多摩川串行絕對值編碼器數(shù)據(jù)通訊的實現(xiàn)

1、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及采用微控制器髙速串口的實現(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多年來作為精密機械和多種檢測機械工具與傳感器制造商，從航空、 宇宙、國防工業(yè)、到電機傳感器等民用工業(yè)設備，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 分解能夠達到秒，角度的再現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)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)

2、機器人及數(shù)控自動化領(lǐng)域應用廣泛，現(xiàn)已向國內(nèi)推出解析度高達 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：機械結(jié)構(gòu)與國內(nèi)傳統(tǒng)便用的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，依靠電池電路部分測疑多圈數(shù)據(jù)變化，電池電 流消耗低至60。數(shù)據(jù)通訊是基于485硬件接口標準NRZ協(xié)議，通訊波特率為的串行通訊。CRC循環(huán)循 環(huán)冗余校驗數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)出錯導致異常的問題發(fā)生。通訊距離可達到20米。Smart-Abs sideReceiver aide編碼器具備狀態(tài)

3、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?？刂破骰蝌?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，可淸除故障標志位。內(nèi)宜768字節(jié)EEPROM,可擦寫一萬次以上，可寫于電機相關(guān)信息，對于伺服驅(qū)動器對 電機參數(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：起始位：lbit停止位：lbit數(shù)據(jù)位：8bit對于讀取編碼器單圈、多圈、全部數(shù)據(jù)、及復位狀態(tài)只需發(fā)送一個字節(jié)控制數(shù)據(jù)。TdleIdle1 1CF0 iControlfield編碼器應答數(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 器基本類型

4、），及編碼器數(shù)據(jù)。最后一個字節(jié)為對前而所有的數(shù)據(jù)進行CRC校驗。IdleIdleRequest signal | CF |:4.0 0.1 ps (typ ) J Jo.5 “ (max.)1J_空 02 ns (typ )0.2 0ns (typ.)0.5 us (max. (Encoder side)Enable signalData signalcfsf |dfodfiInternal latch of Data0.1 0.1 |is (typ.)1芥回0 辰DF7 |CRCCo CRCfield fieldData fieldfield對于編碼器內(nèi)部EEPROM數(shù)據(jù)讀取需發(fā)送三個字ij

5、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。IdleIdle1 rICF ADF CRC0 Control Address CRCfield field field編碼器應答數(shù)摒或?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。Idle IdleADF | EDFCRCControl Address EEPROM CRCfield field field field讀取一次編碼器全部數(shù)據(jù)需要60uS左右。為伺服電機提供髙速度位宜響應提供了可能。(Receiver side)Enable signal多摩川串行絕對值編碼

6、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. TS57OO 系列的編碼 器。可以將40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)拯。16皿 i32bit) CPU 冗一 F受信例)FOV/ER ON RESEhP+5ViOki)142L395?577682巫8587TT28-T4rTS56

7、47,TS5648 50m MaxAW324jn-WHT 白VccGNDBRN乙GNDBEGE2兒VBLWUSDVI TSDo177VBi 9.6VRDA2AtAO-USER ADR. BUS7F80+ 5V + 5V + 5V + 5V + 5V + 5V + 5V + 5V TESTI TEST2 TEST3 TEST4 X1 X2SYSPES ABSWD SCAT INRQ RW RCMODE RCCO RGG1TS5667N120,N420線色Jr鼠並VccRED 赤BLK gGNDGNDBRN?VBBLUSDw/SD-一站SN7517671726665巫73K911IcTT 73*D

8、MODE$ T C杜匕CPUT-F32bilt?；$To251L6L6T7T8Ln103y一srQMO訝RCODTS黑黑黑黑骼黑 UISCA A 比DDSDSGGGGGGGGGGGGD0D1D2D9D4D5D6D7D9D910)1 112131415161718W2O222324252627282992313233349536373939KT DDD DD DDDDD DDDDDD DD DDD DMMMMM MM615)S355&45F4F4T互4544竝424140*351490 互 232423STT20衛(wèi)T3JrITMJDUOYpXbusy13D0-D15USER DATA BUS(1

