通過JTAG配置接口，在Quartus II軟件使用SignalTap II邏輯分析儀和SignalProbe功能可以分析內(nèi)部器件節(jié)點(diǎn)和I/O引腳，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試。 II器件。以硬件描述語言（Verilog hdl 或 VHDL）所完成的電路設(shè)計(jì)，可以經(jīng)過簡單的綜合與布局，快速的燒錄至 FPGA 上進(jìn)行測試，是現(xiàn)代 IC 設(shè)計(jì)驗(yàn)證的技術(shù)主流。差分輸入信號。Endat接口具有高性能低成本的特點(diǎn)，它是一個(gè)通用的接口，適用于所用的增量和絕對式編碼器，具有更經(jīng)濟(jì)的電能消耗、小的尺寸和緊湊的連接方式，快速系統(tǒng)配置，零點(diǎn)可根據(jù)偏置值浮動(dòng)。增量式編碼器的數(shù)據(jù)傳輸多以并行傳輸為主，而絕對式編碼器的數(shù)據(jù)輸出多以同步串行傳輸方式為主。電子細(xì)分方法又可分為鑒幅細(xì)分和鑒相細(xì)分兩種。 編碼器信號的細(xì)分技術(shù)隨著數(shù)控機(jī)床對角度和長度進(jìn)行高精度檢測的需要，人們對光電編碼器的分辨率和精度，提出了越來越高的要求。絕對式光電編碼器與增量式光電編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對光電編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。增量式光電編碼器的優(yōu)點(diǎn)是：原理構(gòu)造簡單、易于實(shí)現(xiàn)；機(jī)械平均壽命長，可達(dá)到幾萬小時(shí)以上；分辨率高；抗干擾能力較強(qiáng)，信號傳輸距離較長，可靠性較高。電度角的近似于正弦波的電信號，電信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的信號處理，可以得到被測軸的轉(zhuǎn)角或速度信息。按編碼器運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方式來分，可以分為旋轉(zhuǎn)式和直線式兩種。旋轉(zhuǎn)變壓器，感應(yīng)同步器是基于電磁感應(yīng)原理的模擬式位置傳感器 它們的優(yōu)點(diǎn)是可靠性和精度都比較好。第四章介紹了省線式編碼器串行總線接口裝置的軟件設(shè)計(jì)，主要是各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思路和部分代碼，以及仿真結(jié)果。采用現(xiàn)場總線的數(shù)字化控制接口是全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)高速、高精控制的必要條件。 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢伴隨著伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來發(fā)展了多種伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)。IPM一般使用IGBT作為功率開關(guān)元件，內(nèi)藏電流傳感器及驅(qū)動(dòng)電路的集成結(jié)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按有無位置檢測反饋裝置分為開環(huán)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和閉環(huán)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；按驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型可分為步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、直流電機(jī)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交流進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和直線電機(jī)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。據(jù)不同的功能需求，將基本模塊做成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。一個(gè)完善的網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)是集加工制造、生產(chǎn)管理、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)控制為一體的，具有開放式體系結(jié)構(gòu)的集成化制造控制和生產(chǎn)管理系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)性應(yīng)體現(xiàn)為系統(tǒng)對不同軟、硬件平臺(tái)的可移植性、系統(tǒng)功能的可伸縮性、系統(tǒng)功能模塊的可替代性和功能模塊間的互操作性，這表明開放式的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)構(gòu)筑于一個(gè)開放的平臺(tái)之上，并具有模塊化的組織結(jié)構(gòu)，允許用戶對功能模塊進(jìn)行選配、更改和擴(kuò)展以迅速滿足不同的應(yīng)用需求，且給功能模塊可來源于不同的供應(yīng)商并相互兼容。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度和位置。 ①操作面板 操作面板是操作人員與數(shù)控機(jī)床進(jìn)行交互的工具。 數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)的簡稱，它根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。但是我國高檔數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平、整體質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距[1]。關(guān)鍵詞：交流伺服系統(tǒng)，省線式編碼器，F(xiàn)PGA，II重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACTABSTRACTArounding the alldigital AC servo system,the position of the servo drive system is discussed,the current situation and the developing trend for the study of the CNC system and servo drive system are analyzed in this focuses on the position feedback servo system deviceencoder.This paper focuses on the serial bus interface between the multiplexed data line encode and CNC servo systems,on the basis of research results at home and paper focuses on the serial bus interface between the multiplexed data line encode and CNC servo systems,on the basis of research results at home and use the FPGA chip of Altera Corporation and optical encoder interface technology to design the multiplexed data line encode serial bus interface device. The device consists of hardware and consists of the encoder input interface module, FPGA module, encoder power control module and output mainly consists of the following parts:fourfoldfrequency directionjudgement module, encoder power control module and protocol module. After welding the circuit board,programming,debugging and downloading the software,the device can accurately read the output position signal of the multiplexed data line encode,and realize the functions of four frequency, identifying the direction, counting, and protocol outputing with the FPGA encoder signals are also fed to the AC servo control system successfully by the device,it constitutes a plete position and velocity feedback loop of control system.Key words：AC servo system, multiplexed data line encode,FPGA, protocol重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論目 錄摘 要 IABSTRACT II1 緒論 1 課題研究背景和意義 1 數(shù)控系統(tǒng)簡介 1 數(shù)控系統(tǒng)的組成 2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 3 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡介 5 交流伺服系統(tǒng)組成 5 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 6 本論文主要內(nèi)容 72 編碼器及其接口技術(shù) 8 光電編碼器 8 增量式光電編碼器 9 絕對式光電編碼器 10 省線式編碼器 11 編碼器信號的細(xì)分技術(shù) 11 編碼器接口技術(shù) 123 省線式編碼器串行總線接口裝置硬件設(shè)計(jì) 14 硬件總體結(jié)構(gòu) 14 主要電路模塊設(shè)計(jì) 14 編碼器接口電路設(shè)計(jì) 14 FPGA模塊電路設(shè)計(jì) 15 編碼器上電控制模塊設(shè)計(jì) 18 184 省線式編碼器串行總線接口裝置軟件設(shè)計(jì) 20 系統(tǒng)軟件編程環(huán)境介紹 20 QuartusⅡ編程環(huán)境介紹 20 QuartusⅡ編程環(huán)境的設(shè)計(jì)流程 21 硬件描述語言簡介 22 軟件總體框圖 22 軟件主要模塊設(shè)計(jì) 23 FPGA軟件頂層圖 23 四倍頻辨向模塊設(shè)計(jì) 23 上電控制模塊設(shè)計(jì) 25 275 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 31 裝置實(shí)物圖 31 測試結(jié)果 326 總結(jié)與研究展望 35 全文總結(jié) 35 研究展望 35參考文獻(xiàn) 37致謝 38 IV1 緒論 課題研究背景和意義自上世紀(jì)七十年代以來,隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、電機(jī)技術(shù)以及控制理論等技術(shù)的飛速發(fā)展，以交流伺服電機(jī)為控制對象的交流伺服系統(tǒng)逐漸取代直流伺服系統(tǒng)，在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、大規(guī)模集成電