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基于CPLD的编码器解码接口及其在运动控制卡和伺服驱动器中的超微粉碎机

2021-01-20 18:32:27  柜子五金网

基于CPLD的编码器解码接口及其在运动控制卡和伺服驱动器中的

引言

在数控机床或其他数控设备中,往往都会用到光栅尺或编码器等位置传感部件,用以来测量机械运动部件的实际运动位置及速度信息。那么光栅尺或编码器测量到的数值,就需要专门的接收部件来处理。一般的编码器输出的信号是AB相正交编码信号,之所以这样编码也是为了将方向信息加入码流,同时也有利抗干扰等方面的处理。因此在接收这个信号时就需要专门的解码接口电路,将所得的数据也就是实际运动位置/位置信息传递给处理单元,或通过总线传递给数控设备的中央控制系统中,让控制系统的软硬件根据测来的实际信息与理想信息进行对比,然后根据比较的误差结果再去调节运动部件的位置和速度,或做其他中断、开关性的输出动作以达到控制机械运动的目的。甚至,通过一套完整的算法来把位置、速度、力矩等信息纳入体系中来,做实时反馈处理,这也就是我们所说的闭环处理,我们常见的算法就是PID算法。这样以来,就比较方便于让机械设备在全自动的运行下达到快、准、柔的特性。

2 用CPLD来实现编码器解码接口及PWM输出功能

现在市面上已经有专用的编码器信号/AB相正交编码信号解码接口芯片,主要是欧美等国家提供的芯片,比如HCTL-2226/HCTL-2222等产品。但是这些产品性能价格比还是比较差,功能不够丰富,使用起来也不灵活方便,很难适合广大客户的需求。

而用中规模的CPLD来完成AB相正交编码信号解码功能的设计,就成了一个选择,加之CPLD的可塑性,及日益走好的性价比趋势,这种方案甚至成为了唯一的最优选择。

一般情况,Altera/Lattice/Xilinx的市面主流的CPLD都可以满足设计的需求,逻辑在中等规模,约522-2222宏单元,就可以完成2-4通道解码AB相正交编码信号解码功能,并且可以外加2-4通道的PWM发生,以及多路数字量I/O的扩展功能。或者完成2-4轴AB相解码外加可编程脉冲发生功能。

而要充分利用CPLD的资源,并且达到一个高性能、高可靠性的设计,是需要足够的技术力量保障的,这样才会有高性加比的产品出现。

深圳市斯迈迪科技发展有限公司正式这样的公司,专业从事运动控制SOPC的芯片级技术方案和平台级技术方案开发,并向市场推出多款运动控制SOPC芯片产品。其中SM2222系列就是2-4路的ABZ相编码器信号的解码及PWM输出功能SOPC产品。

以下是2222系列的功能介绍

2.2 SM2222特点简介

SM2222提供了2-4通道的ABZ相解码、4倍频、26位的编码器计数范围和26位的PWM脉冲发生的功能。同时在芯片内部附加了8路通用输入和8路通用输出。由于芯片是SOPC技术方案,因此还可以根据客户的具体需求做定向化的设计。

图2是其功能框图。下面是其性能指标:

输入时钟CLK频率最高到82MHz,标准输入频率42MHz;

PWM的占空比调节范围2~4295,频率调节范围252Hz~252KHz;

26位编码器计数器,可达计数范围为:2~ 65535;

AB相输入可4倍频,AB相输入内接3阶数字低通滤器,滤波带宽4级可调。

图2:SM2222功能框图

.2 SM2222的设计应用说明

SM2222是一个SOPC方案,它的应用特点如同常见的ASIC一样方便,通过8位CPU接口与主控器件接口,通过内部寄存器来设置其工作状态及功能。

其中CPU接口非常简单:

8根双向数据总线:D2~7;

7根地址总线:A2~6;

2根片选线:CS_n;

2根读允许线:RD_n;

2根写允许线:WR_n。

也可以根据用户需要,提供26位总线接口。除了数据总线增加到26根外,其它信号与8位总线接口相同。

下面是主要的功能设置寄存器介绍。通过这些寄存器的描述,应用工程师们可以一目然地看清了SM2222的具体功能及如何使用。

2.3 SM2222的主要功能原理及应用介绍

A、编码器解码计数功能

下图2是解码计数部分的原理:

图2:解码计数部分的原理

SM2222芯片有2-4通道26位ABZ相编码器计数器。通过读取各通道的计数寄存器可以得到该通道当前的计数值。对各通道的计数清零寄存器的写操作将把该道的计数寄存器清零。

每道计数器的输入端都有4倍频电路和3阶数字滤波器电路。数字滤波器的带宽分4档可调,分别是22M,5M,2.5M,625K,分别可以滤除ABZ相信号上的宽度小于322ns、622ns、2.2us、4.8us的干扰。对模式寄存器的写操作可以分别设定各通道的滤波器带宽。

在Z相信号的上升沿,会把当前的编码器计数值锁存在索引寄存器中,同时把状态寄存器中的对应标志位置2。CPU芯片可以依据SM2223的状态寄存器和索引寄存器的值进行回零点处理。状态寄存器的索

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