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【技术大神】基于RZ/T1的伺服应用——编码器接口功能解析篇
说到编码器接口，首先需要知道编码器是什么。我们这里谈到的编码器是指安装在伺服电机上用来测量磁极位置和伺服电机转角及转速的一种传感器。它被应用于运动控制系统中，用来反馈伺服电机转子位置给伺服驱动器，配合运动控制器，形成闭环控制系统，实现精准的速度和位置控制。
编码器分为增量型编码器和绝对值型编码器。增量型编码器一般输出的是ABZ的脉冲信号，电机每旋转一个细分的角度，A相就输出一个脉冲信号，B相与A相的相位相差90度相位，用于判断转子的正反转，Z相信号用于一圈的零位参考，可以省略。增量型编码器由于存在零点累计误差、抗干扰较差，而且掉电后位置信息丢失等弊端，因此出现了绝对值编码器。绝对值编码器每一个细分的角度，对应一个绝对位置信息，为了便于信息传输，绝对值编码器一般采用串行通信输出。
于2014年11月瑞萨电子宣布推出全新的工厂自动化解决方案RZ/T1系列产品。该产品适用于AC伺服驱动、运动控制器、变频器等工业设备。RZ/T1系列产品基于ARM Cortex-R4F内核，最高工作频率可达600MHz，内置两个紧密耦合内存（TCM）、工业以太网RIN引擎，有非常高响应速度和卓越的实时性。单芯片支持伺服控制和工业以太网通信，同时也支持各种编码器的连接，包括上面提到的增量型和绝对值型的编码器。
1）RZ/T1上的增量型编码器接口RZ/T1内置有多功能定时器单元（简称：MTU）模块，该单元由8个16位定时器和1个32位定时器组成，从MTU0到MTU8共9个定时器，其中MTU1和MTU2支持相位脉冲计数等功能，即可实现增量型编码器信号的自动解析。MTU1和MTU2分别可以实现两路16位的增量型编码器接口，而且MTU1和MTU2也可以组合成32位的增量型编码器接口。
那么MTU单元怎么实现编码器信息解析的呢？如下图，A相对应MTCLKA或者MTCLKC脚，B相对应MTCLKB或者MTCLKD脚。当B相比A相延迟90度相位，则认为编码器正转，AB相分别每来一个电平跳变计数器自动+1；当B相比A相超前90度相位，则认为编码器反转，AB相分别每来一个电平跳变计数器自动-1。这样计数器最终得到的计数是A相脉冲个数的4倍。
如果需要连接更多的增量型编码器，RZ/T1也可以实现。RZ/T1还内置了定时器脉冲单元模块（简称：TPU），该模块有TPU0到TPU11共12个16位的定时器，其中TPU1和TPU5、TPU2和TPU4、TPU7和TPU11、TPU8和TPU10分别组合可以实现4路编码器接口。加上MTU的两路，一共可以实现6路的增量编码器接口。
2）RZ/T1上的绝对值编码器接口绝对值编码器虽然一般都采用的是串口通信模式，但是各家的通信方式不同，协议有很多种，而且很多规范还在不断升级，这就给编码器接口的实现带来了困难。一般的伺服方案需要采用FPGA/CPLD来实现，这样会带来成本的增加，同时也限制了伺服驱动器的灵活性，只能支持一家的绝对值编码器，换了另一种协议的编码器就不能支持了。
RZ/T1内置了一个支持多种绝对值编码器协议的接口模块，用户只需在电机设置参考工具里选择一种编码器类型，保存到驱动控制器的Flash并重新上电，即可以切换不同的绝对值编码器通信协议了。瑞萨提供的参考代码，目前已经支持了四种标准的通信协议，分别为：EnDat、Biss、多摩川、Nikon。而且也可以根据客户的需求，定制不同标准的编码器协议。
RZ/T1为绝对值编码器接口分配了四个引脚：ENCIF00~ENCIF03，根据不同的协议，使用方法如下：
与编码器连接的硬件电路，以EnDat协议为例，参考如下：
3）RZ/T1上的编码器脉冲输出功能另外，绝对值编码器模块还有一个附加的功能，即把从增量编码器或者绝对值编码器获取到的位置信息以ABZ脉冲的方式输出来。如下图所示的ENCOUT即示意为该模块，用户可以设置1圈有多少线和输出的位置等信息。该模块根据定时器（由用户设置定时器及周期，可以使用电流环/位置环的定时器）的中断信号自动地周期去调整脉冲输出。
