CN109634212A - 一种具有远程触发功能的光栅数显装置 - Google Patents

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李昆
何小妹
何学军
王爱军
王璋
王一璋
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Abstract

本发明公开的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，属于位移测量领域。前端信号处理模块的输出端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输入端相连，远程触发输入接口的输出端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输入端相连，串口通信模块的输入端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输出端相连，复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块与单片机控制模块相连，单片机控制模块还与数码管显示模块相连。为减少噪声干扰，通过增加上拉电阻和滤波电容对远程触发输入接口的远程触发输入信号进行处理。本发明为光栅数显装置提供远程同步触发硬件接口，通过同步触发硬件接口实现对被测对象的远程实时动态校准，不影响被测对象的工作过程，进而提高校准工作效率。

Description

一种具有远程触发功能的光栅数显装置
技术领域
本发明涉及基于光栅反馈的数控机床或者坐标测量机的轴线运动系统的校准领域，具体涉及一种具有远程触发功能的光栅数显装置，属于位移测量领域。
背景技术
目前，以光栅为反馈的数控机床或者坐标测量机的轴线运动系统的几何参数校准还仅是定点静态校准，而这些运动试验系统或设备，往往都是进行低频往复运动，因此动态校准更为贴近于实际需求。而通常的光栅数显装置普遍没有同步触发输入/输出功能，即无Sync_In/Sync_Out接口，国内的仪器仪表制造厂商在产品研制过程中，由于对设备可计量性要求不高，所以设计、生产出的光栅数显装置中也几乎没有同步触发输入/输出功能，这就造成了对光栅数显装置后期进行常规的检定工作难的问题，尤其对于动态校准更是无从下手。
发明内容
本发明公开的一种具有远程触发功能的光栅数显装置要解决的技术问题是：为光栅数显装置提供远程同步触发硬件接口，通过同步触发硬件接口实现对被测对象的远程实时动态校准，不影响被测对象的工作过程，进而提高校准工作效率。
本发明目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，包括复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块、单片机控制模块、数码管显示模块、前端信号处理模块、串口通信模块、远程触发处理模块和远程触发输入接口。所述前端信号处理模块的输出端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输入端相连，所述远程触发输入接口的输出端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输入端相连，所述串口通信模块的输入端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输出端相连，所述复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块与单片机控制模块相连，所述单片机控制模块还与数码管显示模块相连。
所述复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块包括辨相/细分/计数模块和远程触发处理模块。所述辨相/细分/计数模块指同时具备辨相、细分、计数功能。
所述前端信号处理模块采用差分线路接收器，所述的差分线路接收器用于将光栅读数头输出的相位为0度与180度的TTL信号转换为所述第一差分信号，将将光栅读数头输出的相位为90度与270度的TTL信号转换为所述第二差分信号。
所述远程触发输入接口设置有上拉电阻和滤波电容，所述的上拉电阻对复杂可编程逻辑器件CPLD的远程触发信号的输入引脚进行上拉，所述的滤波电容对远程触发输入信号进行滤波，减少噪声干扰。
所述辨相/细分/计数模块用于实现对第一差分信号与第二差分信号辨相、细分和计数处理。
所述远程触发输入接口在接收来自外部的远程触发信号后，将当前时刻的计数值锁存，并通过串口输出。
所述远程触发处理模块具有对触发信号技术参数进行二次开发的功能，当需要根据远程实时动态校准需求更改触发信号技术参数时，仅需对远程触发处理模块中相应硬件描述语言编写技术参数更改程序进行修改。所述技术参数包括触发脉冲激活沿类型和最小脉冲宽度。所述触发脉冲激活沿类型包括上升沿、下降沿。
作为优选，为了提高实时动态校准效率，所述硬件描述语言选为Verilog HDL。
