絕對(duì)值編碼器協(xié)議還挺多的，比如常用德國公司的一些協(xié)議SSI，BISS，ENDAT，HIPERFACE協(xié)議等等，還有日系的多摩川。當(dāng)然還有一些基于modbus的，can的，模擬量的。
絕對(duì)值編碼器的好處就在于，編碼器掉電能保存編碼器的位置信息，重新上電后不會(huì)丟失。不像光編編碼器，上電無法知道絕對(duì)位置，需要找到z信號(hào)。不過絕編使用起來會(huì)相對(duì)麻煩點(diǎn)，需要通信協(xié)議，其成本也會(huì)貴一點(diǎn)。
它內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)方式也有很多種。感興趣的可以網(wǎng)上查一查。
SSI協(xié)議介紹
SSI通訊協(xié)議為縮寫，其全稱為同步串行接口( Synchronous Serial interface )，是一種廣泛使用的位置傳感器之間的串行接口和一個(gè)控制器。
SSI是RS-422上的單向串行協(xié)議。單向時(shí)鐘由主頻產(chǎn)生，并從80khz指定到2mhz。接收數(shù)據(jù)也是單向的，SSI不支持傳播延遲補(bǔ)償。
不活動(dòng)時(shí)時(shí)鐘為高電平。 為了啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，時(shí)鐘變低并存儲(chǔ)位置。在時(shí)鐘信號(hào)的第一個(gè)上升沿，MSB 在 SSI 編碼器處移出。 在第二個(gè)上升沿，MSB-1 被移出，依此類推，直到最后一位 (LSB) 被移出。 另一個(gè)時(shí)鐘周期后，時(shí)鐘保持高電平，直到下一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸開始。 根據(jù)超時(shí)，當(dāng)前鎖存位置或新位置值將在下一次傳輸中傳輸。
硬件接口
采用的是422的差分接口與絕對(duì)值編碼器連接，一般SSI編碼器必須有6根線，一般的編碼器可能是8根線(方向和置零)。
- 時(shí)鐘CLK+
- 時(shí)鐘CLK+
- 數(shù)據(jù)DATA+
- 數(shù)據(jù)DATA-
- GND
- VCC(5V-30V)
通信時(shí)序
隨便拿了個(gè)SSI編碼器的datasheet：
數(shù)據(jù)手冊(cè)上對(duì)時(shí)間的描述：
- t1>0.45us
- t2<0.40us
- t3=12us~30us
- T=1us~11us
協(xié)議特性
- 時(shí)鐘在80khz-2mhz
- 協(xié)議是單向的
- 空閑態(tài)時(shí)鐘為高
- 時(shí)鐘個(gè)數(shù)等于數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)+1：第一個(gè)時(shí)鐘是觸發(fā)編碼器，數(shù)據(jù)是從第二個(gè)時(shí)鐘開始。
- 時(shí)鐘上升沿觸發(fā)編碼器，下降沿鎖存數(shù)據(jù)
- SSI沒有傳播延遲檢測(cè)補(bǔ)償
- 一幀通信結(jié)束后，需要空閑10-30us。
驅(qū)動(dòng)器與編碼器通信
額外提一下，好一點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)，都是雙核的，一般都使用DSP+FPGA，或者是MCU+FPGA的方式.
為什么要使用FPGA？
- 一部分原因就是因?yàn)樘幚砭幋a器的信號(hào)，通用驅(qū)動(dòng)器需要支持的編碼器協(xié)議有很多種，單個(gè)dsp或者mcu，并不能都支持。
MCU如何與SSI通信
IO模擬
如果自己想熟悉一下協(xié)議，做做測(cè)試，可以用MCU的IO口模擬一下SSI協(xié)議，讀取編碼器的信息。
SPI
一般使用MCU的SPI接口。MCU作為Master主機(jī)，編碼器作為Slave從機(jī)。 SPI的CLK經(jīng)過差分電路后連接到編碼器的時(shí)鐘信號(hào)線上。 SPI的MISO經(jīng)過差分電路后連接大編碼器的DATA信號(hào)線上。
SPI有四種模式
SPI的相位(CPHA)和極性(CPOL)分別可以為0或1，組合構(gòu)成了SPI的4種模式(mode)。
時(shí)鐘極性CPOL: SPI空閑時(shí)鐘信號(hào)CLK的電平
- 1:高電平
- 0:低電平
時(shí)鐘相位CPHA: SPI在CLK哪個(gè)邊沿開始采樣
- 0:第一個(gè)邊沿
- 1:第二個(gè)邊沿
| 模式 | 時(shí)鐘極性 | 相位 |
|---|---|---|
| 模式0 | CPOL=0(低電平) | CPHA=0(第一個(gè)邊沿:上升沿) |
| 模式1 | CPOL=0(低電平) | CPHA=1(第一個(gè)邊沿:下降沿) |
| 模式2 | CPOL=1(高電平) | CPHA=0(第一個(gè)邊沿:下升沿) |
| 模式3 | CPOL=1(高電平) | CPHA=1(第一個(gè)邊沿:上升沿) |
根據(jù)SSI的協(xié)議是時(shí)鐘空閑是高電平，在下降沿采樣。所以我們需要把SPI配置成模式2，CPOL=1，CPHA=0的模式。
根據(jù)編碼器位數(shù)，設(shè)置SPI的通信長度，通信后得到的數(shù)據(jù)，掐頭掐尾，丟掉第一個(gè)bit，丟掉尾巴的多余的bit。就得到了SSI的數(shù)據(jù)。
時(shí)序要求，最后也要給編碼器一個(gè)空閑超時(shí)時(shí)間，讓編碼器準(zhǔn)備下一次傳輸數(shù)據(jù)。 假設(shè)400k時(shí)鐘，一個(gè)時(shí)鐘2.5us, 14位編碼器則需要15個(gè)時(shí)鐘*2.5us = 37.5us + 20us = 57.5us。通信一次。
編碼器的多圈值和單圈值
什么是單圈編碼器？ 編碼器記錄的信息只記錄一圈內(nèi)的絕對(duì)位置。
什么是多圈編碼器？ 編碼器除了記錄一圈內(nèi)的位置信息，還會(huì)記錄圈數(shù)。
SSI的數(shù)據(jù)格式
- 一般有二進(jìn)制格式，以及格雷碼格式。
- 二進(jìn)制，即是通信data。
- 格雷碼，是一種錯(cuò)誤最小化的編碼方式。需要解碼，將格雷碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。
