首先，讓我們來看下包含位置編碼器的系統層面方塊圖——見圖1。諸如伺服驅動器等應用通常都配有集成了數字位置反饋編碼器的電機。位置編碼作為傳感器，能夠精準測量電機軸的角度（以度為單位）或線性軸（以微米為單位）的距離。

 

在該等系統中，位置編碼器負責讀取電機軸的角度，并通過數字位置編碼器協議將信息提供給位置編碼器主控裝置。應用處理器的磁場定向控制(FOC)算法負責對角度進行進一步處理，包括電機相電流測量，以計算脈沖寬度調制(PWM)外設的新值。

 

圖1：帶位置編碼器主接口的集成伺服驅動器

 

位置編碼器和位置編碼器主控裝置之間的距離可長達100m。數字位置編碼器協議在基于RS-485的接口上運行，創建起穩健的通信通道。

 

跟工業以太網一樣，不同的編碼器供應商也開發了許多位置編碼器協議標準，供您傳輸位置數據用。單芯片驅動器開發人員的挑戰就在于根據編碼器和電機供應商選擇和集成正確的數字編碼器協議標準。三個最常用的位置編碼器協議標準為EnDat 2.2, BiSS C和高性能接口數字舵機鏈接(HIPERFACE)DSL。

 

讓我們來看下這三個位置編碼器協議標準的歷史和特點。

 

●    EnDat 2.2：EnDat接口是由德國公司Heindenhain開發出的產品,EnDat的最初版本使用的是模擬接口信號。隨著EnDat 2.2的推出，編碼器接口變為數字雙向接口，適用于增量型和絕對型編碼器,使用RS-485差分信號傳輸標準。EnDAT使用兩種差分信號傳輸位置數據：時鐘（單向）和數據（雙向）。在EnDat主控設備和編碼器裝置間建立通信需要六根線，包括編碼器供電線。

 

●    HIPERFACE DSL：另一家德國公司西克開發出了HIPERFACE DSL，其使用RS-485差分信號傳輸標準。其運行頻率固定為9.375MHz并支持長達100m的電纜。HIPERFACE DSL的優勢在于其能夠實現HIPERFACE DSL主控制裝置和HIPERFACE DSL編碼器裝置間雙向通信的雙線接口。這兩條線還負責為編碼器供電；因此，主控制裝置接口和編碼器裝置之間只需要兩條線，能夠顯著減少布線成本。

 

●    BiSS C：iC-Haus于2002年開發出了開放式雙向BiSS接口。BiSS接口兼容單向同步串行接口(SSI)，其RS-485接口最大可支持10MHz。BiSS C標準既支持BiSS主控制裝置和編碼器裝置之間的點對點配置，也支持多個傳感器和執行器總線連接至一臺BiSS主控制裝置。接口包括BiSS主控制裝置到編碼器裝置的共享時鐘和控制數據(MA+/MA-)信號以及編碼器裝置到主控制裝置的共享傳感器數據和控制數據(SL+/SL–)信號。BiSS主控制裝置和編碼器裝置之間總共有六根線，包括編碼器供電線。

 

  每個數字位置編碼器協議標準傳統上要求在現場可編程門陣列(FPGA)、可編程邏輯裝置(PLD)或專用集成電路(ASIC)方面的具體硬件實現。然而，在通過PRU-ICSS外設將位置編碼器主控制裝置協議集成入Sitara處理器應用時無需外部裝置組件。AM437x處理器有兩個PRU-ICSS外設。您可以一個用于數據編碼器主控制裝置協議，如EnDAT 2.2、HIPERFACE DSL和BiSS C，另一個運行工業以太網協議。

 

多協議位置編碼器主接口已發布，見PRU-ICSS中應用AM437x的多協議數字位置編碼器主接口參考設計(TIDEP0057)，其中，配備PRU-ICSS外設的ARM負責檢測所連接的位置編碼器類型。參見圖2。

 

圖2：帶PRU-ICSS的多協議位置編碼器主接口

 

第二個參考設計，用于工業通信和電機控制的單芯片驅動器(TIDEP0025)，集成單芯片驅動器的系統方法，如圖1所示。在本參考設計中，位置編碼器主接口使用EnDat 2.2，一個運行在AM437x的PRU-ICSS上，用于與位置編碼器通信，而另一個PRU-ICSS用于EtherCAT從通信支持。

 

PRU-ICSS作為極其靈活的外設，可以集成之前在外部ASIC和FPGA中提供的復雜功能。正如本博文中提到的，Sitara處理器系列的PRU-ICSS集成了很多位置編碼器協議用的位置編碼器主接口，因此，能夠免除該等外部組件。將配備PRU-ICSS的位置編碼器主接口集成入Sitara處理器時可以節約開發板空間、組件成本并建立高性能吞吐量系統。

 

其他信息

 

●    訂購AM437x工業開發套件開始使用位置編碼器協議。

●    利用絕對位置編碼器的通用數字接口參考設計(TIDA-00179)探索RS-485接口模擬解決方案。

●    了解更多其它TI處理器支持的工業通信協議。

●    閱讀AM437x處理器可用的單芯片驅動器解決方案

●    下載其他位置編碼器相關的TI設計。

●    閱讀位置編碼器系列博文了解更多關于位置編碼器接口的設計信息

 

 

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