毛 川，楊 策，王 鵬，石照耀

(北京工業(yè)大學(xué) 材料與制造學(xué)部 北京市精密測(cè)控技術(shù)與儀器工程技術(shù)研究中心，北京 100124)

塑料齒輪因其生產(chǎn)效率高、成本低、傳動(dòng)噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，在各領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。關(guān)于塑料齒輪的傳動(dòng)誤差測(cè)量與分析，國(guó)內(nèi)基本上是空白[1]。作為國(guó)內(nèi)首臺(tái)塑料齒輪傳動(dòng)誤差試驗(yàn)機(jī)，其中用到了大量的光柵傳感器、扭矩傳感器和其他類型的傳感器。因此，塑料齒輪傳動(dòng)誤差試驗(yàn)機(jī)需要一種能同步采集多種信號(hào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

塑料齒輪傳動(dòng)誤差試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于如何保證多類型、多通道信號(hào)的同步采集，尤其是多路光柵信號(hào)的高速采集。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由CPU+控制邏輯+通信接口控制器組成[2]，崔琪等[3]利用DSP+FPGA的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖Bragg光柵信號(hào)的高速采樣，并降低了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成本。Wu等[4]設(shè)計(jì)了FPGA+EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)插入設(shè)備的失超檢測(cè)，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了16路模擬信號(hào)的同步采集。張?jiān)碌萚5]設(shè)計(jì)的基于STM32+FPGA的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了64路模擬信號(hào)的采集，但是最高的采集頻率只有20 kHz。上面所述的這種結(jié)構(gòu)占用空間較大，通信速率較低，比如STM32+FPGA的這種結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA和STM32之間常用的通信協(xié)議為FSMC、SPI等，F(xiàn)PGA和STM32之間的通信速度限制了其在高速采樣領(lǐng)域的應(yīng)用。

另一方面，現(xiàn)在的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往只涉及模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。宿文玲[6]設(shè)計(jì)了一款同步采集4路光柵信號(hào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，只涉及了數(shù)字信號(hào)的采集，不能同步采集其他信號(hào)。陳紅亮等[7]設(shè)計(jì)了一種可以采集4種信號(hào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)復(fù)雜程度，但這4種信號(hào)均為模擬信號(hào)。牟雪姣等[8]利用ADS1282實(shí)現(xiàn)了多路模擬信號(hào)的同步采集，提高了地震數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)工作效率。

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，本文以Zynq7000為平臺(tái)設(shè)計(jì)了一款高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。Zynq7000 本身具有 CPU+可編程邏輯的架構(gòu)，相比于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)減小了占用空間，內(nèi)部采用AXI 進(jìn)行通信，通信的實(shí)時(shí)性和傳輸速度更好，可以更好地滿足高速采集的要求。把采集高速光柵信號(hào)的過(guò)程放在Zynq7000 PL部分完成，從而不再需要專門(mén)的光柵采集模塊。把低頻的模擬信號(hào)采集結(jié)果鎖存起來(lái)，和高頻的數(shù)字信號(hào)采集結(jié)果合成一組128 bit數(shù)據(jù)，保證了多路信號(hào)的同步性。

1 整體設(shè)計(jì)

Zynq7000是Xilinx推出的全可編程SoC，內(nèi)部集成了雙核ARM Cortex-A9 處理器和Artix-7 系列FPGA，其中FPGA部分被稱作PL(Programmable Logic)，ARM部分被稱作PS(Processing System),兩者之間通過(guò)AXI進(jìn)行通信[9-11]。

系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示，光柵傳感器的信號(hào)和ADC采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑ynq7000的PL部分，在PL部分進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后通過(guò)AXI把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DDR3當(dāng)中，Zynq7000的PS通過(guò)千兆以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。頻率測(cè)量程序和電機(jī)控制程序集成在PL部分?？梢杂缮衔粰C(jī)發(fā)出控制指令決定數(shù)據(jù)采集的開(kāi)始、暫停、終止等。

圖1 系統(tǒng)框圖

1.1 光柵接收電路及程序設(shè)計(jì)

光柵傳感器輸出的信號(hào)是相位相差90°的A,B兩路信號(hào)以及光柵零位信號(hào)Z[12]。為了方便遠(yuǎn)距離傳輸，光柵傳感器內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電路已經(jīng)把光柵信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)。如圖2所示，A+,A-，B+,B-，Z+,Z-為光柵傳感器輸出的差分信號(hào)，經(jīng)過(guò)差分信號(hào)接收芯片SN75175把差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單極性信號(hào)。單極性信號(hào)A,B,Z輸入到Zynq7000內(nèi)部進(jìn)行整形、細(xì)分、辨向、計(jì)數(shù)。

