一種多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡、總線、采樣信號線以及兩個以上的測量板卡，數(shù)據(jù)采集卡包括由時鐘發(fā)生器、控制信號發(fā)生器、總線控制器和與門組成的采樣信號控制模塊，控制信號輸出高電平時，與時鐘信號與門后的采樣信號控制每個測量板卡同步采集數(shù)據(jù)以及控制數(shù)據(jù)采集卡停止總線數(shù)據(jù)采集，控制信號輸出低電平時，與時鐘信號與門后的采樣信號控制每個測量板卡同步停止采集數(shù)據(jù)以及控制數(shù)據(jù)采集卡進行總線數(shù)據(jù)采集。本發(fā)明提供的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)各板卡數(shù)據(jù)采集的納秒鐘級同步，并且無需增加總線寬度，特別適用于高精密高速多軸加工設(shè)備的多個激光計數(shù)卡的同步數(shù)據(jù)采集。
【專利說明】一種多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)，特別涉及一種用于高精密加工過程的多軸激光位置測量的多板卡數(shù)據(jù)采集的納秒級同步采樣系統(tǒng)，屬于自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在精密測試領(lǐng)域，激光外差干涉測量因具有響應(yīng)速度快、測量范圍大、信噪比高、能夠克服方向模糊且不受光強變化的影響等優(yōu)點而獲得了廣泛應(yīng)用。在諸如IC等高精密多軸加工設(shè)備中，往往需要對多個軸激光計數(shù)卡數(shù)據(jù)同時進行采集，這些加工設(shè)備精度需要達到納秒級，工件臺運動速度達到數(shù)米/秒?？紤]到位置信號是測量自正在移動工作臺位移，因采用異步采樣-異步輸出的方法得到激光計數(shù)卡輸入端的位置信號與臺體定位采樣時刻點有著不相同的延遲，激光測量數(shù)學模型成立的前提條件是:各個工件臺各自激光測量軸的總體位置采樣延遲一致。位置采樣延遲為被控對象位置測量時刻與控制系統(tǒng)得到該位置信息的時刻之間的時間差，工作臺超精密運動控制對位置測量有納秒級的同步需求，各軸之間采樣延遲誤差將會帶來較大的測量誤差，而使工作臺的精密運動控制失效。因此，數(shù)據(jù)異步采集-異步發(fā)送的方法不適用于高精密高速多軸加工設(shè)備中。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中多軸激光計數(shù)卡多軸數(shù)據(jù)采集同步方法通常采用一單獨鎖存信號對所有板卡進行同時數(shù)據(jù)鎖存，具體為:數(shù)據(jù)采樣時鐘不間斷產(chǎn)生，將激光干涉得到的位置數(shù)據(jù)實時跟新至FIFOl中，在同步鎖存時刻，通過用一鎖存信號脈沖對所有板卡進行數(shù)據(jù)鎖存，將FIFOl中數(shù)據(jù)放入FIF02中。這樣，所有板卡數(shù)據(jù)都在同一時刻被鎖存。
[0004]但是現(xiàn)有技術(shù)采用鎖存信號對所有板卡進行同步數(shù)據(jù)鎖存的方法也存在明顯的缺陷與不足:一是需要增加一根連接所有激光計數(shù)卡的鎖存信號總線，由此增加了總線、底板制版等費用成本，以及為提高信號線的穩(wěn)定性而增加的電容、電感等元件的成本；二是采用鎖存信號控制數(shù)據(jù)同步采樣的方法兼容性較差，不能適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)采集卡，實現(xiàn)代碼復(fù)雜、通用性差；三是鎖存信號只能控制各通道同步停止數(shù)據(jù)采集和更新，不能控制各通道數(shù)據(jù)采集和總線數(shù)據(jù)采集的交替進行，增加了數(shù)據(jù)傳輸過程的時間誤差；四是只能通過直接改變鎖存信號來調(diào)整采樣點及采樣周期，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)存在的需要增加專用的鎖存信號總線，增加了控制電路成本，以及系統(tǒng)兼容性較差等缺陷與不足，提供一種通過多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)，通過特定的同步采樣時鐘控制信號控制各板卡同步采集和更新數(shù)據(jù)，以及控制各板卡數(shù)據(jù)采集與總線數(shù)據(jù)采集的交替進行，實現(xiàn)各板卡數(shù)據(jù)采集的納秒鐘級同步，并且不需要增加總線寬度，成本較低、兼容性強，特別適用于高精密高速多軸加工設(shè)備的多個激光計數(shù)卡的同步數(shù)據(jù)采集。
[0006]本發(fā)明為實現(xiàn)技術(shù)目的采用的技術(shù)方案是:一種多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡、總線、采樣信號線以及兩個以上的測量板卡，所述數(shù)據(jù)采集卡包括由時鐘發(fā)生器、控制信號發(fā)生器、總線控制器和與門組成的采樣信號控制模塊，所述時鐘發(fā)生器發(fā)出的時鐘信號和控制信號發(fā)生器發(fā)出的控制信號經(jīng)過與門形成采樣信號并經(jīng)采樣信號線輸出到每個測量板卡，所述控制信號的周期大于時鐘信號并且為時鐘信號周期的整數(shù)倍，所述控制信號的周期即為測量伺服周期，所述控制信號輸出高電平時，與時鐘信號與門后的采樣信號控制每個測量板卡同步采集數(shù)據(jù)，同時所述控制信號還控制數(shù)據(jù)采集卡停止總線數(shù)據(jù)采集，所述控制信號輸出低電平時，與時鐘信號與門后的采樣信號控制每個測量板卡同步停止采集數(shù)據(jù)并存儲到FIFO內(nèi)，同時所述控制信號還控制數(shù)據(jù)采集卡進行總線數(shù)據(jù)采集。
