[发明专利]光栅信号采集控制卡

说明书

本发明公开了新的光栅信号采集控制卡，四个用于接收光栅传感器信号的接口通过四个差分信号接收器与FPGA相连。两路频率测量接口和电机控制接口连接到FPGA。用于以太网通信的网口通过以太网收发器与ARM连接。USB接口通过USB转串口芯片连接到电平转换芯片然后和ARM连接，8路IO接口通过IO接口转换电路连接到ARM。用FPGA采集四路光栅信号可以保证四路信号同步采集，与大多数采集卡相比，本采集卡不仅有数据采集功能，还集成了电机控制接口，可以根据光栅信号直接控制电机，保证了系统的实时性，提高采集卡的工作效率。

技术领域

本专利涉及电子电路领域，具体而言，是一种数据采集卡。

背景技术

近年来，随着仪器设备精度要求越来越高，光栅因其精度高，抗干扰能力强被广泛应用在各种测量仪器中。

光栅传感器通常作为测量元件用于测量角度、位移、加速度等。但是随着仪器设备的复杂程度越来越高，一台仪器中可能会有多个光栅传感器。在高速高精度的系统中，如传动系统，多轴机床等，这样的光栅信号频率往往很高，微秒级的延时都可能会造成很大的误差。为了提高系统精度，需要实时采集每个轴的位置。其次，在采集到的这些位置信息后我们希望仪器的运动控制系统能及时做出反应，这要求我们的采集卡不仅仅有采集数据的功能，还要有控制电机的能力。另一方面，一台仪器设备还包含其他多种传感器。所以，为了提高仪器的精度，发明一种可以实时采集多路光栅信号及其他传感器信号，又可以实现电机的控制的采集控制卡很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以实时采集多路光栅信号，又可以实现电机控制和其他信号采集的采集卡。

为达到以上目的，本采集卡包含：FPGA(1)，ARM(2)，USB转串口(3)，IO接口(4)，以太网收发器(5)，网口(6)，ADC(7),电机控制接口(8)，差分信号接收器(9、10、11、12)，光栅信号接口(13、14、15、16)，频率测量接口(17、18)。

光栅信号接口(13、14、15、16)通过差分信号接收器(9、10、11、12)连接到FPGA(1)上，实现光栅信号的采集。频率测量接口(17、18)与FPGA(1)相连。ADC(7)连接到FPGA(1)采集模拟信号。ARM(2)通过AXI4总线与FPGA(1)相连。USB转串口桥(3)与ARM(2)连接，实现程序下载和调试。网口(6)与以太网收发器(5)连接，以太网收发器(5)与ARM(2)连接，实现采集卡与上位机之间的以太网通信。IO接口(4)连接到ARM(2)。

本发明有以下显著特点：

1.本发明采用FPGA并行采集多路光栅信号，可以保证同一时刻四路信号的实时性，降低了采用多路选择器带来的系统延迟。

2.本发明通过千兆以太网与上位机通信，可以实现采集卡与上位机的高速通信，满足高速率采集要求。

3.本发明可以采集多种信号并且实现电机的控制，一张采集卡实现多种功能，可以降低仪器设备的复杂程度。

附图说明

图1采集卡接口框图。

图中，1-FPGA，2-ARM，3-USB转串口，4-IO接口，5-以太网收发器，6-网口，7-ADC，8-电机控制接口，9、10、11、12-差分信号接收器，13、14、15、16-光栅信号接口，17、18-频率测量接口。

具体实施方式

下面结合图1对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种可以实时采集多路光栅信号，又可以实现电机控制和其他信号采集的采集卡包括FPGA(1)，ARM(2)，USB转串口(3)，IO接口(4)，以太网收发器(5)，网口(6)，ADC(7),电机控制接口(8)，差分信号接收器(9、10、11、12)，光栅信号接口(13、14、15、16)，频率测量接口(17、18)。