圖2 光柵信號(hào)接收電路

1.1.1 光柵整形程序設(shè)計(jì)

光柵信號(hào)進(jìn)入到Zynq7000內(nèi)部后，為了消除可能影響計(jì)數(shù)結(jié)果的因素，首先利用數(shù)字方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形[13]。影響計(jì)數(shù)結(jié)果的主要因素是信號(hào)中存在的毛刺干擾，如圖3(a)所示,方波信號(hào)為光柵信號(hào)，毛刺信號(hào)為干擾，這些疊加在原始光柵信號(hào)上的毛刺干擾，可能會(huì)被誤認(rèn)為信號(hào)的上升沿，因此需要整形去除這些干擾。整形的原理為：Zynq7000內(nèi)部的時(shí)鐘頻率比毛刺和光柵信號(hào)的頻率要高得多，毛刺比光柵信號(hào)持續(xù)的時(shí)間短很多。在時(shí)鐘上升沿檢測(cè)輸入信號(hào)的電平，只有持續(xù)一定時(shí)間不發(fā)生改變的電平信號(hào)才被當(dāng)作光柵信號(hào)，否則認(rèn)為是毛刺干擾。整形過(guò)后的光柵信號(hào)如圖3(b)所示，與圖3(a)相比，圖3中的毛刺信號(hào)明顯減少，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

圖3 光柵信號(hào)

1.1.2 細(xì)分辨向程序設(shè)計(jì)

光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距，輸出兩個(gè)相差90°的方波信號(hào)。為了更精密地測(cè)量，需要對(duì)光柵信號(hào)進(jìn)行細(xì)分處理[14]。假設(shè)光柵正向移動(dòng)時(shí)，A相超前B相90°，如圖4(a)所示。A,B兩相信號(hào)的電平狀態(tài)改變順序?yàn)?1,0)→(1,1)→(0,1)→(0,0)→(1,0)，當(dāng)光柵反向移動(dòng)時(shí)，如圖4(b)所示，電狀態(tài)變化順序?yàn)?0,1)→(1,1)→(1,0)→(0,0)→(0,1)?？梢愿鶕?jù)兩路信號(hào)狀態(tài)的變化順序，辨別光柵移動(dòng)的方向。在一個(gè)周期內(nèi)，A，B兩路的狀態(tài)發(fā)生了4次改變，每次狀態(tài)改變時(shí)，輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)光柵信號(hào)四細(xì)分。

圖4 光柵傳感器輸出信號(hào)

1.1.3 可逆計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

可逆計(jì)數(shù)器的作用是記錄輸入脈沖的個(gè)數(shù)，根據(jù)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算光柵移動(dòng)的距離。計(jì)數(shù)器如圖5所示。計(jì)數(shù)器主要有以下幾個(gè)功能：鎖存功能、計(jì)數(shù)模式選擇、等間距計(jì)數(shù)。鎖存功能用來(lái)鎖存當(dāng)前計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果，供軟件讀取。在圖5中，當(dāng)latchFlag信號(hào)由低電平變成高電平時(shí)，lockedValue會(huì)保存cntValued的值，直到下一個(gè)鎖存脈沖到達(dá)時(shí)才會(huì)改變。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模式主要有兩種：絕對(duì)計(jì)數(shù)模式和相對(duì)計(jì)數(shù)模式。絕對(duì)計(jì)數(shù)模式是記錄光柵現(xiàn)在的位置與光柵零位之間的絕對(duì)位置，需要光柵零位信號(hào)Z到達(dá)時(shí)，計(jì)數(shù)器才開(kāi)始工作。相對(duì)計(jì)數(shù)模式記錄光柵現(xiàn)在的位置與開(kāi)始位置之間的關(guān)系，不需要光柵零位信號(hào)，只要有光柵脈沖計(jì)數(shù)器就開(kāi)始工作。等間距計(jì)數(shù)主要應(yīng)用在有特殊采樣要求的儀器上，比如雙嚙儀。雙嚙儀采集光柵數(shù)據(jù)并不是每個(gè)光柵信號(hào)都需要采集，而是間隔一定的數(shù)據(jù)采集一次，在圖5中，可以用setValue預(yù)先設(shè)置間隔的大小，當(dāng)?shù)竭_(dá)計(jì)數(shù)結(jié)果等于setValue時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)完成標(biāo)志位供軟件查詢。

