如何將位置編碼器主協(xié)議集成到Sitara?處理器應(yīng)用

如果您一直關(guān)注我的多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)系列博文，您就會發(fā)現(xiàn)我是可編程實(shí)時(shí)單元和工業(yè)通信子系統(tǒng)(PRU-ICSS)（Sitara?處理器內(nèi)的可編程接口）的鐵粉。在本博文中，我想說一下PRU-ICSS的另一個(gè)應(yīng)用，即幫助把您選擇的數(shù)字位置編碼器主接口集成入Sitara處理器內(nèi)。

首先，讓我們來看下包含位置編碼器的系統(tǒng)層面方塊圖——見圖1。諸如伺服驅(qū)動器等應(yīng)用通常都配有集成了數(shù)字位置反饋編碼器的電機(jī)。位置編碼作為傳感器，能夠精準(zhǔn)測量電機(jī)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(tǒng)中，位置編碼器負(fù)責(zé)讀取電機(jī)軸的角度，并通過數(shù)字位置編碼器協(xié)議將信息提供給位置編碼器主控裝置。應(yīng)用處理器的磁場定向控制(FOC)算法負(fù)責(zé)對角度進(jìn)行進(jìn)一步處理，包括電機(jī)相電流測量，以計(jì)算脈沖寬度調(diào)制(PWM)外設(shè)的新值。

圖1：帶位置編碼器主接口的集成伺服驅(qū)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(dá)100m。數(shù)字位置編碼器協(xié)議在基于RS-485的接口上運(yùn)行，創(chuàng)建起穩(wěn)健的通信通道。

跟工業(yè)以太網(wǎng)一樣，不同的編碼器供應(yīng)商也開發(fā)了許多位置編碼器協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，供您傳輸位置數(shù)據(jù)用。單芯片驅(qū)動器開發(fā)人員的挑戰(zhàn)就在于根據(jù)編碼器和電機(jī)供應(yīng)商選擇和集成正確的數(shù)字編碼器協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。三個(gè)最常用的位置編碼器協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)為EnDat 2.2, BiSS C和高性能接口數(shù)字舵機(jī)鏈接(HIPERFACE)DSL。

讓我們來看下這三個(gè)位置編碼器協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的歷史和特點(diǎn)。

• EnDat 2.2：EnDat接口是由德國公司Heindenhain開發(fā)出的產(chǎn)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?yōu)閿?shù)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(biāo)準(zhǔn)。EnDAT使用兩種差分信號傳輸位置數(shù)據(jù)：時(shí)鐘（單向）和數(shù)據(jù)（雙向）。在EnDat主控設(shè)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(fā)出了HIPERFACE DSL，其使用RS-485差分信號傳輸標(biāo)準(zhǔn)。其運(yùn)行頻率固定為9.375MHz并支持長達(dá)100m的電纜。HIPERFACE DSL的優(yōu)勢在于其能夠?qū)崿F(xiàn)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(fù)責(zé)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(fā)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(biāo)準(zhǔn)既支持BiSS主控制裝置和編碼器裝置之間的點(diǎn)對點(diǎn)配置，也支持多個(gè)傳感器和執(zhí)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(shí)鐘和控制數(shù)據(jù)(MA+/MA-)信號以及編碼器裝置到主控制裝置的共享傳感器數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)(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(gè)數(shù)字位置編碼器協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)上要求在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、可編程邏輯裝置(PLD)或?qū)Ｓ?a target="_blank">集成電路(ASIC)方面的具體硬件實(shí)現(xiàn)。然而，在通過PRU-ICSS外設(shè)將位置編碼器主控制裝置協(xié)議集成入Sitara處理器應(yīng)用時(shí)無需外部裝置組件。AM437x處理器有兩個(gè)PRU-ICSS外設(shè)。您可以一個(gè)用于數(shù)據(jù)編碼器主控制裝置協(xié)議，如EnDAT 2.2、HIPERFACE DSL和BiSS C，另一個(gè)運(yùn)行工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。

多協(xié)議位置編碼器主接口已發(fā)布，見PRU-ICSS中應(yīng)用AM437x的多協(xié)議數(shù)字位置編碼器主接口參考設(shè)計(jì)(TIDEP0057)，其中，配備PRU-ICSS外設(shè)的ARM負(fù)責(zé)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(xié)議位置編碼器主接口

第二個(gè)參考設(shè)計(jì)，用于工業(yè)通信和電機(jī)控制的單芯片驅(qū)動器(TIDEP0025)，集成單芯片驅(qū)動器的系統(tǒng)方法，如圖1所示。在本參考設(shè)計(jì)中，位置編碼器主接口使用EnDat 2.2，一個(gè)運(yùn)行在AM437x的PRU-ICSS上，用于與位置編碼器通信，而另一個(gè)PRU-ICSS用于EtherCAT從通信支持。

PRU-ICSS作為極其靈活的外設(shè)，可以集成之前在外部ASIC和FPGA中提供的復(fù)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(xié)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(shí)可以節(jié)約開發(fā)板空間、組件成本并建立高性能吞吐量系統(tǒng)。

其他信息

• 訂購AM437x工業(yè)開發(fā)套件開始使用位置編碼器協(xié)議。
• 利用絕對位置編碼器的通用數(shù)字接口參考設(shè)計(jì)(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(yè)通信協(xié)議。
• 閱讀AM437x處理器可用的單芯片驅(qū)動器解決方案
• 下載其他位置編碼器相關(guān)的TI設(shè)計(jì)。
• 閱讀位置編碼器系列博文了解更多關(guān)于位置編碼器接口的設(shè)計(jì)信息