&这样有利于那些不支持绝对值编码器接口的PLC间接获取到电机转子的位置信息。即使是增量编码器，如果编码器的分辨率很高，PLC解析不了这么高频率的脉冲信号，也可以通过RZ/T1的脉冲输出功能降低脉冲频率。
作者：陈绪典
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编码器接口
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编码器接口
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TIM8的编码器接口模式
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最近做项目用到STM32F103ZET6的高级定时器TIM8的编码器接口模式来读取编码器的数据。程序如下：
//TIME8 编码器接口模式
//编码器模式初始化
void encoder_Init2()
RCC-&APB2ENR|=1&&13;//TIM8时钟使能&
RCC-&APB2ENR|=1&&4; & &//使能PORTC时钟
GPIOC-&CRL&=0XF0FFFFFF;//PC6
GPIOC-&CRL|=0X;//浮空输入
GPIOC-&CRL&=0X0FFFFFFF;//PC7
GPIOC-&CRL|=0X;//浮空输入&
TIM8-&DIER|=1&&0; & //允许更新中断
TIM8-&DIER|=1&&6; & //允许触发中断
MY_NVIC_Init(1,3,TIM8_UP_IRQChannel,2);
/* Timer configuration in Encoder mode */&
TIM8-&gtSC = 0x00;//预分频器
TIM8-&ARR = 43008;//设定计数器自动重装值&
TIM8-&CR1 &=~(3&&8);// 选择时钟分频：不分频
TIM8-&CR1 &=~(3&&5);// 选择计数模式:边沿对齐模式
TIM8-&CCMR1 |= 1&&0; //CC1S='01' IC1FP1映射到TI1
TIM8-&CCMR1 |= 1&&8; //CC2S='01' IC2FP2映射到TI2
TIM8-&CCER &= ~(1&&1);
//CC1P='0'
IC1FP1不反相，IC1FP1=TI1
TIM8-&CCER &= ~(1&&5);
//CC2P='0'
IC2FP2不反相，IC2FP2=TI2
TIM8-&CCMR1 |= 3&&4; // IC1F='1000' 输入捕获1滤波器
TIM8-&SMCR |= 3&&0;
//SMS='011' 所有的输入均在上升沿和下降沿有效
TIM8-&CNT = 0; //计数器初始值
TIM8-&CR1 |= 1&&0; & &//CEN=1，使能定时器
TIM8-&CNT能读出编码器的数据，可是当计数器计数到43008的时候不能进入到中断里面。相同的程序，我用TIM4定时器就不会有这样的问题。我看到TIM8的有几个中断函数，我都试过了，好像都不能进去中断。求各位大神指教！
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你是做什么项目？用到编码器？
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回复【2楼】雪雪:
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用得到电机的或者记录位置的就能用到编码器啊！
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回复【3楼】:
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恩，是的
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楼主解决否?? 也遇到相同问题.
