光栅位移测试系统.doc

实验报告格式要求学号:姓名:研究方向完成的总时间成绩:Pb07210360 王涛光栅位移22小时Pb07210339林士博光栅位移22小时一. 实验题目名称: 光栅位移测试系统二. 实验目的、任务和要求:1. 目的：应用VHDL语言编写出一套测试系统程序以实现对光栅的位移测量及方向的辨别。2. 任务和要求：对两列因明暗变化而产生高低电位不同的电信号进行处理，能根据提供的两列相位差为/2的电信号，计算出光栅的位移量和方向。三.实验系统结构设计分析1.模块划分思想和方法：原理简述： 光栅是在基体上刻有均匀分布条纹的光学元件。用于位移测量的光栅称为计量光栅。光栅主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等组成。标尺光栅的有效长度即为测量范围。必要时，标尺光栅还可接长。指示光栅比标尺光栅短得多，但两者刻有同样栅距使用时两光栅相互重叠，两者之间有微小的空隙d(取dW 2/，W为栅距，为有效光波长)，使其中一片固定，另一片随着被测物体移动，即可实现位移测量。若用光电元件接收莫尔条纹移动时光强的变化，则光信号被转换为电信号(电压或电流)输出将该电压信号放大、整形使其变为方波，经微分电路转换成脉冲信号，再经过辨向电路和可逆计数器计数，则可在显示器上以数字形式实时地显示出位移量的大小。位移量为脉冲数与栅距的乘积。当栅距为单位长度时，所显示的脉冲数则直接表示出位移量的大小。划分思想：注意到无论可动光栅片是向左或向右移动，在一固定点观察时，莫尔条纹同样都是作明暗交替的变化，后面的数字电路都将发生同样的计数脉冲，从而无法判别光栅移动的方向，也不能正确测量出有往复移动时位移的大小。因而必须在测量电路中加人辨向电路。在图所示的光栅辨向原理中，两个相隔14莫尔条纹间距的光电元件，将各自得到相差2的电信号u1和u2。它们经整形转换成两个方波信号u1和u2。从图中波形的对应关系可看出，当光栅沿A方向移动时，u1经微分电路后产生的脉冲(图中充填的脉冲)正好发生在u2处于“l”电平时，从而经Yl输出一个计数脉冲；而u1经反相并微分后产生的脉冲(图中未充填的脉冲)则与u2的“0”电平相遇，与门Y2被阻塞，没有脉冲输出。当光栅沿C方向移动时，u1的微分脉冲发生在u2为“0”电平时，与门Y1无脉冲输出；而u1的反相微分脉冲则发生在u2的“1”电平时，与门Y2输出一个计数脉冲。u2的电平状态实际上是与门的控制信号，移动方向不同，u1所产生的计数脉冲的输出路线也不同。于是可以根据运动方向正确地对位移量进行相加或相减。划分方法：可将系统分为1.测向辨别2.对应两方向位移计数3.两方向位移量汇总得出总位移及方向。2.模块框图和作用; 模块引脚定义和作用.U1：测向方波Side：表示方向的二位位矢量测向作用：根据u1上升沿判断光栅沿正向还是反向运动Count：位移数Count1：正向数统计作用：统计位移数最终方向Direction：最终方向Count2：反向数U1：计数方波Count1：正向个数计数器2作用：记录反向位移数U1：计数方波计数器1作用：记录正向位移数Count1：正向个数Clr：清零Clr：清零四.实验代码设计以及分析: 按模块完成的代码及注释.1.测向 process(u1) variable t1:std_logic_vector(1 downto 0):=00;“用来标识的变量” begin if (u1event and u1=1) then “u1上升沿时” if (u2=1) then “u2为一” t1:=01; “表示正向” elsif (u2=0) then t1:=10; “表示反向” else t1:=00; “其他情况” end if; sidecount2)then “正向位移数多” count=count1-count2; direction=1; else “反向位移数多” count=count2-count1; direction=0; end if; end process;3正向计数器 process(clr,u1) begin if(clr=1)then “清零” count10); elsIF(u1event AND u1=1) THEN “为正向时” if(u2=1) then count1=count1+1; end if; END IF; end process; 4方向计数器 process(u1,clr) begin if(clr=1)then “清零” count20); elsIF(u1event AND u1=1) THEN “为反向时” if(u2=0) then count2=count2+1; end if; END IF; end process;五.仿真图(输入输出波形)以及分析:六.实验问题分析和经验总结:本次试验完成的过程中遇到了两个瓶颈。第一个是对原理的理解，由于涉及物理背景，转化为问题时遇到困难。在刚接到这个实验时，我们对该实验的物理原理进行了大讨论。由于提供的实验简要原理中的描述存在歧义，使我们无法掌握其真正的物理过程，从而对实验无从下手。例如：两个光栅的相对位置，摆放位置等；莫尔条纹的形成与移动；为何需要两个光电信号来接收？两个接收器的位置分别怎样摆放的？如何对两列波信号做出处理分析，得出想要的结果。第二个是在程序编写调试的过程中出现了很多错误。由于VHDL语言与C语言有较大的不同，在涉及到硬件方面的信号传递时时