圖5 計(jì)數(shù)器

1.2 模擬量采集模塊設(shè)計(jì)

模擬量采集模塊選擇德州儀器的ADS8584S，這是一款16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以同步采集4路模擬信號(hào)，最大采樣頻率可以達(dá)到330 kS/s。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖6所示，DB15-DB0是16位數(shù)據(jù)輸出通道，AVCC是5 V模擬電源，VDD是3.3 V數(shù)字電源，Signal1、Signal2是兩路模擬信號(hào)的輸入?？梢酝ㄟ^(guò)引腳ADC_RANGE的輸入狀態(tài)控制模擬量的輸入范圍，當(dāng)ADC_RANGE=1時(shí)，輸入范圍為±10 V，當(dāng)ADC_RANGE=0時(shí)，輸入范圍為±5 V。本設(shè)計(jì)采用并行輸出，16位采樣結(jié)果輸入到Zynq7000內(nèi)部。

圖6 ADS8584S電路圖

ADS8584S芯片的時(shí)序圖如圖7所示。CONVSTA和CONVSTB連接在一起控制4路模擬量采集的起停，在CONVSTA和CONVSTB的上升沿啟動(dòng)ADC采樣，同時(shí)采集4 路模擬信號(hào)，BUSY信號(hào)高電平時(shí)，表示ADC正在轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，當(dāng)BUSY信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)表示轉(zhuǎn)換完成，可以讀取采樣結(jié)果。當(dāng)CS和RD信號(hào)為低電平時(shí)，依次讀取AIN_1,AIN_2,AIN_3,AIN_4通道的數(shù)據(jù)值。

圖7 ADS8584S時(shí)序圖

在Zynq7000內(nèi)部實(shí)現(xiàn)ADS8584S讀取狀態(tài)機(jī)如圖8所示。在圖8中，初始狀態(tài)為IDLE，所有狀態(tài)在復(fù)位信號(hào)RST=1時(shí)都會(huì)進(jìn)入IDLE狀態(tài)，當(dāng)RST=0、CONVST信號(hào)的上升沿到達(dá)時(shí)，會(huì)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)入START狀態(tài)，在START狀態(tài)時(shí)，當(dāng)BUSY信號(hào)變成高電平時(shí)會(huì)進(jìn)入BUSY狀態(tài)，BUSY狀態(tài)表示ADC正在轉(zhuǎn)換，還未完成所有通道的轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時(shí)，BUSY信號(hào)會(huì)變成低電平。CS/RD信號(hào)變成低電平后，F(xiàn)RSTDATA=1時(shí)，此時(shí)可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，系統(tǒng)進(jìn)入READ狀態(tài)。Zynq7000會(huì)依次讀取每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果，每讀取一個(gè)通道的結(jié)果后，CHANEL_CNT就會(huì)加1，當(dāng)CHANEL_CNT=2’B11時(shí)，表示4個(gè)通道的結(jié)果已經(jīng)讀取完成，之后會(huì)進(jìn)入WAIT狀態(tài)，等待本輪采樣周期的結(jié)束，然后重新進(jìn)入IDLE狀態(tài)，開(kāi)始下一次采樣。

圖8 ADS8584S狀態(tài)機(jī)

1.3 頻率測(cè)量與電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)

頻率測(cè)量原理如圖9所示，其中被測(cè)信號(hào)為外部輸入的方波信號(hào)，高頻時(shí)鐘為Zynq7000內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。在方波信號(hào)上升沿對(duì)高頻時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，下一個(gè)上升沿到達(dá)時(shí)停止計(jì)數(shù)，假設(shè)被測(cè)信號(hào)的頻率為f1，高頻時(shí)鐘的頻率為f2，高頻脈沖個(gè)數(shù)為N，則:

圖9 頻率測(cè)量原理

(1)

