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如何將位置編碼器主協(xié)議集成入Sitara處理器應(yīng)用

發(fā)布時間:2021-06-11 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】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)我是可編程實時單元和工業(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。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(tǒng)中,位置編碼器負責(zé)讀取電機軸的角度,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)算法負責(zé)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(diào)制(PWM)外設(shè)的新值。
 
如何將位置編碼器主協(xié)議集成入Sitara處理器應(yīng)用
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100m。數(shù)字位置編碼器協(xié)議在基于RS-485的接口上運行,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,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)編碼器和電機供應(yīng)商選擇和集成正確的數(shù)字編碼器協(xié)議標(biāo)準。三個最常用的位置編碼器協(xié)議標(biāo)準為EnDat 2.2, BiSS C和高性能接口數(shù)字舵機鏈接(HIPERFACE)DSL。
 
讓我們來看下這三個位置編碼器協(xié)議標(biāo)準的歷史和特點。
 
●    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。EnDAT使用兩種差分信號傳輸位置數(shù)據(jù):時鐘(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。其運行頻率固定為9.375MHz并支持長達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(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。
 
  每個數(shù)字位置編碼器協(xié)議標(biāo)準傳統(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眉呻娐?ASIC)方面的具體硬件實現(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)用時無需外部裝置組件。AM437x處理器有兩個PRU-ICSS外設(shè)。您可以一個用于數(shù)據(jù)編碼器主控制裝置協(xié)議,如EnDAT 2.2、HIPERFACE DSL和BiSS C,另一個運行工業(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(TIDEP0057),其中,配備PRU-ICSS外設(shè)的ARM負責(zé)檢測所連接的位置編碼器類型。參見圖2。
 
如何將位置編碼器主協(xié)議集成入Sitara處理器應(yīng)用
圖2:帶PRU-ICSS的多協(xié)議位置編碼器主接口
 
第二個參考設(shè)計,用于工業(yè)通信和電機控制的單芯片驅(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(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(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。
●    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)計信息
 
 
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