[0007]—種多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)，所述測量板卡為激光計數(shù)卡。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果在于:
[0009]1、通過與門后的特定的采樣信號控制各板卡在采樣時刻同時停止采樣，各板卡的寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)同步停止更新，達到數(shù)據(jù)鎖存的目的，相比較通過獨立鎖存信號線進行數(shù)據(jù)鎖存的方法而言節(jié)約了總線，并由此節(jié)約了底板制版費用、為提高信號線的穩(wěn)定性而增加的電容、電感等元件費用，降低了控制電路成本。
[0010]2、本發(fā)明的采樣信號通過控制采樣時鐘同步停止FIFOl更新來達到數(shù)據(jù)不變的目的，與鎖存信號控制同步將FIFOl數(shù)據(jù)放入FIF02中，但所有FIFOl還是持續(xù)更新的控制方法相比，具有兼容性強的優(yōu)點，數(shù)據(jù)采集卡代碼在不同品牌的數(shù)據(jù)采集卡上能夠快速移植。
[0011]3、控制采樣時鐘信號控制模塊向總線控制器發(fā)出的控制信號，可控制各測量板卡塊數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕惶孢M行，確保各板卡數(shù)據(jù)采集的同步鎖存與傳輸。
[0012]4、通過控制信號頻率的調(diào)節(jié)可實現(xiàn)改變數(shù)據(jù)采樣頻率的作用，與現(xiàn)有技術(shù)通過改變采樣時鐘頻率來調(diào)節(jié)采樣頻率的方法相比較，改變控制信號頻率擁有更強的兼容性，在所有類型板卡都能夠技術(shù)上通用，并且可控性更強。另一方面，保持激光計數(shù)卡采樣時鐘頻率不變，使系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性，在系統(tǒng)運行過程中可無縫隙實時修改同步采樣間隔時間，并具有代碼實現(xiàn)更為簡單等優(yōu)勢。
[0013]5、可通過修改控制信號在線調(diào)整采樣時刻點，具有比通過直接改變采樣信號進行采樣點及采樣周期調(diào)整的方法多一層冗余，因而更具穩(wěn)定性。
[0014]6、本發(fā)明提供的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)應(yīng)用于高精密高速多軸加工設(shè)備中多軸位置測量中，能夠滿足多軸位置測量時刻點納秒級同步的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)的采樣時鐘信號控制模塊的示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)的采樣信號的時序圖。
【具體實施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。[0019]圖1為本發(fā)明的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖，包括數(shù)據(jù)采集卡、總線、采樣時鐘信號線以及兩個以上的測量板卡，測量板卡可以為激光計數(shù)卡或者其它種類的計數(shù)卡。數(shù)據(jù)采集卡與各個測量板卡掛接在同一總線上，數(shù)據(jù)采集卡可通過總線從收集各測量板卡采集到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集卡與各測量板卡之間還連接有采樣信號線，數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出的采樣信號通過采樣信號線輸出到各測量板卡。
[0020]圖2為本發(fā)明的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)的采樣時鐘信號控制模塊的示意圖，該模塊位于數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)。采樣時鐘信號控制模塊由四部分組成，時鐘發(fā)生器，控制信號發(fā)生器，總線控制器，與門，時鐘發(fā)生器優(yōu)選10MHZ時鐘發(fā)生器。時鐘發(fā)生器發(fā)出的時鐘信號(a)和控制信號發(fā)生器發(fā)出的控制信號(b )經(jīng)與門后形成采樣信號(c )，采樣信號(c )經(jīng)采樣信號線輸出到各測量板卡，控制信號(b)還輸出到總線控制器。