本发明公开的一种具有远程触发功能的光栅数显装置工作方法为：前端信号处理模块采用差分线路接收器，差分线路接收器用于将光栅读数头输出的相位为0度与180度的TTL信号转换为所述第一差分信号，将将光栅读数头输出的相位为90度与270度的TTL信号转换为所述第二差分信号。通过辨相/细分/计数模块实现对第一差分信号与第二差分信号辨相、细分和计数处理。当需要对被测对象进行实时动态测量时，实时动态测量方法如下：远程触发输入接口接收外部的远程触发信号后，远程触发信号进入复杂可编程逻辑器件CPLD内的远程触发处理模块，将当前时刻复杂可编程逻辑器件CPLD内的辨相/细分/计数模块的计数值锁存，并通过串口通信模块串口输出；所述远程触发处理模块具有对触发信号技术参数进行二次开发的功能，当需要根据远程实时动态校准需求更改触发信号技术参数时，仅需对远程触发处理模块中相应硬件描述语言编写技术参数更改程序更改激活沿类型和最小脉冲宽度技术参数。当需要对被测对象下一时刻进行远程实时动态测量时，按照上述远程实时动态测量方法对下一时刻进行远程实时动态测量。重复上述远程实时动态测量方法实现对被测对象的远程实时动态校准，不影响被测对象的工作过程，进而提高校准工作效率。
为减少噪声干扰，以免出现误触发状况出现，通过增加上拉电阻和滤波电容对远程触发输入接口的远程触发输入信号进行处理。
有益效果：
1、本发明公开的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，主要是在光栅数显装置里集成远程触发输入接口，即增加远程触发功能，应用中通过接收一个远程触发信号后，锁存当前时刻数据，并由串口通信模块完成对外输出，实现对被测对象的远程实时动态校准，且不影响被测对象的工作过程，进而提高校准工作效率。
2、本发明公开的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，远程触发输入接口设置有上拉电阻和滤波电容，上拉电阻对复杂可编程逻辑器CPLD的远程触发信号的输入引脚进行上拉，滤波电容对远程触发输入信号进行滤波，减少噪声干扰，以免出现误触发状况出现。
3、本发明公开的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，能够为光栅数显装置的动态校准提供硬件接口，为光栅系统的可计量性提供硬件支持。
附图说明
图1是本发明实施例一种具有远程触发功能的光栅数显装置的原理框图；
图2是本发明实施例的远程触发输入接口电路部分；
图3是本发明实施例中远程触发时光栅数显装置信号处理时序波形图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1所示，本实施例公开的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，包括复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块、单片机控制模块、数码管显示模块、前端信号处理模块、串口通信模块、远程触发处理模块和远程触发输入接口，所述前端信号处理模块的输出端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输入端相连，所述远程触发输入接口的输出端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输入端相连，所述串口通信模块的输入端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输出端相连，所述复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块与单片机控制模块相连，所述单片机控制模块还与数码管显示模块相连。
远程触发输入接口是完成外部触发信号接收的关键电路。所述远程触发输入接口设置有上拉电阻R1和滤波电容C1，所述的上拉电阻对复杂可编程逻辑器件CPLD的远程触发信号的输入引脚进行上拉，所述的滤波电容对远程触发输入信号进行滤波，减少噪声干扰。
参阅图2，远程触发输入接口通过Syn_trig_i与GND两个端子实现对外部触发信号的输入，当采集到的Syn_trig_i信号输入之后，由电阻来对信号进行上拉，确保信号的可靠性；针对电路中存在不需要的信号由滤波电容对其进行滤除，从而减小了对有效信号的干扰，以免出现误触发状况出现。
远程触发处理模块作为远程触发功能的驱动程序，在接收来自外部的远程触发信号后，复杂可编程逻辑器件CPLD将当前时刻的计数值锁存，并通过串口通信模块的串口输出，从而完成触发-锁存-输出过程。
触发信号技术参数可通过对远程触发处理模块程序的Verilog HDL语言进行修改，包括触发脉冲激活沿类型(上升沿/下降沿)、最小脉冲宽度。
