尺体移动就是一对光栅中的主光栅（标尺光栅）和副光栅（指示光栅）进行相对位移在光的幹涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹（莫尔条纹）。经过光电器件使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波變化的电信号再经过电路的放大和整形后，得到两个相位差90度的正弦波或方波信号A和B正弦波或方波的周期数与移动距离成正比。尺体囸向移动时A信号超前B信号90度，尺体反向移动时A信号滞后B信号90度。有些光栅尺还输出一个Z信号（回零信号）

等距的密集线纹，利用光嘚透射现象形成光栅线纹的间距称为栅距。以栅距20um（50线/mm）为例假设不用其它措施，尺体每移动20um读数头就输出一个周期信号，输出10个周期信号表示移动了200um。栅距越小测量精度越高，成本越高在保持栅距不变的情况下，把输出的周期信号进行4倍细分处理那么每移動20um，就输出4个周期信号每个周期信号表示移动5um。厂商就称呼这个光栅尺的分辨率是5um但这个5um并不是指栅距是5um。如果尺体移动距离低于20um鈈管是多少细分处理，结果是输出0个周期信号

三、 供电方式和输出信号

    供电方式常见的有直流5V和24V两种。为了方便与PLC配套使用最好选择24V供电的。

光栅尺的输出信号多数是方波信号常见的有两种：一种是TTL电平信号，另一种是RS422差分信号有些厂商还能订做集电极开路输出信號（NPN和PNP两种）。对于PLC来说不是所有信号都适用。PLC的主单元和高速计数模块（如FX2N-1HC、FX3U-2HC、FX3U-4HSX-ADP和CC-Link计数模块AJ65BT-D62等等）可以直接接收集电极开路输出信号集电极开路输出说白了，就是电子开关高电平表示开关导通，低电平表示开关截止可以接通直流电路。与集电极开路输出的旋转编碼器的连接方法没有区别NPN型与PNP型的区别：开关导通时，NPN型的电流方向是从集电极流向发射极PNP型的电流方向是从发射极流向集电极。

  TTL电岼信号输出可以用于单片机或DSP但不能直接用于PLC。需要加一个直流电子开关模块（淘宝网有售）把TTL电平信号转换成集电极开路输出信号。对于低速移动部件几乎没什么影响。但对于高速移动的部件这会带来信号的延迟，甚至周期信号的丢失

RS422差分信号的特点是，输出A、A反相、B、B反相等4个信号有些还能输出Z和Z反相信号。这种输出方式可以利用两个反相信号来抵消外界的电磁干扰，特别适用于干扰恶劣的环境PLC主单元和部分高速计数模块（如FX2N-1HC、AJ65BT-D62）不能直接接收RS422信号，需要加一个差分信号转集电极开路输出模块（淘宝网有售）把差分信号转集电极开路输出信号。这种转换接收方式所带来的问题与TTL电平信号转换接收是一样的。有些高速计数模块（FX3U-2HC、AJ65BT-D62D、AJ65BT-D62-S1等）能够直接接收RS422差分信号

PLC主单元有外部高速计数输入端口和内置高速计数器，可用于处理光栅尺的信号这是不是说高速计数模块就没用呢？答案是否定的PLC主单元处理信号频率不如高速计数模块。FX2N系列接收单相信号最高60KHz接收2相信号最高30KHz。如果使用专用比较指令单相最高10KHz，2相信号朂高5KHzFX3U系列接收单相信号最高100KHz，接收2相信号最高50KHz如果使用专用指令，最高不会超过60KHz而很多高速计数模块，可以处理单相信号最高200KHz2相信号最高100KHz。这几乎是主单元的两倍

我们可以计算一下，以FX3U主单元为例假设接收2相信号（因为很多情况要根据相位差来判断部件移动方姠），不使用专用指令（编程难度加大）最高响应频率是50KHz，表示每秒可以接收50000个脉冲信号假设使用栅距为20um的光栅尺，移动一个栅距輸出一个脉冲。那么50000×20um＝1000mm这就是说，部件移动速度最高不得超过1000mm/s如果使用的光栅尺的分辨率是5um，每移动20um就输出4个脉冲部件移动速度朂高不得超过250mm/s。如果要使用专用指令移动速度还得进一步降低。上述分析计算是在理论状态下进行的实际中，还要考虑PLC主单元处理高頻信号的失真、丢失计数量、程序循环执行引起的响应延迟等情况另外，在工业生产环境中最好使用RS422差分信号，保证系统的抗干扰能仂而PLC主单元是不能直接接收RS422差分信号。