[0021]參見圖3，本發(fā)明的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)的時鐘信號(a)、控制信號(b)和采樣信號(C)的時序圖。控制信號(b)的周期大于時鐘信號(a)并且為時鐘信號(a)周期的整數(shù)倍，并且控制信號(b)的上升沿與時鐘信號(a)的一個上升沿起點時刻相同?？刂菩盘?b)的周期即為測量伺服周期，上升沿表示新的伺服周期開始?？刂菩盘?b)輸出的高低電平將測量伺服周期分為兩個部分。測量伺服周期的第一部分，控制信號(b)輸出的高電平與時鐘信號(a)與門后輸出采樣信號(C)，控制各測量板卡按照時鐘信號(a)的頻率進行數(shù)據(jù)采集，并將不斷將數(shù)據(jù)更新存放到FIFO中，同時，控制信號(b)的高電平還控制數(shù)據(jù)采集卡停止總線數(shù)據(jù)采集。測量伺服周期的第二部分，控制信號(b)輸出的低電平與時鐘信號(a)通過與門后輸出采樣信號(C)，控制各測量板卡在輸入低電平時刻同時停止數(shù)據(jù)采樣和更新，使存放到FIFO中為同一時刻采樣數(shù)據(jù)，同時，控制信號(b)的低電平還控制總線控制器、并進一步控制數(shù)據(jù)采集卡通過總線從各測量板卡采集數(shù)據(jù)。測量伺服周期的第二部分，總線數(shù)據(jù)交互時，所有測量板卡內(nèi)FIFO數(shù)據(jù)不會被刷新改變，故可知所有掛接在總線上的所有測量板卡的采樣時刻是一致的，各測量板卡的鎖存時刻也具有一致性，能夠滿足多板卡的數(shù)據(jù)同步采樣的要求。
[0022]本發(fā)明提供的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)，能保證各個測量板卡的采樣時刻嚴格保持一致，各測量板卡之間的采樣時差為采樣脈沖在總線上的延時，一般在Ins以內(nèi)，本發(fā)明的應(yīng)用在高精密高速多軸加工設(shè)備的測試中，能夠滿足對工作臺超精密運動控制對位置測量納秒級的同步需求。
[0023]本發(fā)明提供的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)，可以方便地通過調(diào)節(jié)控制信號(b)的頻率實現(xiàn)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)采集頻率的作用，在實踐中具有非常重要的意義。有些激光計數(shù)卡數(shù)據(jù)采集需要固定的幾個時鐘周期后才能達到穩(wěn)定，例如安捷倫激光計數(shù)卡需要數(shù)個10MHZ采樣脈沖才能得到穩(wěn)定數(shù)據(jù)，因此需要控制激光計數(shù)卡在多個時鐘周期后進行數(shù)據(jù)采樣。現(xiàn)有技術(shù)控制激光計數(shù)卡的采樣時刻，通常采用改變激光計數(shù)卡的采樣時鐘頻率實現(xiàn)，但是這種方法有嚴重的局限性:一是部分激光計數(shù)卡的采樣時鐘頻率無法調(diào)節(jié)；二是即使部分激光計數(shù)卡的采樣時鐘頻率可以調(diào)節(jié)，但是導(dǎo)致代碼復(fù)雜、操作不便，并且使整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性變差。而本發(fā)明提供的多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)控制信號的頻率實現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣頻率的調(diào)節(jié)，具有更強的兼容性和可控性，在所有類型板卡都能夠通用，并且激光計數(shù)卡采樣時鐘頻率不變使系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性，可在系統(tǒng)運行過程中無縫隙實時修改同步采樣間隔時間，代碼實現(xiàn)更為簡單。
【權(quán)利要求】
1.一種多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡、總線以及兩個以上的測量板卡，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集卡包括由時鐘發(fā)生器、控制信號發(fā)生器、總線控制器和與門組成的采樣信號控制模塊，所述時鐘發(fā)生器發(fā)出的時鐘信號和控制信號發(fā)生器發(fā)出的控制信號經(jīng)過與門形成采樣信號并經(jīng)采樣信號線輸出到每個測量板卡； 所述控制信號的周期即為測量伺服周期，所述控制信號的周期大于時鐘信號并且為時鐘信號周期的整數(shù)倍，所述控制信號輸出高電平時，與時鐘信號與門后的采樣信號控制每個測量板卡同步采集數(shù)據(jù)，同時所述控制信號還控制數(shù)據(jù)采集卡停止總線數(shù)據(jù)采集，所述控制信號輸出低電平時，與時鐘信號與門后的采樣信號控制每個測量板卡同步停止采集數(shù)據(jù)并存儲到FIFO內(nèi)，同時所述控制信號還控制數(shù)據(jù)采集卡進行總線數(shù)據(jù)采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多板卡數(shù)據(jù)同步采樣系統(tǒng)，其特征在于:所述測量板卡為激光計數(shù)卡。
【文檔編號】G05B19/418GK103914052SQ201410157498
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】周柔剛, 周云飛, 涂驍, 劉廣斗, 紀善昌, 汪松, 嚴思杰 申請人:華中科技大學