将用Verilog HDL语言编写的复杂可编程逻辑器CPLD处理模块编译并通过硬件调试后，通过Quartus II软件对其进行仿真，分析输出如图3所示的远程触发时光栅数显装置信号处理时序波形图。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有远程触发功能的光栅数显装置，其特征在于：包括复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块、单片机控制模块、数码管显示模块、前端信号处理模块、串口通信模块、远程触发处理模块和远程触发输入接口；所述前端信号处理模块的输出端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输入端相连，所述远程触发输入接口的输出端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输入端相连，所述串口通信模块的输入端与复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块的输出端相连，所述复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块与单片机控制模块相连，所述单片机控制模块还与数码管显示模块相连。
2.如权利要求1所述的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，其特征在于：所述复杂可编程逻辑器件CPLD处理模块包括辨相/细分/计数模块和远程触发处理模块；所述辨相/细分/计数模块指同时具备辨相、细分、计数功能。
3.如权利要求2所述的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，其特征在于：所述前端信号处理模块采用差分线路接收器，所述的差分线路接收器用于将光栅读数头输出的相位为0度与180度的TTL信号转换为所述第一差分信号，将将光栅读数头输出的相位为90度与270度的TTL信号转换为所述第二差分信号。
4.如权利要求3所述的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，其特征在于：所述远程触发输入接口设置有上拉电阻和滤波电容，所述的上拉电阻对复杂可编程逻辑器件CPLD的远程触发信号的输入引脚进行上拉，所述的滤波电容对远程触发输入信号进行滤波，减少噪声干扰。
5.如权利要求4所述的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，其特征在于：所述辨相/细分/计数模块用于实现对第一差分信号与第二差分信号辨相、细分和计数处理。
6.如权利要求5所述的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，其特征在于：所述远程触发输入接口在接收来自外部的远程触发信号后，将当前时刻的计数值锁存，并通过串口输出。
7.如权利要求6所述的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，其特征在于：所述远程触发处理模块具有对触发信号技术参数进行二次开发的功能，当需要根据远程实时动态校准需求更改触发信号技术参数时，仅需对远程触发处理模块中相应硬件描述语言编写技术参数更改程序进行修改；所述技术参数包括触发脉冲激活沿类型和最小脉冲宽度；所述触发脉冲激活沿类型包括上升沿、下降沿。
8.如权利要求7所述的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，其特征在于：其特征在于：前端信号处理模块采用差分线路接收器，差分线路接收器用于将光栅读数头输出的相位为0度与180度的TTL信号转换为所述第一差分信号，将将光栅读数头输出的相位为90度与270度的TTL信号转换为所述第二差分信号；通过辨相/细分/计数模块实现对第一差分信号与第二差分信号辨相、细分和计数处理；当需要对被测对象进行实时动态测量时，实时动态测量方法如下，远程触发输入接口接收外部的远程触发信号后，远程触发信号进入复杂可编程逻辑器件CPLD内的远程触发处理模块，将当前时刻复杂可编程逻辑器件CPLD内的辨相/细分/计数模块的计数值锁存，并通过串口通信模块串口输出；所述远程触发处理模块具有对触发信号技术参数进行二次开发的功能，当需要根据远程实时动态校准需求更改触发信号技术参数时，仅需对远程触发处理模块中相应硬件描述语言编写技术参数更改程序更改激活沿类型和最小脉冲宽度技术参数；当需要对被测对象下一时刻进行远程实时动态测量时，按照上述远程实时动态测量方法对下一时刻进行远程实时动态测量；重复上述远程实时动态测量方法实现对被测对象的远程实时动态校准，不影响被测对象的工作过程，进而提高校准工作效率。
9.如权利要求8所述的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，其特征在于：其特征在于：所述硬件描述语言选为Verilog HDL。
10.如权利要求9所述的一种具有远程触发功能的光栅数显装置，其特征在于：其特征在于：通过增加上拉电阻和滤波电容对远程触发输入接口的远程触发输入信号进行处理。
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