由此可以計(jì)算出被測(cè)信號(hào)的頻率。

電機(jī)控制主要控制3個(gè)參數(shù)：電機(jī)輸入脈沖的頻率、電機(jī)使能信號(hào)和電機(jī)的轉(zhuǎn)向信號(hào)。電機(jī)使能信號(hào)和電機(jī)的轉(zhuǎn)向信號(hào)由FPGA的I/O口產(chǎn)生，通過(guò)高低電平進(jìn)行控制。控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的脈沖頻率由FPGA內(nèi)部的時(shí)鐘產(chǎn)生。電機(jī)所需要的最高脈沖頻率為1 MHz,在FPGA內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)2 MHz的時(shí)鐘作為電機(jī)控的基準(zhǔn)時(shí)鐘，還有一個(gè)可以設(shè)置分頻倍數(shù)的分頻器。當(dāng)設(shè)置分頻倍數(shù)為N時(shí)，得到輸出脈沖的頻率為1/NMHz，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。

1.4 以太網(wǎng)通信模塊設(shè)計(jì)

以太網(wǎng)具有傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，目前的計(jì)算機(jī)基本都具有網(wǎng)卡，均可以進(jìn)行以太網(wǎng)通信，而不需要額外安裝相關(guān)接口驅(qū)動(dòng)[15]。本設(shè)計(jì)選用Realtek公司的RTL8211E芯片，RTL8211E能夠支持10 M/100 M/1000 M以太網(wǎng)通信速率，可以根據(jù)微控制器支持的以太網(wǎng)通信速率自動(dòng)調(diào)整自身通信速度，而不需要手動(dòng)設(shè)置通信速度，同時(shí)支持RGMII/GMII接口。充分滿足本系統(tǒng)對(duì)以太網(wǎng)傳輸?shù)囊?。RTL8211E電路圖如圖10所示，圖中PHY_MDI接口連接到RJ45與PC機(jī)連接，ETH_RXD和ETH_TXD連接到Zynq7000，Y1為25 MHz的晶振，為RTL8211E工作提供時(shí)鐘。

圖10 RTL8211電路圖

Zynq7000 PS部分有以太網(wǎng)控制器，支持千兆以太網(wǎng)通信，因?yàn)椴捎寐銠C(jī)開(kāi)發(fā)PS部分，所以使用LWIP協(xié)議棧，且使用RAW API。TCP 數(shù)據(jù)包的發(fā)送主要依賴于 tcp_write 和 tcp_output 兩個(gè)函數(shù)，tcp_write 將所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)入TCP發(fā)送緩沖區(qū)等待發(fā)送，tcp_output 函數(shù)則將緩存區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。

2 數(shù)據(jù)處理與傳輸

數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程如圖11所示，計(jì)數(shù)器1～計(jì)數(shù)器4為光柵信號(hào)的采樣結(jié)果，每路光柵信號(hào)的計(jì)數(shù)結(jié)果為32位，計(jì)數(shù)器4和ADC的采樣結(jié)果共用一個(gè)32位的通道。為了保證信號(hào)的同步采集，把4路信號(hào)的計(jì)數(shù)結(jié)果合成一個(gè)128位數(shù)據(jù)。Zynq7000內(nèi)部通過(guò)AXI進(jìn)行通信，采集到的數(shù)據(jù)不能直接在Zynq7000內(nèi)部通信，首先要把它轉(zhuǎn)換成AXI格式才能在Zynq7000內(nèi)部通信。轉(zhuǎn)換成AXI-Stream之后的數(shù)據(jù)寫(xiě)入128位寬的FIFO，通過(guò)DMA控制器把數(shù)據(jù)搬運(yùn)到DDR3之中，每搬運(yùn)1024個(gè)數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生一個(gè)DMA中斷，Zynq7000的PS端啟動(dòng)TCP傳輸把DDR3中的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。

圖11 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，主要驗(yàn)證各個(gè)模塊的功能是否正確和傳輸速度能否滿足要求。經(jīng)驗(yàn)證，各個(gè)模塊的功能可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。

3.1 以太網(wǎng)通信試驗(yàn)

以太網(wǎng)通信實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要測(cè)試以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)是否正確和傳輸速度能否滿足要求。測(cè)試以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)正確性時(shí)，在Zynq7000的PL不間斷循環(huán)構(gòu)造32 bit 位寬的0～511的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。在接收端統(tǒng)計(jì)接收到的數(shù)據(jù)，選取其中2000個(gè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖12所示，在圖中接收到的數(shù)據(jù)逐次增加，每次增加到511后，數(shù)據(jù)歸零，然后再重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，可以得出以太網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)完全一致。

