基于FPGA的X-Y二维扫描台位置检测方案

基于FPGA的X-Y二维扫描台位置检测方案

引言

1、X-Y二维扫描台位置检测原理

2、X-Y二维扫描台位置检测的FPGA设计方案

选用Spartan-II系列FPGA（XC2S15-5VQ100）作为X-Y二维扫描台的位置检测电路，并行的对X、Y两路光栅信号的进行辨向、细分、计数，并提供与控制器的接口，实时可靠的将X、Y向位置数据传送给控制器。

对Y向同样如此。本论文只以X向说明之。

2.1、辨向细分设计

由图1和图2可知，当光栅正向移动时，A相、B相的电平逻辑表现为“00”→“10”→“11”→“01”→“00”序列；当光栅反向移动时，A相、B相的电平逻辑表现为“00”→“01”→“11”→“10”→“00”序列。因此，只要能辨别出这两种序列，就能实现辨向。

2.2、可逆计数器设计

用两个16位二进制计数器对两路脉冲信号XCU、XCD分别计数，然后用一个16位减法器对此两个计数器的计数值作差，被减数为XCU的计数值XUPCNT，减数为对XCD的计数值XDOWNCNT，其差作为X向的位置数据XCNT。这样，XCU有计数脉冲时，XCNT就会增加，而XCD有计数脉冲时，XCNT就会减小，实现了可逆计数。结合前面的辨向细分电路，使X向的位置数据在正向位移时增加，反向位移时减少。位置数据的变化真实反映了位移情况。

2.3、接口电路设计

接口电路是控制器实时可靠读取X向、Y向的位置数据或清零的接口。接口电路由译码电路、输出三态缓冲器组成。接口电路与控制器的16位数据线CNT用于FPGA向控制器传送位置数据，控制器的3位地址线ADDR作为译码电路的输入：能分别输出X、Y向位置数据，以及分别对X、Y向计数器清零。译码电路可使X向、Y向位置数据复用16位数据线，高效的利用控制器的端口资源；对3位地址信号译码产生清零信号，能有效地防止在只使用一根信号线时受干扰等原因而引起的误清零现象。

在ISE6.1i开发平台上，用VHDL语言对辨向细分、计数、接口电路进行编程实现。图4是仿真波形。

4、结论

用FPGA实现X-Y二维扫描台的位置检测电路，提高了系统的集成度，位置检测快速可靠。并且，FPGA工作频率高、设计灵活，可减少生物芯片扫描仪进一步提升扫描速度和扫描分辨率的开发时间和成本。