光柵傳感器接口卡設(shè)計方案

1、基于USB的光柵傳感器計數(shù)接口卡本方案采用一基于USB的光柵傳感器計數(shù)接口卡，是一種連接光柵傳感器和PC計算機的專用接口，對光柵傳感器輸出的正交方波信號進行辨向、細分和可逆計數(shù)，并可提供絕對零位標志和過零計數(shù)、過零保持等功能。并采用USB總線實現(xiàn)光柵傳感器信號處理電路和計算機之間的通訊。光柵尺光柵結(jié)構(gòu)和測量原理計量光柵主要是利用光的透射和反射現(xiàn)象，常用于位移測量，由光源、主光柵、指示光柵、光電原件三大部分組成。直線光柵由標尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標尺光柵一般安裝在機床活動部件上，光柵讀數(shù)頭安裝在機床固定部件上。指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。測量時，把標尺光柵與被測量對象相聯(lián)結(jié)，使之隨其一起運

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

3、系決定了光柵尺的位移信號。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標準測量長度：50 mm至520 mm電源：+5 V 5%，最大100 mA 輸出信號：幅值為1V左右的方波信號連接方式：直接連接適當NC系統(tǒng)或數(shù)顯裝置注：光柵尺應適合用于惡劣環(huán)境，外殼上的密封條可有效隔離冷卻液和污染物；信號質(zhì)量對時間和溫度不敏感；支持高速運動。光柵尺傳感器計數(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IP 30最高

4、工作溫度+40C外部電源插座一個USB接口插座（B型）高密度版有3個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，支持正弦或方波編碼器信號正弦信號接口1 Vpp（0.5 - 1.3 Vpp）最大200 kHz信號細分倍數(shù) 20 至 400 TTL接口（RS 422線路驅(qū)動）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)動后正交方波信號每個編碼器通道

5、1路32 bit計數(shù)器帶負載和鎖存寄存器每通道 2 路開關(guān)軌信號IO接口4路TTL輸出，級聯(lián)多個UFC計數(shù)卡8路TTL輸入，用于級聯(lián)多個UFC計數(shù)卡為外部鎖存信號計數(shù)值鎖存邏輯由軟件、光柵尺參考點或外部信號對各通道分別異步鎖存由軟件、定時器或外部信號對多通道同步鎖存級聯(lián)多個擴展卡輸出信號；軟件同步或定時器同步可編程計數(shù)器工作模式三個計數(shù)器通道（每個32 bits）帶一路負載和兩個鎖存寄存器實現(xiàn)對光柵尺方波信號的1倍頻、2倍頻或4倍頻光柵尺方波計數(shù)帶方向事件計數(shù)器和清除輸入值集成測量脈沖寬度、頻率和速度的定時器。PC計算機總線PCI接口，5 V，32-bit，2 x 60針腳目標接口（無源）符合

6、2.1版技術(shù)規(guī)格+5 V時電流消耗約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有關(guān)）計數(shù)器接口（X1）9路RS 422或TTL輸入，3個方波輸出信號和參考點信號的光柵尺最大輸入頻率5 MHz差分信號（RS 422標準的線路驅(qū)動器）2 MHz，信號端信號可識別邊沿間距最大至80 ns 一路TTL輸入信號連接監(jiān)測信號各光柵尺獨立供電I/O接口（X2）6路輸入（3至30 V）用于參考脈沖抑制信號或用于異步鎖存信號1路輸入（3至30 V）用于多通道同步鎖存信號一路級聯(lián)多個接口卡的輸出信號（TTL）軟件用于Windows 95/98/ME和NT的DL

7、L（動態(tài)鏈接庫）用于Windows 95/98/ME的VxD驅(qū)動程序用于Windows NT的系統(tǒng)驅(qū)動程序測試和演示軟件及示例程序 機械結(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D-sub孔式接頭，25針，連接計數(shù)器輸入一個D-sub孔式接頭，9針，連接I/O信號,保存計數(shù)器值 光柵尺信號處理電路該部分電路主要完成對光柵尺輸出的兩路相位差90的正弦信號進行數(shù)字濾波、正交解碼、計數(shù)等工作。光柵尺的輸出信號是兩路相位差90的正弦信號。根據(jù)正交解碼信號之間相位的超前與滯后關(guān)系，把正交信號轉(zhuǎn)換為另外兩路信號，分別為代表正交信號任一路脈沖數(shù)的脈沖序列以及代

8、表正交信號相位關(guān)系的控制信號。它們分別送到可逆計數(shù)器的計數(shù)輸入端和加/減控制端。根據(jù)可逆計數(shù)器的計數(shù)值可獲得測量系統(tǒng)所需要的位移等測量結(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，主要功能是負責接收和處理主機發(fā)給設(shè)備的各種請求，并向主機返回設(shè)備的狀態(tài)信息。 基于USB的光柵接口卡硬件：光柵信號的細分、辨向和計數(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)動程序，USB設(shè)備與PC機進行通訊；用來測試系統(tǒng)功能的基于C+ Builder的應用程序。GPD與應用程序的接口對用戶來說，所有的應用程序都是通過I/O

9、控制來訪問EZ-USB FX2 GPD的。用戶的應用程序首先通過調(diào)用Win32函數(shù)CreatFile來取得設(shè)備驅(qū)動程序的句柄。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，應用程序?qū)崿F(xiàn)與WDM通信的過程是：應用程序先用CreatFile函數(shù)打開設(shè)備，然后用DeviceIoControl和WDM進行通信，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。當應用程序退出時，用CloseHandle關(guān)閉設(shè)備。這將產(chǎn)生對應于此設(shè)備對象的相應IRP。