基于FPGA的絕對式編碼器通信接口設計

　　0 引言

　　光電碼盤(pán)是一種基本的位置、速度檢測反饋單元，非常廣泛地應用于變頻器、直流伺服、交流伺服等系統的閉環(huán)控制中。為了減小體積，絕對式編碼器一般采用串行通信方式輸出絕對編碼，針對伺服電機控制等高端場(chǎng)合，為了滿(mǎn)足快速的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的控制需要，編碼輸出的速度又應該非?？?，這些不利因素都對絕對式編碼的接收增加了難度。

　　絕對式編碼器廠(chǎng)家大多為其編碼器配套了接收芯片，實(shí)現串行編碼到并行編碼的轉換，便于控制器的讀取操作。但是此類(lèi)芯片通常價(jià)格比較昂貴，大約占絕對式編碼器價(jià)格的四分之一。目前國內外高端交流伺服系統中普遍采用FPGA+DSP結構。DSP用來(lái)實(shí)現矢量變換和其它算法流程；FPGA用以實(shí)現譯碼、A、B、 Z信號輸出、I／O擴展等功能，FPGA中尚有很多資源沒(méi)有得到充分利用。本文研制了一種用于交流伺服系統中的基于FPGA的絕對式編碼器智能接口，實(shí)現與絕對式編碼器的雙工通信，接收高速數據流，同時(shí)在FPGA內部開(kāi)辟RAM空間，將收到的編碼器數據存入RAM中，DSP可以以訪(fǎng)問(wèn)內存的方式讀取數據，提高了工作速度。同時(shí)，該接口還具有奇偶校驗等糾錯功能，完全可以替代廠(chǎng)家提供的接收芯片，大幅度降低了產(chǎn)品成本。

　　1 RCN226型絕對式編碼器

　　國內外絕對式編碼器生產(chǎn)廠(chǎng)商很多，如日本的多摩川精機、德國的海德漢、國產(chǎn)的長(cháng)春三峰等。其中海德漢的RCN226型絕對式編碼器采用的是海德漢公司專(zhuān)用的EnDat2．2一位置編碼器雙向數字接口，它傳輸的數據類(lèi)型分為位置值、位置值及附加信息或參數。發(fā)送的信息類(lèi)型由模式指令選擇。模式指令決定被發(fā)送信息的內容。每個(gè)模式指令包括三個(gè)位。為確?？煽堪l(fā)送信息，每個(gè)位均采用冗余發(fā)送(反相或兩次)。其發(fā)送位置值的模式指令為"000111"。信號傳輸格式如圖1所示。

　　數據包發(fā)送與數據傳輸同步。傳輸周期從第一個(gè)時(shí)鐘下降沿開(kāi)始。編碼器保存測量值并計算位置值。兩個(gè)時(shí)鐘周期后，后續電子設備發(fā)送模式指令。編碼器發(fā)送位置值后，從起始位開(kāi)始由編碼器向后續電子設備傳輸數據。后續"錯誤位"-"錯誤1"和"錯誤2"是檢測類(lèi)信號，用于監測故障。這兩個(gè)信號相互獨立地生成，它表示編碼器發(fā)生可導致不正確位置值的故障。發(fā)生故障的確切原因保存在"工作狀態(tài)"存儲器中，并可被詳細地查詢(xún)。然后編碼器從最低有效位(LSB)開(kāi)始發(fā)送絕對位置值。其長(cháng)度取決于所用的編碼器，RCN226的絕對位置值為26位。位置值的數據發(fā)送以循環(huán)冗余校驗(CRC)結束。在數據字結尾處，必須將時(shí)鐘信號置為高電平。10至30 μ s后或1．25至3．75 μ s后(系統時(shí)鐘大于1MHz時(shí))數據線(xiàn)返回低電平。然后，時(shí)鐘信號啟動(dòng)另一次數據發(fā)送。