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1、一種SSI光電編碼器數(shù)據(jù)并行采集設(shè)計方法摘要:SSI即同步串行接II貝冇傳輸速度快、連線簡單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點,在光電編碼器上 得到了越來越廣泛的應(yīng)用,然而人參數(shù)計算機(jī)和處理器匕沒令提供SSI接II,這在一定程度卜限 制了SSI接口光電編碼器的推廣和應(yīng)用基于復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)開發(fā)的SSI接II模塊 SSI208P,實現(xiàn)了SSI接II編碼器數(shù)據(jù)的高速并行采集。本文對SSI208P模塊進(jìn)行了詳細(xì)介紹,并 給出了碩件設(shè)計和軟件設(shè)計思路及實現(xiàn)方法。關(guān)鍵訶:SSI光電編碼器串并轉(zhuǎn)換高速采集1#Dn-II SBclockdataDr1概述光電角度編碼器利用光電轉(zhuǎn)換原理,將連 接軸的轉(zhuǎn)動角I文
2、駁轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖IP列 并以數(shù)字當(dāng)屆輸出,具冇體積小、桔度高、接1 I數(shù)字化等優(yōu)點,被廣泛血用雷達(dá)、機(jī)器人、 數(shù)控機(jī)床和島精度伺服系統(tǒng)等諸筋領(lǐng)域。比電 編碼器的數(shù)據(jù)輸出有并行和串行兩種接I,串 彳亍方式又分為同步串行接I I (Synchronous Serial Interface.簡稱SSI)和異步串行接 II兩種。SSI方式比異步串行方式速度快很等, 因此SSI接I I以及在SSI基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 Endat. BISS等接I 1在光電編碼器上得到越來 越廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)、DSP、PC104、工控機(jī)等工控領(lǐng) 域常用的控制器-般不捉供SSI接I I,市場上 常見的SSI轉(zhuǎn)換器藝是將S
3、SI信號轉(zhuǎn)換成通用異 步串行信號,通信速率低、價格高、不易安裝, 此外船T光業(yè)編碼器供皿商 般也不提供接I I 轉(zhuǎn)換器,這些因索在一定程度上限制了SSI光 電編碼器的應(yīng)用。本文給1HT-種SSI接II數(shù) 據(jù)高速并行采集、低成本實現(xiàn)方法。2 SSI接口介紹SSI接I I光電編碼器采用主機(jī)主動讀取方 式,是以2對符介RS-422電平的信號線進(jìn)行信 號傳輸,1対數(shù)據(jù)(Data)線,1対同步時鐘 (Clock)線。SSI同步時鐘頻率決立數(shù)據(jù)傳輸 速率,Jt范用較寬,為0.12MHz,可以根據(jù) 傳輸距離遠(yuǎn)近選抒相W的傳輸速率。SSI數(shù)據(jù) 傳輸時序如圖1所示.在同步時鐘控制卜,從 最高仃效位(MSB)開始
4、傳輸數(shù)據(jù),在時鐘倍 號的第個I、降沿,編碼器的當(dāng)前位置值彼儲 存,在隨后的H、鐘上升沿,存儲的數(shù)據(jù)被送出。 不傳輸數(shù)據(jù)時,時鐘信號和數(shù)據(jù)信號都為高電 平。圖中T為同步時鐘周期,Tm為脈沖序列結(jié) 束保持低電平時間,Tp為時鐘脈沖序列間隔 (TpTm) , D廣Dn為角位置數(shù)據(jù),MSE為最 高有效位,LSB為最低有效位。<SB圖1 SSI接11數(shù)據(jù)傳輸時序圖3 SSI208P通用接口模塊由中國兵器【:業(yè)第二零八研究所基J- CPLD研制的SSI208P模塊,內(nèi)部擁裝了SSI同 步時鐘發(fā)生模塊、數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊、接II控 制邏輯模塊、輸出控制模塊以及收發(fā)驅(qū)動 (TTL-RS422電'卜
5、轉(zhuǎn)換)模塊等功能模塊,比 功能框圖如圖2所示。VCC/CS AO AIGNDIXKD7CI.K+ (1 KDATA4DATA-圖2 SSI208P模塊功能框圖SSI208P模塊完成了 SSI接口與并口的轉(zhuǎn) 換和封裝,對SSI接II數(shù)據(jù)的讀取操作就變得 類似J:對A/D、D/A或存儲器讀取數(shù)據(jù)的操作, 罪當(dāng)簡單。SSI208P模塊通信速率可配宣為2#250KHz. 500KHz. 1MHz、2MHz.當(dāng)通信速 率配置為2MHz時,對J:16位精度的編碼器, 系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新率不低J-lOOKHz.可以滿足高速 伺服控制系統(tǒng)的需求。3. 1管腳配置SSI2O8P接I I轉(zhuǎn)換模塊采用DIP28封裝, 苴
6、管腳排列如圖3所示。即町從DOD7并行讀取編碼器數(shù)據(jù),毎次讀 取八位,11JA1、A0控制輸出數(shù)據(jù)高低位,00 表示讀取最低八位、11表示讀取最高八位,例 如對16位編碼器只需讀取兩次(Al、A0分別為00、01),報多叮以讀取32位數(shù)據(jù)。編碼器并彳J數(shù)據(jù)讀取結(jié)束后將CONVST管腳置 低,準(zhǔn)備啟動下一次轉(zhuǎn)換。DO L_DI匚D2匚D3匚D4匚D5匚D6匚D7匚NC匚 ZC匚 NC匚NC匚 NC匚NC匚nnnnnnnnnnnnnnCONVSTvcc GND CLKMDO CLKMD1 CONVST ?EOCCSNC DA T& DA1A- CLK- CLK-CLKaoaiOO-D7Ao
