基于FPGA的绝对式光电编码器通信接口研究

论文摘要

高速、高精度已经成为伺服驱动系统的发展趋势,而位置检测环节是决定伺服系统高速、高精度性能的关键环节之一。光电编码器作为伺服驱动系统中常用的检测装置,根据结构和原理的不同分为增量式和绝对式。本文从原理上对增量式光电编码器和绝对式光电编码器做了深入的分析,通过对比它们的特性,得出了绝对式光电编码器更适合高速、高精度伺服驱动系统的结论。绝对式光电编码器精度高、位数多的特点决定其通信方式只能采取串行传输方式,且由相应的通信协议控制信息的传输。本文首先针对编码器主要生产厂商日本多摩川公司的绝对式光电编码器,深入研究了通信协议相关的硬件电路、数据帧格式、时序等。随后介绍了新兴的电子器件FPGA及其开发语言硬件描述语言Verilog HDL,并对基于FPGA的绝对式编码器通信接口电路做了可行性的分析。在此基础上,采用自顶向下的设计方法,将整个接口电路划分成发送模块、接收模块、序列控制模块等多个模块,各个模块采用Verilog语言进行描述设计编码器接口电路。最终的设计在相关硬件电路上实现。最后,通过在TMS320F2812伺服控制平台上编写的硬件驱动程序验证了整个设计的各项功能,达到了设计的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本研究课题的背景及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 2 光电编码器的构成及原理
• 2.1 光电编码器的分类
• 2.2 增量式光电编码器
• 2.3 绝对式光电编码器
• 3 多摩川绝对式光电编码器通信协议简介
• 3.1 电气连接
• 3.2 多摩川绝对式光电编码器通信协议数据帧
• 3.3 多摩川绝对式光电编码器通信协议时序逻辑
• 3.4 多摩川绝对式光电编码器通信协议特点
• 4 基于 FPGA 的多摩川绝对式光电编码器接口电路设计
• 4.1 FPGA 概述
• 4.2 FPGA 实现接口电路的可行性分析
• 4.3 接口电路总体设计要求
• 4.4 总体设计
• 4.5 模块设计
• 4.6 可靠性设计
• 5 实验结果分析、总结与展望
• 5.1 系统平台简介
• 5.2 主要器件简介
• 5.3 开发软件及工具简介
• 5.4 DSP 驱动程序编写
• 5.5 实验结果及分析
• 5.6 全文总结与展望
• 致谢
• 参考文献