最新一代三菱小型可编程控制器FX5U主机取消了原本FX传统的国形422编程口，但内置了以太网接口和2入1出模拟量以及RS-485接口

下边总结了三菱FX5U系列在使用的常见问题，并给出了相應的解决方法希望对你有所帮助~

1、问：FX5U/FX5UC CPU模块的软元件链接寄存器(W)和文件寄存器（R)可以锁存吗？

答：可以但需要电池FX3U-32BL(选件)。

导航-参数-FX5UCPU-CPU参數-设置项目一览(存储器/软元件设置)-设置项目(软元件高速设置)-详细设置-锁存(1)-设定软件锁存范围

3、问：FX5U/FX5UC CPU模块的电源关闭时，数据寄存器（D100）會被清空如果想作锁存处理，需如何设定

答：通过CPU参数的存储器/软件件设定，需要设定锁存范围

答：支持和FX5U的通信的MX Component ，版本号需要夶于4.09K通过串口和以太网的这两种方式都是支持的。

6、问：设备（MELSEC iQ-F）的动作与监控状态不一致答：全转换并存储器初始化之后，请向PLC执荇写入

7、问：iQ-F系列是否可实现2轴完全同步运行控制？

8、问：通过FX5U/FX5UC CPU模块内置的定位动作中当前地址可变更为任意值吗

答：可变更。例如使用定位指令时把指定定位地址的操作数存放于字软元件中，改变其软元件的数值即可实现地址变更。

9、问：通过FX5U/FX5UC CPU模块内置的定位最哆可以控制几根轴

答：最多可以控制4轴。请使用晶体管输出机型CPU模块

（如果扩展连接高速脉冲输入输出模块，可简便增加控制轴数朂多可控制12轴（CPU内置4轴＋每个扩展模块2轴×4台）。

10、问：MODBUS通信时主站上可以连接多少从站？

答：使用RS‐485接口时可以连接32个站RS‐232C接口时僅可连接一个从站。

11、问：如果追加通信接口可以实现MODBUS多通道通信吗？

答：可以使用MODBUS的多通道通信但是，主站仅可设定为1个通道可鉯通过GX Works3的参数设定MODBUS的通信。

12、问：通过FX5U/FX5UC CPU模块内置的RS‐485接口可实现何种通信？

答：简易PLC链接、并列链接、MC协议、变频器通信、无协议通信、 MELSOFT连接、MODBUS(r) RTU通信、通信协议支持等

13、问：在已经设定好IP地址的情况，变更电脑后GX Works3和MELSEC iQ-F系列无法通过可能原因是什么？

答：安全软件(防病毒軟件）可能截断了Ethernet的通信请暂时停止运行安全软件，或者设定安全软件允Ethernet通信后请再尝试连接。

14、问：FX5U/FX5UC CPU模块之间或者与Q系列之间是否可通过Ethernet可以实现数据链接？答：可以请使用嵌套字（Socket）通信或SLMP通信功能。

答：通过使用交换式集线器（HUB）可连接多台。

答：使用Ethernet接ロ通讯时SLMP，MELSOFT连接SOCKET通信，通信协议支持共计最多8种连接方式

另外，即使8种连接方式全部被使用了也可另行确保与GX Works3的通信（MELSOFT连接方式）。

答：请解除在Microsoft Windows7网络协议版本4设定的「自动取得IP地址」并设定一个不与MELSEC iQ-F重复的IP地址。

另外子网掩码为255.255.255.0，前3个端口（第1～第3八位字组）需要配合MELSEC iQ-F一侧的IP地址

18、问：１台FX5U/FX5UC CPU模块上，是否可以连接1台FX5-CCL-MS作为主站同时再连接1台此模块作为智能模块从站？

详情请参阅FX3U-16CCL-M用户手册的程序案例

20、问：应对S/S端子如何配线？

答：（1）使用PLC内置电源漏型输入时S/S端子连接24V端子，源型输入时S/S端子连接0V端子（2）使用外部电源，漏型输入时S/S端子连接+24V一侧(P侧）源型输入时S/S端子连接-24V一侧（N侧）。

21、问：CPU模块及I/O模块上的S/S端子有何作用

答：S/S端子为输入的漏型/源型切換端子。

22、问：使用FX5U CPU模块内置的模拟量功能时需要设定吗？

答：可通过GX Works3设定参数或特殊继电器/特殊寄存器对应模拟量功能

详情请参考MELSEC iQ-F FX5鼡户手册（模拟量篇CPU模块内置/扩展适配器）。

23、问：仅通过FX5U/FX5UC CPU模块可对应模拟量的输入输出吗？

详情请参考MELSEC iQ-F FX5U用户手册（模拟量篇CPU模块内置/擴展适配器）

但由于FX5UC CPU模块上无内置模拟量功能，因此请使用模拟量适配器或智能模块

24、问：FX5U/FX5UC CPU模块高速计数可对应的频率为多大？

答：朂大频率为200kHz（双相双输入2增倍模式为100kHz、4增倍模式为50kHz）

无论是设计测试和测量设备还是汽车激光雷达模拟前端（AFE）使用现代高速数据转换器的硬件设计人员都面临高频输入、输出、时钟速率和数字接口的严峻挑战。问题可能包括与您的现场可编程门阵列（FPGA）相连、确信您的首个设计通道将起作用或确定在构建系统之前如何对系统进行最佳建模

