基于FPGA的绝对式编码器通信接口设计

2010-04-21 21:35:31来源: 沈阳工业大学

  0 引言

  光电码盘是一种基本的位置、速度检测反馈单元,非常广泛地应用于变频器、直流伺服、交流伺服等系统的闭环控制中。为了减小体积,绝对式编码器一般采用串行通信方式输出绝对编码,针对伺服电机控制等高端场合,为了满足快速的电流环、速度环、位置环的控制需要,编码输出的速度又应该非常快,这些不利因素都对绝对式编码的接收增加了难度。

  绝对式编码器厂家大多为其编码器配套了接收芯片,实现串行编码到并行编码的转换,便于控制器的读取操作。但是此类芯片通常价格比较昂贵,大约占绝对式编码器价格的四分之一。目前国内外高端交流伺服系统中普遍采用FPGA+DSP结构。DSP用来实现矢量变换和其它算法流程;FPGA用以实现译码、A、B、 Z信号输出、I/O扩展等功能,FPGA中尚有很多资源没有得到充分利用。本文研制了一种用于交流伺服系统中的基于FPGA的绝对式编码器智能接口,实现与绝对式编码器的双工通信,接收高速数据流,同时在FPGA内部开辟RAM空间,将收到的编码器数据存入RAM中,DSP可以以访问内存的方式读取数据,提高了工作速度。同时,该接口还具有奇偶校验等纠错功能,完全可以替代厂家提供的接收芯片,大幅度降低了产品成本。

  1 RCN226型绝对式编码器

  国内外绝对式编码器生产厂商很多,如日本的多摩川精机、德国的海德汉、国产的长春三峰等。其中海德汉的RCN226型绝对式编码器采用的是海德汉公司专用的EnDat2.2一位置编码器双向数字接口,它传输的数据类型分为位置值、位置值及附加信息或参数。发送的信息类型由模式指令选择。模式指令决定被发送信息的内容。每个模式指令包括三个位。为确保可靠发送信息,每个位均采用冗余发送(反相或两次)。其发送位置值的模式指令为"000111"。信号传输格式如图1所示。

  数据包发送与数据传输同步。传输周期从第一个时钟下降沿开始。编码器保存测量值并计算位置值。两个时钟周期后,后续电子设备发送模式指令。编码器发送位置值后,从起始位开始由编码器向后续电子设备传输数据。后续"错误位"-"错误1"和"错误2"是检测类信号,用于监测故障。这两个信号相互独立地生成,它表示编码器发生可导致不正确位置值的故障。发生故障的确切原因保存在"工作状态"存储器中,并可被详细地查询。然后编码器从最低有效位(LSB)开始发送绝对位置值。其长度取决于所用的编码器,RCN226的绝对位置值为26位。位置值的数据发送以循环冗余校验(CRC)结束。在数据字结尾处,必须将时钟信号置为高电平。10至30 μ s后或1.25至3.75 μ s后(系统时钟大于1MHz时)数据线返回低电平。然后,时钟信号启动另一次数据发送。

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关键字:FPGA  RCN226  绝对式编码器  通信接口

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0421/article_1094.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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