[发明专利]基于可编程逻辑器件的角度测量系统

权利要求书

1.一种基于可编程逻辑器件的角度测量系统，由电位器、精密电压源、缓冲电路、A/D转换器、可编程逻辑器件和晶振组成，所述电位器为测角反馈元件，晶振为可编程逻辑器件提供时钟输入，通过精密电压源对电位器两端供电，电位器输出电压经缓冲电路调理和滤波后，直接进入A/D转换器的输入端，可编程逻辑器件的时序逻辑控制A/D转换器对电位器反馈电压进行自动循环采样，并对采样结果进行数字处理，得到的角度转换值通过内设的高速串口传给上位机，实现伺服机构角度测量；其特征在于：所述可编程逻辑器件的内设功能单元包括A/D时序控制单元、地址发生器、数据存储单元、计数单元、数字滤波单元、非线性补偿单元、数据转换单元、数据缓冲器、高速串口和分频器；其中，A/D时序控制单元由来自分频器的周期性脉冲信号启动，通过A/D控制总线控制A/D转换器进行当前通道的采样，并控制地址发生器为当前采样结果在数据存储单元中产生存储地址；在采样结束后，地址发生器控制数据存储单元从A/D数据总线读入当前采样结果并保存在数据存储单元内；计数单元对A/D的采样次数进行计数，若达到预先设定的计数值，则启动数据滤波单元工作；数据滤波单元从数据存储单元中取出所有采样值，通过数字滤波算法算出滤波后的采样值，送入非线性补偿单元，通过非线性补偿算法算出补偿后的采样值；送入数据转换单元进行量化转换，得出对应的角度值；转换后的角度值送入数据缓冲器，高速串口由时钟输入脉冲驱动，自动从数据缓冲器中取转换后的角度值，通过串行数据总线向上位机发送。

所述的数字滤波算法为：累加值减去最大值与最小值的和所得结果除以对应数据个数，得出滤波后的采样值；所述的非线性补偿算法为高次方程，高次方程每一项的系数通过对实测角度数据进行高次曲线拟合得到。

2.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑器件的角度测量系统，其特征在于：所述可编程逻辑器件的分频器、高速串口、数字滤波单元、数据缓冲器、数据存储单元、非线性补偿单元和数据转换单元均由时钟输入信号作为时序驱动，完成系统采样控制，采样结果保存、滤波、补偿和角度转换程序。

3.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑器件的角度测量系统，其特征在于：所述可编程逻辑器件内由数字滤波单元、非线性补偿单元和数据转换单元进行数据处理，上述单元完成一次数据处理的工作流程如下：

1)当收到来自计数单元的数据处理启动信号后，数字滤波单元向数据存储单元发出读命令，并通过数据总线访问数据存储单元内所有数据，对其进行大小比较操作，将最大值和最小值分别保存在数据存储单元内设的最大值寄存器和最小值寄存器中；

2)数字滤波单元内的时序逻辑在进行大小值比较的同时将数据存储单元内所有数据进行累加操作，累加结果保存在数据存储单元内设的累加值寄存器中，重复上述操作直到存储单元所有访问完毕；

3)数字滤波单元执行的数字滤波算法为：累加值减去最大值再减去最小值所得的差值除以对应数据个数，得出滤波后的采样值，将该值输出到数据总线上，同时发出非线性补偿启动信号；

4)非线性补偿单元收到非线性补偿启动信号后，从数据总线读入滤波后的采样值，以该值为变量，代入基于高次多项式的补偿算式，得到补偿后的采样值，并将该值输出到数据总线上，同时发出数据转换启动信号；

5)数据转换单元收到数据转换启动信号后，从数据总线读入补偿后的采样值，以该值为变量，代入基于线性方程的角度转换算式，得到转换后的角度值，并将该值输出到数据总线上，同时发出处理结束信号。