圖12 以太網(wǎng)傳輸測(cè)試

測(cè)試以太網(wǎng)傳輸速度時(shí)，使用ADI公司的ADALM2000產(chǎn)生1～12 MHz的方波信號(hào)，在通信穩(wěn)定后記錄以太網(wǎng)傳輸速度，測(cè)試結(jié)果如圖13所示。從圖13中可以看出，隨著采集速度逐漸增加，通信速度并未發(fā)生較大的波動(dòng)，而是穩(wěn)定在600 Mbit/s左右，可以確定設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以太網(wǎng)通信速度能夠滿足要求。

圖13 以太網(wǎng)通傳輸速度

3.2 光柵采集實(shí)驗(yàn)

光柵采集實(shí)驗(yàn)中，采集光柵信號(hào)的頻率為1～10 MHz。其中3 MHz光柵信號(hào)采集數(shù)據(jù)如圖14所示，圖中紅色圓圈中的數(shù)據(jù)為第1路光柵計(jì)數(shù)器的最低兩位，可以看出脈沖計(jì)數(shù)結(jié)果是逐次增加的，未出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。隨著采集系統(tǒng)采集速度的增加會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失的現(xiàn)象。由于計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果是逐次增加的，所以統(tǒng)計(jì)相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)之間的差值可以知道丟失數(shù)據(jù)的多少。對(duì)采集速率從1～10 MHz之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每組數(shù)據(jù)隨機(jī)抽取1000個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)相鄰數(shù)據(jù)之間的差值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖15所示。δ=0、1時(shí)，表示正常的采集數(shù)據(jù)，并未出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，當(dāng)δ=2時(shí)，表示兩個(gè)數(shù)據(jù)之間丟失一個(gè)數(shù)據(jù)的情況。從圖中可以看出當(dāng)采集速度小于4 MHz時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。當(dāng)采集速度大于4 MHz，隨著采集速度的增加，連續(xù)丟失一個(gè)數(shù)據(jù)的情況在增加，但是并未出現(xiàn)δ≥3的情況。說(shuō)明采集結(jié)果只會(huì)出現(xiàn)丟失一個(gè)數(shù)據(jù)的情況，丟失一個(gè)數(shù)據(jù)表示少采集了一個(gè)光柵脈沖，由于光柵精度比較高，丟失一個(gè)信號(hào)仍能滿足精度要求，所以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以滿足同步采集4路光柵信號(hào)，每路10 MHz的采樣要求。

圖14 3 MHz光柵信號(hào)采集數(shù)據(jù)

圖15 相鄰數(shù)據(jù)差值統(tǒng)計(jì)

3.3 ADC性能驗(yàn)證

ADC性能測(cè)試主要測(cè)試ADC采集的精度能否滿足要求，采集到的數(shù)據(jù)是否能夠恢復(fù)原來(lái)信號(hào)的波形。精度測(cè)試時(shí)，以ADALM2000產(chǎn)生3 V的直流信號(hào)，選取2000次采樣結(jié)果，結(jié)果如圖16所示。從圖16中可以看出,采樣結(jié)果在3 V左右，最大值為3.00180 V，最小值為2.99936 V，平均值為3.00010 V，最大值誤差為0.00180 V，最大相對(duì)誤差為0.06%,可以滿足測(cè)量精度的要求?；謴?fù)信號(hào)的波形測(cè)試時(shí)，以ADALM2000產(chǎn)生兩路頻率為50 Hz，幅值為3.3 V，相位相差90°的正弦信號(hào)。Matlab恢復(fù)后的波形如圖17所示，從圖17中可以看出，兩路信號(hào)的幅值可以達(dá)到3.3 V，相位差能穩(wěn)定地維持在90°，說(shuō)明設(shè)計(jì)的ADC采樣狀態(tài)機(jī)能夠很好地采集模擬量。

圖16 3 V信號(hào)采樣結(jié)果

圖17 Matlab恢復(fù)數(shù)據(jù)波形

4 結(jié)束語(yǔ)

介紹了用于塑料齒輪傳動(dòng)誤差試驗(yàn)機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)可以同步采集4路頻率高達(dá)10 MHz的光柵信號(hào)，模擬信號(hào)的采集精度達(dá)到0.06%，控制程序可以較好地實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的不足，滿足了塑料齒輪傳動(dòng)誤差試驗(yàn)機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求，也可以用于其他儀器光柵信號(hào)的采集，采用網(wǎng)絡(luò)通信，為以后儀器智能測(cè)量、遠(yuǎn)程測(cè)量奠定了基礎(chǔ)，具有很好的應(yīng)用前景。