9、6bit-Kie)D0-D31USER DATABUS (32t)itt- FW)DO - M39USER DATABUS (7Za7J-KW40bit)血出力夕A7O b!7- 熬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 項工程設計，或稱設計實體（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 可是部分，及端口）和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。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。10.1 16-bit (32-

10、bit) CPU ModeJYRCSn Euu BOMRQRJVn HCMOOft oaa *OCi KGS-TBo arR9n canBn CWMA1Q3M031DMOMC DWGGHTgRQ034已&已ID32 oi KUser dt buspe In $64 TMIEOUT ROBUSYn RXBUBYfiOimenuxtuicut -C7mM44w Oon Bns rW on Ofc 臨 plan3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，部分編碼器波特率為5M。所以只有少數(shù)髙

11、速32位微控制器支持。這里以意法半導體的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-種髙速的數(shù)據(jù)傳輸操作，允許在外部設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。整個數(shù)據(jù)傳輸操作在一個稱為DMA控制器“的控制下進行的。 CPU除了在數(shù)據(jù)傳輸開始和結(jié)朿時做一點處理外，在傳輸過程中CPU可以進行英他的工作。 這樣，任大部分時間里，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OCPU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PE11I0 口控制。USART1端口參數(shù)設置如下: 波特率：開始位：1位

12、停止位：2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WAKEUPBUTTOK E3CK_l5GHT vsahti rx泮SMI 4帚Y旺哄SMESCK $-4grgSHLMISO JSE51_MDSpar4JUSERLBUTTON 755UTTtSARTl IX戈屈IuTUSARTLRJ VSB DM usbdp riMsurzoITCKECLK rnxUJKXBAR Myr?A103?A1WPA1叮、?A109、110PAO-WKUP VSARTi CTS ADC123 3 PAUART2_RTS 辰lMJNl TB.O PA2V5UMII2ZT

13、XTIM5.C3BADC123JK PAS T；SART2JRXTIM5_CH2 ADC 123 _IN PA4 S?1 24SSCAC OUT1US-RI2 冰 PAS WNllSC&DAUOUn ADCUJK5 PA5mlKO TINIS_BKn-I ADC12_ES p臚 snCmosi UMConm i 二in? PASVS.4RT1 ClLTfl CH1.MC0 _ PA9 VlClXi7lXTn_CH2 PA1&IJSARIT_RX1IMI_CH3 PAlUSARTL_CTSC1-SDA75MC NADV.TIM4 CH2 reg.TIM4CH3.SDICJMPB9 TMC1R S

14、DIC匚D5 PB1 CmC2_SCL5 AfT3_TX PB11 EC2-$DAUSARTr RX PB12SIP2ZSFS2PB1 S-SSCKDSjCKUSAKTSCTSI PB1 SP21nSOVSART3.RTS TCLCE FBI S-SrofOSITIS.SD/mfLCHSNPCGADCT23.IK10 PCI ADC123_IX1L rc2WC12riX12 K3 AZX：123Zr715PC4-WC12 LtflAK：5-WC12；s*5PC6T2S：!.、疋K/HMfij：皿 SD1Q.D5串口 DMA通道發(fā)送端設置：外設地址：串口數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)存地址：發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)存地址DMA

15、傳輸方向：從存儲器到外設DMA數(shù)據(jù)傳輸長度：實際發(fā)送數(shù)拯字節(jié)數(shù)外設數(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It 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通道接收端設置：外設地址：串口數(shù)據(jù)寄存器內(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It 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：開具體數(shù)據(jù)通訊流程如下:等待串口發(fā)送寄存器為空設置；發(fā)送dia內(nèi)存地址、發(fā)送 數(shù)據(jù)長度。湊能：斗85芯片發(fā)送使能；DAM傳輸DfA串口發(fā)送傳輸完成中斷打開；串口發(fā)送完成中斷失能：DMA串口發(fā)送廠尊