基于FPGA的RCN226绝对式编码器通信接口设计

0 引言
光电码盘是一种基本的位置、速度检测反馈单元，非常广泛地应用于变频器、直流伺服、交流伺服等系统的闭环控制中。为了减小体积，绝对式编码器一般采用串行通信方式输出绝对编码，针对伺服电机控制等高端场合，为了满足快速的电流环、速度环、位置环的控制需要，编码输出的速度又应该非常快，这些不利因素都对绝对式编码的接收增加了难度。
绝对式编码器厂家大多为其编码器配套了接收芯片，实现串行编码到并行编码的转换，便于控制器的读取操作。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它算法流程；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。本文研制了一种用于交流伺服系统中的基于FPGA的绝对式编码器智能接口，实现与绝对式编码器的双工通信，接收高速数据流，同时在FPGA内部开辟RAM空间，将收到的编码器数据存入RAM中，DSP可以以访问内存的方式读取数据，提高了工作速度。同时，该接口还具有奇偶校验等纠错功能，完全可以替代厂家提供的接收芯片，大幅度降低了产品成本。

1 RCN226型绝对式编码器
国内外绝对式编码器生产厂商很多，如日本的多摩川精机、德国的海德汉、国产的长春三峰等。其中海德汉的RCN226型绝对式编码器采用的是海德汉公司专用的EnDat2．2一位置编码器双向数字接口，它传输的数据类型分为位置值、位置值及附加信息或参数。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的内容。每个模式指令包括三个位。为确保可靠发送信息，每个位均采用冗余发送(反相或两次)。其发送位置值的模式指令为000111。信号传输格式如图1所示。

数据包发送与数据传输同步。传输周期从第一个时钟下降沿开始。编码器保存测量值并计算位置值。两个时钟周期后，后续电子设备发送模式指令。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。发生故障的确切原因保存在工作状态存储器中，并可被详细地查询。