多摩川串行絕對值編碼器數(shù)據(jù)通訊的實現(xiàn)

摘要：本文簡要講述了多摩川串行絕對值編碼器的特點及數(shù)據(jù)通訊采用AU5561、可編程FPGA及采用微控制器高速串口的實現(xiàn)編碼器數(shù)據(jù)通訊的三種方案。多摩川絕對值編碼器：日本多摩川〔TAMAGAWA)精機(jī)株式會社成立與1938年。多摩川屬于技術(shù)立足與地域立足型企業(yè)，會社成立70多年來作為精密機(jī)械和多種檢測機(jī)械工具與傳感器制造商，從航空、宇宙、國防工業(yè)、到電機(jī)傳感器等民用工業(yè)設(shè)備，其一直保持世界領(lǐng)先的地位。在編碼器領(lǐng)域，多摩川有40多年的制造研究歷史，其超精密的角度檢測儀，角度計測分解能夠到達(dá)0.001秒，角度的再現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)0.005秒。多摩川單圈17bit多圈16bit的絕對值編碼器已投放市場多年，在中國國產(chǎn)機(jī)器人及數(shù)控自動化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，現(xiàn)已向國內(nèi)推出解析度高達(dá)單圈23bit多圈16bit的絕對值編碼器：〞TS5700N8401〞。多摩川絕對值編碼器編碼器簡介：機(jī)械結(jié)構(gòu)與國內(nèi)傳統(tǒng)使用的OIH48錐軸編碼器一致，可直接安裝替代。能夠?qū)崿F(xiàn)單圈23bit多圈16bit總計39bit的高解析度。工作電源電壓5V，主電源掉電情況下，依靠電池電路局部測量多圈數(shù)據(jù)變化，電池電流消耗低至60μA。數(shù)據(jù)通訊是基于485硬件接口標(biāo)準(zhǔn)NRZ協(xié)議，通訊波特率為2.5M的串行通訊。CRC循環(huán)循環(huán)冗余校驗數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)出錯導(dǎo)致異常的問題發(fā)生。通訊距離可到達(dá)20米。編碼器具備狀態(tài)自檢功能，對于電池欠壓、失效、編碼器計數(shù)錯誤、過速度、碼盤故障等可通過編碼器狀態(tài)位讀取出來。控制器或驅(qū)動器可通過單獨的指令對單圈數(shù)據(jù)或多圈重置零位，可去除故障標(biāo)志位。內(nèi)置768字節(jié)EEPROM,可擦寫一萬次以上，可寫于電機(jī)相關(guān)信息，對于伺服驅(qū)動器對電機(jī)參數(shù)的自動識別提供了可行的途徑。多摩川串行絕對編碼器通訊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：串行波特率：2.5M起始位：1bit停止位：1bit數(shù)據(jù)位：8bit對于讀取編碼器單圈、多圈、全部數(shù)據(jù)、及復(fù)位狀態(tài)只需發(fā)送一個字節(jié)控制數(shù)據(jù)。編碼器應(yīng)答數(shù)據(jù)：包括接收到的控制字，及編碼器狀態(tài)字、編碼器ID〔能夠識別編碼器根本類型〕，及編碼器數(shù)據(jù)。最后一個字節(jié)為對前面所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗。對于編碼器內(nèi)部EEPROM數(shù)據(jù)讀取需發(fā)送三個字節(jié)數(shù)據(jù)，讀取EEPROM數(shù)據(jù)控制字、EEPROM數(shù)據(jù)地址、CRC效驗碼。編碼器應(yīng)答數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括EEPROM數(shù)據(jù)控制字、EEPROM數(shù)據(jù)地址、EEPROM數(shù)據(jù)、CRC效驗碼。讀取一次編碼器全部數(shù)據(jù)需要60μS左右。為伺服電機(jī)提供高速度位置響應(yīng)提供了可能。多摩川串行絕對值編碼器數(shù)據(jù)通訊實現(xiàn)的三種方案：1.通過多摩川智能接收芯片AU5561N1實現(xiàn)：AU5561芯片可以解碼TS5647、TS5648、TS5667、TS5668、TS5669、TS5700系列的編碼器?？梢詫?0位到110位串行信號轉(zhuǎn)換并行信號，能夠提供中斷信號與CPU同步并，可以和16位或32位CPU或DSP總線街道口連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接。它也可以工作在沒有CPU的模式，手動模式下讀取編碼器(單回轉(zhuǎn)、多回轉(zhuǎn)、及報警狀態(tài)為〕數(shù)據(jù)。2.通過FPGA方式實現(xiàn)：VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點是將一項工程設(shè)計，或稱設(shè)計實體〔可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)〕分成外部〔或稱可是局部,及端口)和內(nèi)部〔或稱不可視局部〕，既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成局部。多摩川可提供VHDL硬件編程源代碼AU5982，幫助客戶快速實現(xiàn)將編碼器串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)對編碼器的數(shù)據(jù)通訊。3.通過CPU高速串口DMA實現(xiàn)編碼器數(shù)據(jù)通訊：常規(guī)8位及16微處理器串口波特率通常最高只有256Kbit左右，而多摩川常規(guī)絕對值編碼器需要的波特率為2.5M，局部編碼器波特率為5M。所以只有少數(shù)高速32位微控制器支持。這里以意法半導(dǎo)體的STM32F429為例講解如何使用DMA通過串口實現(xiàn)編碼數(shù)據(jù)通訊。DMA一種高速的數(shù)據(jù)傳輸操作，允許在外部設(shè)備和存儲器之間直接讀寫數(shù)據(jù)，既不通過CPU，也不需要CPU干預(yù)。整個數(shù)據(jù)傳輸操作在一個稱為"DMA控制器"的控制下進(jìn)行的。CPU除了在數(shù)據(jù)傳輸開始和結(jié)束時做一點處理外，在傳輸過程中CPU可以進(jìn)行其他的工作。這樣，在大局部時間里，CPU和輸入輸出都處于并行操作。因此，使整個系統(tǒng)的效率大大提高。CPU的通用串行接口USART3作為編碼器通訊接口，485發(fā)送接受使能端口使用PE11IO口控制。USART1端口參數(shù)設(shè)置如下：波特率：2.5M開始位：1位停止位：1位數(shù)據(jù)位：8位校驗位：無發(fā)送：使能接收：使能串口DMA發(fā)送：使能串口DMA接收：使能串口DMA通道發(fā)送端設(shè)置：外設(shè)地址：串口數(shù)據(jù)存放器內(nèi)存地址：發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)存地址DMA傳輸方向：從存儲器到外設(shè)DMA數(shù)據(jù)傳輸長度：實際發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)外設(shè)數(shù)據(jù)字長：1個字節(jié)內(nèi)存數(shù)據(jù)字長：1個字節(jié)設(shè)置DMA的內(nèi)存遞增模式：為增量模式DAM數(shù)據(jù)傳輸完成中斷：開串口DMA通道接收端設(shè)置：外設(shè)地址：串口數(shù)據(jù)存放器內(nèi)存地址：發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)存地址DMA傳輸方向：從外設(shè)存儲器到DMA數(shù)據(jù)傳輸長度：實際接收數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)外設(shè)數(shù)據(jù)字長：1個字節(jié)內(nèi)存數(shù)據(jù)字長：1個字節(jié)設(shè)置DMA的內(nèi)存遞增模式：為增量模式DAM數(shù)據(jù)傳輸完