夏加宽，李晓帆（沈阳工业大学电气工程学院，沈阳110178）

摘要：实现了一种基于FPeA(现场可编程门阵列)的****式码盘智能接口的设计，用以进行****式编码器和DSP处理器之间的通讯。此接口根据FPCA模块化设计的特点，把整个设计任务划分为若干功能模块，分别对这些模块进行设计，最后把各个功能模块进行综合，以完成整个设计。实验结果表明，该接口完全可以替代价格昂贵的专用接口芯片，降低产品成本。

关键词：****式编码器；接口；FPGA

中图分类号：TP271    文献标志码：A    文章编号：1001-6848 (2010)01-0054-03

  

 

0引  言

    光电编码器是一种基本的位置、速度检测反馈单元，很广泛的应用于变频器、直流伺服、交流伺服等系统的闭环控制申^[1]，为了减小编码器的体积，****式光电编码器一般采用串行通讯方式输出****二进制编码，对于伺服电机控制等高端场合，为了满足快速的电流环、速度环、以及位置环的控制速度需要，编码输出数据速度又应该非常快，以上不利因素都对****式编码的接收增加了难度^[3]。

    世界各国的****式编码器生产厂家大多为其编码器配套了相应的接收芯片，自动完成串行编码到并行编码的转换，方便了控制器的读取操作。但是由于此类芯片通常价格比较昂贵，大约占****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、1/0扩展等功能，FP-GA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****式编码器接口，实现与****式编码器的双工通讯，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CRC（循环冗余校验）校验等纠错功能，基本能够替代厂家提供的专用接收芯片，大幅度降低了产品成本。

    国内外****式编码器产品种类很多，如日本的多摩川精机、内密控、德国的海德汉、美国的丹纳赫、国产的长春三峰等^[3]。其中海德汉的RCN223型****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^[4].发送的信息类型模式指令选择。模式

指令决定被发送信息内容。每个模式指令包括三个Bit。为确保可靠发送信息，每个Bit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”一“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，并可被详细的查询。

  然后编码器从****有效位( LSB)开始发送****位置值。其长度取决于所用的编码器，RCN223的****位置值为23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 μs至30μs后或1.25μs至3.75μs（系统时钟大于1 MHz时）数掘线返回低电平。然后，时钟信号启动另一次数据发送。

  全数字化交流伺服系统中采用TMS320X2812作为控制器，用以实现位置环、速度环和电流环以及SVPWM、电压和电流采样等功能。此外，采用Altera公司的型号为EPIC6的Cyclone系列FP-CA用以实现与****式码盘接口、译码逻辑等功能。同时，在FPGA内部实现了128字节的双口RAM，用来与DSP之间通过总线实现数据传输。FPGA部分的功能框图如图2所示^[2,5]。

  码盘接口部分分为时钟发生模块、发送模块、接收模块、双口RAM模块、发送使能模块五个部分。