7、AI圖3 SSI208P管腳排列圖CLKMD1, CLKMDO: SSI時鐘頻率設(shè)置, 00-250KHZ, 01-500KHZ. lOJMHz.U-2NIHZ.CONVST:心動指令,上升沿啟動轉(zhuǎn)換。 /EOC: 轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)杳詢,低為轉(zhuǎn)換結(jié)束。 /CS:編碼器數(shù)據(jù)輸出選擇。DOD7: R位輸出數(shù)據(jù)并口。Al, A0:輸出數(shù)據(jù)高低位選擇:00 最低八位,11 最高八位。CLK+, CLK-:SSI編碼器時鐘信號。DATA+, DATA-: SSI編碼器數(shù)據(jù)信號。VCC, GND:電源.電源地。NC:空管腳。3. 2控制時序SSI208P控制時序如圖4所示.CONVST 匕升沿啟動一次SSI編
8、碼器數(shù)據(jù)收發(fā)過程。CONVST電平升啟jEh 125ns內(nèi)SSI208P模塊 開始向編碼器發(fā)送禎同步時鐘脈沖信號,脈 沖的個數(shù)由編碼器的轎度決定,同時轉(zhuǎn)換結(jié)束 管腳/EOC變高。發(fā)送脈沖期間管腳/EOC保持 薛電平狀態(tài),轉(zhuǎn)換結(jié)束/EOC符腳電平變低廟ti< 125ns/EOC/CS圖4 SSI208P控制時序圖CD4基J - SSI208P模塊的編碼器接口設(shè)計采用SSI208P模塊,町以人人簡化單片機(jī)、 DSP、PC104等控制器擴(kuò)展SSI編碼器接I I的軟 碩件設(shè)計。卜而給出一種基/DSP處理器 TMS320F2812的典熨應(yīng)用。4.1硬件設(shè)計DSP 處理器 TMS320F2812 與
9、 SSI208P 模 塊的皎件連接原理圖如圖5所示。VCCVCCXDO XDIXD2XD3XIMXD5XD6XD7GPIOB4 GPIOB5XZCSOlXAOIMS32OF28I2lx'DlIHD3IMD5D6lrCLK* CI.K- DATA+ DATA-CONVST /EOC/CS Cl.KMDO AO Cl.KMDI AlCiNI)|SS1208編碼器VCCI0K圖5 SSI208P硬件設(shè)計原理圖編碼器為單圈16位絕對式角度編碼器,SSI208P模塊的八位數(shù)據(jù)總線I j TMS320F2812的低八位數(shù)據(jù)線相連;因使用的編碼器為16位,所以僅礙一位地址線即可區(qū)分編碼器數(shù)據(jù)高八位和
10、低八位;便用外部地址片選管腳4/XZCS67作為SSI208P的外部片選信號;使用通 JIJIOI 1GPIOB4控制SSI208P模塊啟動:使用通 用IOI IGPIOB5進(jìn)行SSI208P模塊轉(zhuǎn)換結(jié)束狀 態(tài)茂詢;CLKMDO、CLKMD1接匕拉電阻拉 禹,將SSI208P模塊同步時鐘頻率配置為 2MHz。4. 2軟件設(shè)計由SSI208P模塊控制時序圖可以看出 SSI208P模塊的心動轉(zhuǎn)換控制和數(shù)據(jù)讀収操作 比較簡單,軟件流程如圖6所示。圖6 SSI208P軟件流程圖對應(yīng)圖5屮碘件設(shè)計,DSP處理器 TMS320F2812相應(yīng)的軟件代碼如卜所示: #mclude ,DSP28_Device.
11、hM#define SSIL*(int *)0x00100000/SSI模塊低八位地址#define SSIHUnit *)0x00100001/SSI模塊高八位地址int SSI.VAL; 編碼器數(shù)據(jù) rnauiQEALLOW;GpioMuxRegs.GPBMUX.bit.GPIOB4=0;GpioMuxRegs.GPBMUX.bit.GPIOB5-0; 配置GPIO4、GPIO5引腳為IO引腳 GpioMuxRegs.GPBDIR.bir.GPIOB4=l;/GPIOB4配置為輸出GpioMuxRegs.GPBDIR.bit.GPIOB5=0;/GPIOB5配置為輸入EDIS;GpioDa
12、taRegs.GPBDAT.bit.GPIOB4=0;GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB4=l;啟動數(shù)據(jù)發(fā)送及轉(zhuǎn)換for(i»0;i<l;i-H-);/延時約 200nswhile(GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB5)!=0);査詢轉(zhuǎn)換是否結(jié)束SSI_VAL-(SSIL&0 xFF)|(SSIH«8)&0xF00);讀取SSI編碼器高低八位數(shù)據(jù)并組介GpioDataRegs.GPBDAT.bit.GPIOB4=0;5結(jié)束語本文提供了一種ssi接11轉(zhuǎn)并門高速采集 數(shù)據(jù)的模塊實現(xiàn)方法,并捉供了詳細(xì)的駛件原 理圖和軟件代碼。該模塊已經(jīng)運(yùn)用I某車載系 統(tǒng)的火控分系統(tǒng)中,運(yùn)行穩(wěn)定可瓠SSI208P 系列模塊適合用在以單片機(jī)、DSP、PC 104等 作為控制器的控制系統(tǒng)中,適用于各種精度具 有SSI接【I的編碼器數(shù)據(jù)采集,也可用F Endat 等接II形式的數(shù)據(jù)采集。參考文獻(xiàn)1 張子蓬,王淑青,劉輝.SSI接口的絕對值 角度編碼器值的讀出方法研究J.匸業(yè)控 制計算機(jī)、2005,(12)2 張了蓬,王淑青,袁曉輝.基緩沖器的 編碼器接II擴(kuò)展方法
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