摘要：經(jīng)典的碼盤(pán)數(shù)字測(cè)速方法有M法、T法、M／T法，但都有一定的不足。為了克服原有方法的不足，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種在較大速度范圍都有良好精度和良好快速性的測(cè)速方法。電路采用FPGA實(shí)現(xiàn)，測(cè)速得到的數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線從設(shè)備控制器實(shí)現(xiàn)與控制計(jì)算機(jī)通信。從而根據(jù)實(shí)際傳輸?shù)男枰?，?jiǎn)化了PCI從設(shè)備控制器，實(shí)現(xiàn)了PCI總線I／O普通讀與猝發(fā)讀數(shù)據(jù)的功能。
關(guān)鍵詞：測(cè)速；FPGA；PCI；M／T

O 引言
增量式碼盤(pán)是一種原理簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸?shù)奈恢门c速度測(cè)量裝置，已成功應(yīng)用于大量的控制系統(tǒng)中，極大地提高了其位置控制精度。理論上，只要測(cè)得碼盤(pán)輸出信號(hào)的頻率，即可得到被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速，并且可以得到比模擬方法更高的測(cè)量精度。本文以增量式碼盤(pán)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種在較寬速度范圍都有較高精度并且有良好反應(yīng)速度的速度、位置測(cè)量裝置。
利用增量式碼盤(pán)的反饋脈沖信號(hào)測(cè)量速度的典型方法有3種：M法、T法和M／T法。其中，M法是直接計(jì)取給定采樣周期內(nèi)的反饋脈沖數(shù)來(lái)測(cè)量速度的，低速時(shí)會(huì)因?yàn)槊}沖數(shù)少而影響測(cè)速精度；T法是通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)相鄰反饋脈沖的間隔時(shí)間來(lái)測(cè)量速度的，高速時(shí)則因?yàn)槊}沖間隔短而導(dǎo)致精度不高；M／T法結(jié)合了前兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，在大致相等的采樣間隔內(nèi)，計(jì)取Cm個(gè)反饋脈沖，并同時(shí)計(jì)取這Cm個(gè)反饋脈沖間隔內(nèi)插入的高頻時(shí)標(biāo)信號(hào)數(shù)Cf，經(jīng)計(jì)算得到速度測(cè)量值。M／T法雖然克服了前兩種方法的缺點(diǎn)，但仍存在低速時(shí)采樣時(shí)機(jī)不確定，精度不高等問(wèn)題，這給定周期采樣的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)帶來(lái)很大的不便，所以又出現(xiàn)了變M／T法等方法，以進(jìn)一步改善M／T法的性能和實(shí)用性。
本文利用FPGA實(shí)現(xiàn)了一種改進(jìn)的M／T法，克服經(jīng)典M／T法的不足，其測(cè)速電路與控制器間的數(shù)據(jù)接口形式有PCI總線和雙端口RAM，便于在高性能控制系統(tǒng)中使用。

1 總體方案
根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，所設(shè)計(jì)的測(cè)速板具有位置測(cè)量和速度測(cè)量功能，如圖1所示，由倍頻辨向模塊、改進(jìn)M／T法測(cè)速模塊、PCI從設(shè)備控制器三個(gè)部分組成。

1．1 倍頻辨向
增量式碼盤(pán)的典型輸出是兩個(gè)相位差為90°的方波信號(hào)A，B以及零位脈沖信號(hào)Z(見(jiàn)圖2)。

A，B之間的相位關(guān)系標(biāo)志被測(cè)軸的轉(zhuǎn)向，即當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)A相超前B相90°，反轉(zhuǎn)時(shí)B相超前A相90°。對(duì)于每個(gè)確定的碼盤(pán)，其脈沖周期T對(duì)應(yīng)的碼盤(pán)角位移固定為θ，故其量化誤差為θ／2。如果能將A，B信號(hào)四倍頻，則計(jì)數(shù)脈沖的周期將減小到T／4，量化誤差下降為θ／8，從而使增量式碼盤(pán)的角位移測(cè)量精度提高4倍。從圖2可知，根據(jù)A，B兩方波信號(hào)之間相位關(guān)系的4次變化，即可產(chǎn)生四倍頻信號(hào)和辨向信號(hào)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)增量式碼盤(pán)測(cè)量精度的提高。