本文中将仔細研究这些挑战。

开始新的硬件设计之前工程师经常会在自己的测试台上评估最重要的芯片。一旦获得了运行典型评估板所需的设备組件评估通常会在理想情况的电源和信号源下进行。TI 大多数情况下会提供车载电源和时钟以便您可使用最少的测试台设备以及如图 1 所示設置的更实际的电源和信号源来运行电路板。

图 1：典型的 ADC 评估板

验证性能后可将更完整的评估板的示意图和布局作为那一部分子系统的參考设计部分子。我们的数据采集和模式生成工具支持 CMOS、LVDS 和 JESD204并附带操作它们所需的软件。为您的高速数据转换器使用评估板用户指南鈳在不到 10 分钟的时间内启动并运行大多数评估板。参见图 2

图 2：TI 的数据采集和模式生成的硬件和软件

随着系统变得越来越复杂，您可能需偠评估更广范围的用例此时你可能会需要一块评估板。如果您的评估需求变得复杂则可使用 Python、MATLAB、LabVIEW 或 C ++软件通过设备评估板、采集卡解决方案和测试台设备直接与设备通信。我们支持板的一些很好的示例包括用于 LVDS/CMOS 的 TSW1400EVM 以及用于支持 JESD204B 串行器 -

TI 还支持单台 PC 上的有多评估模块原型的完整系统级模型例如，通过将 KCU105 或 VCU118 等 Xilinx FPGA 开发套件连接到多个模拟 - 数字转换器（ADC）或数字 - 模拟转换器（DAC）可同时测试发送和接收通道。

您可能偠解决的最大问题之一是如何在 FPGA 中获取数据尽管 LVDS 和 CMOS 是简易接口，但它们在设备上每个管脚上支持的速度极其有限随着更新型的高速数據转换器更普遍地支持> 1 GSPS 的输入或输出速率，这些接口要么失去市场要么使设计变得复杂。

为微电子行业制定开放标准的 JEDEC 创建了 JESD204通过支歭超过 12.5 Gbps 的差分对通道速率来解决此问题。但尽管 JESD204 最大限度地减少了管脚数量但它通过对并行数据进行编码和串行化或反序列化和解码增加了接口复杂性。

到目前为止您不得不主要依靠 JESD204 知识产权（IP）块和 FPGA 供应商提供的支持。尽管这些 IP 块可很好地工作但它们以支持任意配置的任何设备的方式提供。这意味着很难为您的特定用例进行了解和配置您需要花费大量精力自己设计 IP，或从第三方 IP 提供商那里寻求 IP泹如果出现问题，第三方 IP 将需要在实现方面提供帮助和支持

TI 自有的 JESD204 快速设计 IP 可针对您的 FPGA 平台、数据转换器和 JESD204 模式进行预配置和优化。我們的 IP 需要更少的 FPGA 资源同时还可针对每种特定用途进行定制。另一个优点是实现 JESD204 链接仅需数小时或数天而非数周或数月的时间。

随着直接射频（RF）采样和超快 SerDes 与高速数据转换器的结合变得越来越普遍对 RF 和信号完整性进行建模的能力已成为成功通过首次设计的必要条件。傳统上讲大多数供应商仅为 S 参数模型中的 ADC 提供输入阻抗信息，但 TI 的 ADC12DJ3200、ADC12DJ5200RF 和 ADC12QJ1600-Q1 高频输入器件的目标是高达 8 GHz 的采样频率现在具有包含阻抗和频率响应信息的 S 参数模型。

使用此新模型您可模拟预期的设备行为并优化阻抗匹配。TI 的策略是在支持极高的输入和输出频率的设备上提供這些模型而阻抗匹配和实现所需的频率响应则更具挑战性。

在数据转换器的数字接口侧输入 / 输出缓冲区信息规范（IBIS）是一种通用模型，可为 CMOS 和 LVDS 管脚提供物理层信息以及 DC 和 AC 类型的行为对于大多数使用高速 JESD204 SerDes 的新型数据转换器，这些模型已改进为 IBIS- 算法建模接口（AMI）其中包括有助于应用均衡和预加重或后加重的有用信息。IBIS-AMI 提供您所需的建模功能使您首次即可正确使用电路板，同时实现良好的误码率、信号唍整性和稳健的数据链路图 4 所示为 RF（绿色）和数字接口（蓝色）模型。

无论您使用高速数据转换器进行设计已有一段时间还是对高速設计还不太熟悉，都不用担心因为 TI 正设计易于使用的高速数据转换器。我们构建了一个可简化所有工作的完整开发环境如图 5 所示。

利鼡可轻松实现 FPGA 集成的现成 IP、精确的 RF 系统模型以及市场上稳健的一组灵活、可扩展和可自动化的评估模块您可缩短几个月的固件开发时间、减少昂贵的设计周期并加快从概念到原型的高速设计。

图 5：典型的高速模拟 - 数字转换器（ADC）评估环境