基于FPGA設計EnDat編碼器數據采集后續電路

摘要：隨著(zhù)集成電路技術(shù)的發(fā)展，FPGA以其體積小、速度快、功耗低、設計靈活、利于系統集成、擴展升級等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應用于高速數字信號傳輸及數據處理。EnDat數據接口是適用于編碼器的雙向數字接口。EnDat可傳輸編碼器的位置值，也能傳輸或更新保存在編碼器中的信息或保存新信息。在此介紹了EnDat接口的特點(diǎn)、功能、時(shí)序和數據傳輸、OEM數據存儲，以及編碼器數據采集后續電路設計方案，基于FPGA編碼器接口的設計，用以進(jìn)行編碼器和DSP處理器之間的通訊。
關(guān)鍵詞：EnDat；編碼器；FPGA

O 引言
EnDat接口是HEIDENHAIN專(zhuān)為編碼器設計的數字式、全雙工同步串行的數據傳輸協(xié)議，具有傳輸速度快、功能強大、連線(xiàn)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，是編碼器、光柵尺數據傳輸的通用接口。由于使用了串行傳輸方式，所以只需四條信號線(xiàn)，在后續電子設備的時(shí)鐘激勵下，數據信息被同步傳輸。數據類(lèi)型(位置值、參數、診斷信息等)由后續電子設備發(fā)送給編碼器的模式指令選擇決定。編碼器利用自然二進(jìn)制、循環(huán)二進(jìn)制(格雷碼)或PRC碼對碼盤(pán)上的物理刻線(xiàn)進(jìn)行光電轉換，將連接軸的轉動(dòng)角度量轉換成相應的電脈沖序列并以數字量輸出。它具有體積小、精度高、接口數字化及絕對定位等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于轉臺、機器人、數控機床和高精度伺服系統等諸多領(lǐng)域。

1 EnDat接口介紹
1．1 EnDat接口的特點(diǎn)
(1)高性能低成本：通用的接口適用于所有的增量和絕對式編碼器，更經(jīng)濟的電能消耗，小的尺寸和緊湊的連接方式，快速系統配置，零點(diǎn)可根據偏置值浮動(dòng)。
(2)更好的信號質(zhì)量：編碼器內部特別的優(yōu)化提高了系統精度，為數控系統提供更好的輪廓精度。
(3)更好的實(shí)用性：自動(dòng)系統配置功能；數字信號提高了系統的可靠性；監控與診斷信息有利于系統的安全；冗余碼校驗有利于可靠的信號傳輸。
(4)提高了系統的安全性：兩個(gè)獨立的位置信息及錯誤信息位，數據的校驗和應答。
(5)適用于先進(jìn)的技術(shù)發(fā)展：(高的分辨率、短的控制周期，最快16 M時(shí)鐘，安全設計理念)適用于直接驅動(dòng)技術(shù)。
1．2 EnDa2．2編碼器性能的提高
(1)傳輸位置值與附加信息可同時(shí)傳輸：附加信息的類(lèi)型可通過(guò)存儲地址選擇碼選擇。
(2)編碼器數據存儲區域包括編碼器制造商參數、OEM廠(chǎng)商參數、運行參數、運行狀態(tài)，便于系統實(shí)現參數配置。
(3)EnDa2．2編碼器實(shí)現了全數字傳輸，增量信號的處理在編碼器內部完成(內置14 Bit細分)，提高了信號傳輸的質(zhì)量和可靠性，可實(shí)現更高的分辨率。
(4)監控和診斷功能，報警條件包括：光源失效、信號幅值不足、位置計算錯誤、運行電壓太低或太高、電流消耗太大等；當編碼器的一些極限值被接近或超過(guò)時(shí)提供警告信號。
(5)更寬的電壓范圍(3．6～14 V)和傳輸速率(16 M)。