基于FPGA的RCN223****式編碼器通訊接口設(shè)計
夏加寬，李曉帆（沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，沈陽110178）
摘要：實現(xiàn)了一種基于FPeA(現(xiàn)場可編程門陣列)的****式碼盤智能接口的設(shè)計，用以進行****式編碼器和DSP處理器之間的通訊。此接口根據(jù)FPCA模塊化設(shè)計的特點，把整個設(shè)計任務(wù)劃分為若干功能模塊，分別對這些模塊進行設(shè)計，最后把各個功能模塊進行綜合，以完成整個設(shè)計。實驗結(jié)果表明，該接口完全可以替代價格昂貴的專用接口芯片，降低產(chǎn)品成本。
關(guān)鍵詞：****式編碼器；接口；FPGA
中圖分類號：TP271 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-6848 (2010)01-0054-03
0引 言
光電編碼器是一種基本的位置、速度檢測反饋單元，很廣泛的應(yīng)用于變頻器、直流伺服、交流伺服等系統(tǒng)的閉環(huán)控制申[1]，為了減小編碼器的體積，****式光電編碼器一般采用串行通訊方式輸出****二進制編碼，對于伺服電機控制等高端場合，為了滿足快速的電流環(huán)、速度環(huán)、以及位置環(huán)的控制速度需要，編碼輸出數(shù)據(jù)速度又應(yīng)該非常快，以上不利因素都對****式編碼的接收增加了難度[3]。
世界各國的****式編碼器生產(chǎn)廠家大多為其編碼器配套了相應(yīng)的接收芯片，自動完成串行編碼到并行編碼的轉(zhuǎn)換，方便了控制器的讀取操作。但是由于此類芯片通常價格比較昂貴，大約占****式編碼器價格的四分之一。目前國內(nèi)外高端交流伺服系統(tǒng)中普遍采用FPGA+DSP結(jié)構(gòu)，DSP用來實現(xiàn)矢量變換和其它算法流程；FPGA用以實現(xiàn)譯碼、A、B、Z信號輸出、1/0擴展等功能，F(xiàn)P-GA中尚有很多資源沒有得到充分利用。本文研制了一種用于交流伺服系統(tǒng)中的基于FPGA的****式編碼器接口，實現(xiàn)與****式編碼器的雙工通訊，接收高速數(shù)據(jù)流，同時在FPGA內(nèi)部開辟RAM空間，將收到的編碼器數(shù)據(jù)存入RAM中，DSP可以以訪問內(nèi)存的方式讀取數(shù)據(jù)，提高了工作速度。同時，該接口還具有CRC（循環(huán)冗余校驗）校驗等糾錯功能，基本能夠替代廠家提供的專用接收芯片，大幅度降低了產(chǎn)品成本。
1 RCN223型****式編碼器
國內(nèi)外****式編碼器產(chǎn)品種類很多，如日本的多摩川精機、內(nèi)密控、德國的海德漢、美國的丹納赫、國產(chǎn)的長春三峰等[3]。其中海德漢的RCN223型****式編碼器采用的是海德漢公司專用的EnDat2.2一位置編碼器雙向數(shù)字接口，它傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型分為位置值，位置值及附加信息或參數(shù)[4].發(fā)送的信息類型模式指令選擇。模式
指令決定被發(fā)送信息內(nèi)容。每個模式指令包括三個Bit。為確保可靠發(fā)送信息，每個Bit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(shù)據(jù)包發(fā)送與數(shù)據(jù)傳輸同步。傳輸周期從第一個時鐘下降沿開始。編碼器保存測量值并計算位置值。
兩個時鐘周期后，后續(xù)電子設(shè)備發(fā)送模式指令。編碼器發(fā)送位置值后，從起始位開始由編碼器向后續(xù)電子設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。后續(xù)“錯誤位”一“錯誤1”和“錯誤2”是檢測類信號，用于監(jiān)測故障。這兩個信號相互獨立地生成，它表示編碼器發(fā)生可導(dǎo)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(xì)的查詢。
然后編碼器從****有效位( LSB)開始發(fā)送****位置值。其長度取決于所用的編碼器，RCN223的****位置值為23位。位置值的數(shù)據(jù)發(fā)送以循環(huán)冗余校驗( CRC)結(jié)束。
在數(shù)據(jù)字結(jié)尾處，必須將時鐘信號置為高電平。10 μs至30μs后或1.25μs至3.75μs（系統(tǒng)時鐘大于1 MHz時）數(shù)掘線返回低電平。然后，時鐘信號啟動另一次數(shù)據(jù)發(fā)送。
2****式編碼器接口的實現(xiàn)
全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)中采用TMS320X2812作為控制器，用以實現(xiàn)位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)以及SVPWM、電壓和電流采樣等功能。此外，采用Altera公司的型號為EPIC6的Cyclone系列FP-CA用以實現(xiàn)與****式碼盤接口、譯碼邏輯等功能。同時，在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)了128字節(jié)的雙口RAM，用來與DSP之間通過總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。FPGA部分的功能框圖如圖2所示[2,5]。
碼盤接口部分分為時鐘發(fā)生模塊、發(fā)送模塊、接收模塊、雙口RAM模塊、發(fā)送使能模塊五個部分。
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