塑性敏感元件高度自动测量仪研制+文献综述(6)
3.1.1 滤波电路
GWC020-2型光栅位移传感器的输出信号稳定，抗干扰能力强。通过示波器显示，传感器输出信号稳定，考虑到测量环境的复杂，为了降低高频干扰的影响，提高系统的信噪比，可以对信号进行简单的低通滤波。滤波电路采用最简单的RC滤波电路即可，滤波电路图如图3.1所示。
图 3.1 滤波电路
信号从Vin端输入，经过滤波电路，低频ω小，容抗1/ωc比电阻R大，则此时由电容上得到的分压比较大。高频ω大，容抗1/ωc比电阻R小，此时电容上得到的分压小。所以，低通滤波电路的输出是在电容上的电压低频信号允许通过，高频信号被衰减。低通滤波电路的输出是在电容上的电压，低频分压大而高频分压小，从而完成了滤波的作用，信号从Vout输出。
3.1.2 整形电路
整形电路选用电压比较器LM339进行整形，LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：失调电压小，典型值为2mV；电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；对比较信号源的内阻限制较宽；共模范围很大，为0～（Ucc-1.5V）Vo；差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；输出端电位可灵活方便地选用。LM339集成块采用C-14型封装，图3.2为外型及管脚排列图。
图3.2 LM339外型及管脚排列图
由于光栅位移传感器的输出信号只有两路，因此只需用到LM339内部4个电压比较器中的两个。一路比较电路如图3.3所示。
图3.3 整形电路
3脚接电源，12脚接地，5脚接输入信号，与4脚接地端比较，由于输出信号为0～５Ｖ的交流正弦信号，可将比较电压设为2.5V。用10K的电阻分压，当大于2.5V时输出高电平，小于2.5V时输出低电平，从而整形成方波，2脚是输出端。
3.2 CPLD处理模块
信号的细分有利于提高测量精度，目前光栅位移传感器细分方法有两类，一类是电子细分方法，如矢量运算细分法、移相电阻链细分法、幅度分割式细分法、载波调制细分法、锁相倍频细分法等[9]。电子细分方法是用硬件电路来处理光电转换后的信号，其处理速度快。另一类是软件细分法，即用软件编程替代电子硬件细分。
本系统采用了基于CPLD的软件细分法，有效地利用了CPLD强大的数字信号存储和处理的功能，完全满足了系统计数速度的要求，并在CPLD中添加了软件辨向功能，降低了成本，提高了系统的精度，增强了系统的灵活性，简化了硬件结构，同时保证了位移测量的准确性。
本系统采用了Altera公司的CPLD芯片EMP240T100C5，该芯片基于先进的MAX II架构的CPLD器件，如表3.1所示。具有低成本、上电即用、非易失、内部采用LUT（查找表）结构，内含FLASH、功耗小、可靠性高等特点，主要功能如表3.2所示。
表3.1 MAX II特性简介
特性 说明
成本优化体系结构 Altera 的MAX II器件具有新的CPLD体系结构，打破了典型CPLD的成本、容量和功耗限制。
低功耗 MAX II CPLD具有CPLD业界最低的动态功耗，只有以前MAX CPLD的十分之一。
用户闪存 MAX II器件提供8 Kbits用户可访问Flash存储器，可用于片内串行或并行非易失存储。
实时在系统可编程(ISP) MAX II 器件支持用户在器件工作时对闪存配置进行更新。
I/O能力 MAX II 器件支持多种单端 I/O 接口标准，例如 LVTTL 、LVCMOS 和 PCI。
封装支持 TQFP 、1.0-mm 间距FBGA 和 0.5-mm 间距MBGA (1)，(2)，(3)
并行Flash加载 MAX II 器件含有 JTAG 模块，可以利用并行 Flash 加载宏功能来配置非 JTAG 兼容器件，例如分立闪存器件等。