DSP的絕對式光電編碼器串行接口設(shè)計

★★★★★【文章導(dǎo)讀】：DSP的絕對式光電編碼器串行接口設(shè)計具體內(nèi)容是：摘要：為了實現(xiàn)ssi接口的絕對式光電編碼器在電機伺服控制系統(tǒng)中對電機位置的檢測，采用了dsp芯片tms320f2812的通用i／o口模擬ssi接口與絕對式編碼器之間的通信，編寫了模擬ssi接口通信時序程序并做了絕對式編碼器位置…

來源：日期：2013-11-29 9:18:09 人氣：標簽：

摘要：為了實現(xiàn)ssi接口的絕對式光電編碼器在電機伺服控制系統(tǒng)中對電機位置的檢測，采用了dsp芯片tms320f2812的通用i／o口模擬ssi接口與絕對式編碼器之間的通信，編寫了模擬ssi接口通信時序程序并做了絕對式編碼器位置檢測實驗，獲得了絕對式編碼器全范圍的輸出值，單圈數(shù)值為0～25536，經(jīng)4 096圈可輸出范圍0～268 435 456數(shù)值。得到了絕對式編碼器在電機伺服控制系統(tǒng)中可實現(xiàn)位置精確采集和精確控制以及利用通用i／o口，實現(xiàn)ssi接口通信，其具有設(shè)計簡單、成本低、易維護、位置檢測精確以及可替代專用解碼芯片的特點。
關(guān)鍵詞：絕對編碼器；dsp；串行通信ssi；tms320f2812

0 引言
在電機伺服系統(tǒng)中，通常需要檢測轉(zhuǎn)子的位置信息作為閉環(huán)控制的反饋信號，對高精度伺服系統(tǒng)而言，位置反饋環(huán)節(jié)的檢測精度直接影響伺服系統(tǒng)的性能，常用的位置檢測裝置有光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器等。旋轉(zhuǎn)變壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性和防護等級高的優(yōu)點，但其解碼復(fù)雜、專用解碼芯片昂貴以及對電磁干擾敏感等缺點限制了其發(fā)展，現(xiàn)已逐漸被光電編碼器取代。光電編碼器有增量式和絕對式兩種，增量式光電編碼器精度比較低，其輸出的a，b正交信號易受電磁干擾和機械抖動引起誤計數(shù)，導(dǎo)致位置定位有誤，且其無掉電記憶功能。絕對式光電編碼器具有精度高、可靠性高、抗干擾能力強、具有掉電記憶功能等特點，因此，絕對式光電編碼器廣泛應(yīng)用于雷達、機器人、精密機床和高精度伺服系統(tǒng)等對精度要求比較高的場合。
絕對式編碼器的信號輸出形式有并行和串行兩種，其中串行輸出以ssi接口(同步串行接口)數(shù)據(jù)連線少、可靠度高的性能優(yōu)勢而得到較多應(yīng)用。但是由于采用串行輸出方式會導(dǎo)致較大的傳輸延遲，這就對串行通信的速度和可靠性有比較高的要求。絕對式編碼器的應(yīng)用需要專用的處理芯片，芯片的價格十分昂貴，有人采用cpld、fpga等硬件實現(xiàn)對編碼器串行數(shù)據(jù)的處理，這無疑增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。本文介紹了以dsp芯片tms320f2812為核心，針對意大利lika公司的hmct／16／4096／ba絕對式光電編碼器進行了ssi接口電路和軟件的設(shè)計，實現(xiàn)dsp的通用i／o口與編碼器之間的通信。

1 絕對式光電編碼器
意大利lika公司的hmct／16／4096／ba絕對式光電編碼器為單圈分辨率16位(65 536)且圈數(shù)12位(4 096)的多圈高精度編碼器，其分辨率可達0．001 5％；輸出電路形式為ssi等幾種輸出方式；輸出碼制為格雷碼和二進制碼可選；軸心(軸向和徑向)負載大為40 n；軸心旋轉(zhuǎn)速度大6 000 r／m；轉(zhuǎn)動慣量約95 g·cm2；供電電壓10～30 v；功耗1 w；輸出電流大為40 ma；存儲溫度范圍：-40～100℃；工作溫度范圍：-20～85℃；保護等級：ip65；質(zhì)量：0．3 kg。電氣連接方式：eml121h接頭，連接器引線如表1所示。其中，brown／green為供電電壓正，white／green為供電電壓負，本方案中除用到供電電壓信號外，只用了其中的clock+，clock-，data+和data-信號。

2 ssi接口及ssi協(xié)議介紹
ssi接口光電編碼器采用主機主動讀取方式，是以2對符合rs 422電平的信號線進行信號傳輸，1對數(shù)據(jù)(data)線，1對同步時鐘(clock)線。ssi同步時鐘頻率決定數(shù)據(jù)傳輸速率，其范圍較寬為0．1～2 mhz，可以根據(jù)傳輸距離遠近選擇相應(yīng)的傳輸速率，傳輸速率自適應(yīng)。ssi數(shù)據(jù)傳輸時序如圖1所示，在同步時鐘控制下，從高有效位(msb)開始傳輸數(shù)據(jù)，在時鐘信號的第一個下降沿，如“1”位置，編碼器的當前位置值被儲存，在隨后的時鐘上升沿，如“2”位置，存儲的數(shù)據(jù)被送出，即高有效位msb被送出，以后依次送出其他有效位數(shù)，直到低有效位lsb被送出，后一個由低到高電平的跳變，如“3”的位置，輸出傳輸周期結(jié)束，再經(jīng)tm時間后編碼器進入下一個傳輸周期。圖中t為同步時鐘周期，tm為脈沖序列結(jié)束保持高電平時間(tm>t)，如果位數(shù)小于25位，要用“0”填充補齊，具體補零位置見參考文獻中的“樹形(tr ee)數(shù)據(jù)對齊格式”和“lsb位右對齊格式”。