与FPGA正确配合后，角度传感器可以帮助工程师构建无与伦比的机械设备。自人类发明转轮以来，我们一直希望了解如何通过改变精度来提高转轮的旋转效率。在过去的几个世纪中，科学家和工程师已经开发出许多方法来实现这一目标。在此期间，轮轴系统的基本原理已被广泛使用，从汽车，音量旋钮，各种机械齿轮到简单的手推车，几乎每个机械系统都采用该原理[1]。经过多次探索，人们发现，使转轮有效运行的最重要因素不是转轮本身（为什么不完全重新发明它？），而是转轮的轴线角度。当前，测量和优化轴角的最有效方法是使用角度传感器。角度传感器的种类很多，可以通过监视和改进车轮轴来提高车轮效率。但是，如果一起使用FPGA，则可以达到非常显着的效果，同时可以提高许多应用中的轮轴/轮效率。在详细描述工程师如何最好地使用Xilinx FPGA实现上述目标之前，让我们简要回顾一下角度传感器的一些基本原理。当前广泛使用的是两种类型的角度传感器，编码器和旋转变压器。编码器和解析器的类型编码器分为两个基本类别：增量式和绝对式。增量编码器可以监视轴上的两个位置，并且每次轴穿过这两个位置时都可以生成A或B脉冲。然后，独立的外部电子计数器根据这些脉冲来解释旋转的速度和方向。尽管适用于许多应用程序，但增量计数器确实存在一些缺点。例如，在轮轴失速的情况下，增量编码器必须在开始运行之前首先通过调整回指定的校准点来实现自校准。此外，增量计数器容易受到电干扰，导致发送给系统的脉冲不正确，从而导致旋转计数错误。不仅如此，许多增量式编码器都是光电设备。如果它们影响目标应用，则不能在有辐射危险的区域中使用。绝对编码器是一种传感器系统，可监视轮轴的旋转计数和方向。在基于绝对编码器的系统中，用户通常使用电触点或光电基准将转轮连接到车轴。当车轴运行时，基于绝对编码器的系统将记录旋转和运行方向，同时生成可轻松转换为代码的并行数字输出（最常见的是二进制代码或格雷码）。绝对值编码器的优点在于，它们只需要校准一次（通常在工厂中），而无需在每次使用前进行校准。另外，绝对编码器通常比其他编码器更可靠。但是，绝对编码器通常很昂贵，并且不利于并行数据传输，尤其是当测量其读数的电子系统距离编码器很远时。旋转变压器本身就是一个旋转变压器-一种模拟设备，其输出电压与它监视的输入轴角度唯一相关。它是绝对位置传感器，旋转角度为0o〜360o，直接连接到车轴并报告速度和位置。与编码器相比，旋转变压器具有许多优势。旋转变压器非常坚固可靠，能够承受灰尘，油污，极端温度，振动和辐射的恶劣环境。作为变压器，旋转变压器可以提供信号隔离和电干扰的自然共模抑制。除这些功能外，旋转变压器仅需四根导线即可进行角度数据传输，从而使其适用于从重工业，微型系统到航空航天工业的各种应用。无刷旋转变压器得到了进一步的改进，它不需要连接到转子的滑环上。因此，该旋转变压器更加可靠，并且使用寿命更长。旋转变压器使用两种方法来获得与轴角有关的输出电压。在第一种方法中，图1所示的转子绕组被交变信号激励，并且输出来自两个定子绕组。由于定子在机械上定位到正确的角度，因此输出信号幅度与轴角的三角正弦和余弦有关。正弦和余弦信号都与原始激励信号具有相同的相位。当轮轴旋转时，它们的振幅仅由正弦和余弦调制。图1旋转变压器的转子励磁第二种方式是通过交流发电机对定子绕组进行励磁。