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同求，楼主解决了没
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你好，请问楼主的问题解决没有，我也遇到相同的问题，TIM1也不行；
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当前位置：&>>&&>>&&>>&一种RCN223绝对式编码器通讯接口设计与实现
　　，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经等组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90&的两路脉冲信号。
　　世界各国的绝对式编码器生产厂家大多为其编码器配套了相应的接收芯片，自动完成串行编码到并行编码的转换，方便了控制器的读取操作。但是此类芯片通常价格比较昂贵，大约占绝对式编码器价格的四分之一。目前国内外高端交流伺服系统中普遍采用FPGA+DSP结构，DSP用来实现矢量变换和其他算法流程；FPGA用以实现译码、A、B、Z信号输出、I/O扩展等功能， FPGA中尚有很多资源没有得到充分利用。FPGA一般来说比（专用集成芯片）的速度要慢，无法完成复杂的设计，而且消耗更多的电能。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA.因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）。
　　1 RCN223型绝对式编码器
　　绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可 读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。
　　国内外绝对式编码器产品种类很多，如日本的多摩川精机、内密控、德国的海德汉、美国的丹纳赫、中国长春的三峰等[3].其中海德汉的RCN223型绝对式编码器采用的是海德汉公司专用的EnDat2.2位置编码器双向数字接口，它传输的数据类型分为位置值及附加信息或参数[4].发送的信息类型由模式指令选择。模式指令决定被发送信息内容。每个模式指令包括三位。
　　信号传输格式如图1所示。
　　数据包发送与数据传输同步。传输周期从第1个时钟下降沿开始。编码器保存测量值并计算位置值。
　　2个时钟周期后，后续设备发送模式指令。编码器发送位置值后，从起始位开始由编码器向后续电子设备传输数据。后续"错误位"（"错误1"和"错误2"）是检测类信号，用于监测故障。这两个信号相互独立地生成，它表示编码器发生可导致不正确位置值的故障。
　　然后编码器从最低有效位（LSB）开始发送绝对位置值。其长度取决于所用的编码器，RCN223的绝对位置值为23位。
　　在数据字结尾处，必须将时钟信号置为高电平。10~30 μs后或1.25~3.75 μs后（系统时钟大于1 MHz时）数据线返回低电平。然后，时钟信号启动另一次数据发送。
　　2 绝对式编码器接口的实现
　　全数字化交流伺服系统中采用TMS320X2812作为控制器，用以实现位置环、速度环和电流环以及SVPWM、电压和电流采样等功能。此外，采用公司的型号为的Cyclone系列FPGA实现与绝对式码盘接口、译码逻辑等功能。FPGA部分的功能框图如图2所示。
　　首先由时钟发生模块产生周期为0.5 μs的方波信号，取名为CLOCK,此信号作为通讯同步时钟信号。在CLOCK的每个时钟上升沿计数变量COUNT自加1,变量COUNT的初始值为0.当发送使能模块检测到COUNT的值为3时，说明编码器已经将位置值保存完毕，发送使能模块使SENT_EN信号有效，发送模块开始发送6位模式指令。当检测到COUNT的值为9时，停止COUNT在每个时钟上升沿计数，停止发送数据并使接收使能信号RECEIVE_EN有效，从而使能接收模块。接收模块开始检测数据输入信号的上升沿，一旦上升沿到来说明收到数据起始位S,启动COUNT在每个时钟上升沿计数，以后在每个时钟信号的上升沿保存位置值，直到检测到COUNT的值为39时，停止接收数据，由接收模块向双口RAM模块的A口写入要保存的位置值，从而结束一次FPGA与编码器的通讯过程。
　　由于每次通讯时间是严格固定的，设系统时钟为2 MHz.FPGA为主叫，当时钟下降沿到来时，编码器保存位置值要2个时钟周期，向编码器发送"请求数据"控制字共6位，需时6个时钟周期，编码器向FPGA共发送1个起始位、2个"错误位"、23位位置值和5位CRC校验位要31个时钟周期，共39个时钟周期，所以每次通讯需要19.5 μs的时间，并且每个时刻具体需要传递哪一位数据也是严格确定的。
　　在FPGA内部实现了128 B的双口RAM空间，A口具有8位数据线，7位地址线，用于与编码器通讯，B口具有16位数据线，7位地址线，用于与DSP通讯，因为TMS320X2812为16位DSP,所以与FPGA中RAM的数据传递极为方便。
　　DSP在每个电流环周期发送一个有效的"begin"信号，19.5 μs之后，码盘信号接收模块将接收到数据存入FPGA内部双口RAM的A口中，并按顺序排列成16位数据的形式，然后向DSP发送end信号，表示一次通讯结束，DSP接收到中断之后从FPGA的双口RAM的B口中读取数据，完成一次通讯，DSP的连接如图3所示。
　　在该接口的研发过程中，对FPGA的开发采用Altera公司的Quartus II 5.0集成环境，硬件描述语言为VHDL语言。图4为主程序流程图。
　　图5为码盘与FPGA之间的通讯波形，从位置信号可以看出该接口工作正常。
　　FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
　　本文设计了一种基于FPGA的绝对式码盘智能接口，用以进行绝对式编码器和伺服驱动器DSP处理器之间的通讯，并且具有CRC校验等纠错功能。该接口基本可以替代价格昂贵的专用接口芯片，降低产品的成本，促进伺服电机驱动器的国产化进程。&&来源:
技术资料出处:夏加宽， 李晓帆
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绝对式光电编码器的接口装置设计与应用[1]
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