本發明專利技術提供了一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統及方法，在FPGA芯片內部的編碼器通信模塊例化一個串行通信模塊和多個針對不同類型串行通信編碼器進行數據交互的編碼器模塊；所述編碼器模塊的數量與外接的伺服電機軸端編碼器的數量相匹配，且每個所述編碼器模塊都支持多種類型的伺服電機軸端編碼器；各伺服電機軸端編碼器通過對應的編碼器模塊連接至所述串行通信模塊，所述串行通信模塊與伺服驅動器連接，以建立多個伺服電機軸端編碼器與伺服驅動器之間的數據傳輸通道。本發明專利技術的有益效果是：可以減少線材需求、減小布線復雜度、降低干擾的影響，同時不限制使用編碼器或光柵尺的類型；同時保證各編碼器位置反饋采樣點的一致性。
A multi encoder data interaction system and method based on FPGA
【技術實現步驟摘要】
一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統及方法
本專利技術涉及伺服驅動器與編碼器等位置檢測裝置之間的適配
，尤其涉及一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統及方法。
技術介紹
在現代高精度伺服驅動器控制系統中，有需要同時采集電機軸端位置反饋和被控制對象端位置反饋的需求。電機軸端位置反饋通常采用旋轉編碼器等裝置來檢測，被控制對象端位置反饋通常采用光柵尺等裝置來檢測。伺服驅動器主要通過被動接收脈沖信號或者串行通信的方式來獲取位置反饋。其中，串行通信需要有數據交互的過程，且由伺服驅動器主動發起；同時，不同廠家的編碼器交互內容也不相同。在單軸伺服控制系統中，在同時需要電機軸端位置反饋和被控制對象端位置反饋的情況下，需要分別與1個電機軸端編碼器和1個被控制對象端光柵尺進行通信鏈接。在多軸伺服控制系統中，需要分別與多個電機軸端編碼器進行通信鏈接，在需要被控制對象端位置反饋的情況下，還需要與1個被控制對象端光柵尺進行通信鏈接。在上述使用過程中，每個編碼器或者光柵尺都需要通過物理連線的方式與伺服驅動器連接，同時伺服驅動器上需要放置多個物理端口。增加了電柜布線的復雜度，增加了干擾引入的路徑。同時在電柜與被控制對象距離較遠的情況下，線材的需求量就會成倍增加。在串行通信編碼器可以設定通信地址的條件下，可以將各編碼器按照RS485的網絡進行組網連接，通過給各編碼器設定不同的地址來進行尋址鏈接。在此種應用過程中，可以減小電柜布線的復雜度，節省線材的用量，但是對組網的編碼器功能上有特定要求，以及伺服驅動器與各串行編碼器進行數據交互在時間上有先后順序，不能保證位置反饋采樣點的一致性。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術提供了一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統及方法；一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統，應用于多數量多類型伺服電機軸端編碼器與伺服驅動器之間的數據交互過程中，其特征在于：在FPGA芯片內部的編碼器通信模塊例化一個串行通信模塊和多個針對不同類型串行通信編碼器進行數據交互的編碼器模塊；所述編碼器模塊的數量與外接的伺服電機軸端編碼器的數量相匹配，且每個所述編碼器模塊都支持多種類型的伺服電機軸端編碼器；各伺服電機軸端編碼器通過對應的編碼器模塊連接至所述串行通信模塊，所述串行通信模塊與伺服驅動器連接，以建立多個伺服電機軸端編碼器與伺服驅動器之間的數據傳輸通道。進一步地，每個所述編碼器模塊中包括：第一多路選擇器、第二多路選擇器、第三多路選擇器和編碼器子模塊；所述編碼器子模塊中包括多個針對不同類型編碼器的編碼器單元，使每個所述編碼器模塊可以匹配多種類型的編碼器；所述編碼器子模塊中的各所述編碼器單元的數據輸出端口分別與所述第一多路選擇器、所述第三多路選擇器的對應數據輸入端口連接，各所述編碼器單元的數據輸入接口分別于所述第二多路選擇器的對應數據輸出端口連接；所述第一多路選擇器輸出端口及所述第二多路選擇器的輸入端口均與對應的伺服電機軸端編碼器電性連接；各編碼器模塊中的第三多路選擇器的數據輸出端分別與所述串行通信模塊電性連接；所述第一多路選擇器、所述第二多路選擇器及所述第三多路選擇器的選擇信號線均連接至所述串行通信模塊，伺服驅動器通過所述串行通信模塊對各編碼器模塊中的多路選擇器進行選擇設定。進一步地，所述FPGA芯片通過非隔離接口電路與各伺服電機軸端編碼器電性連接，通過隔離電路與伺服驅動器電性連接。進一步地，每個編碼器模塊中，所述第一多路選擇器、所述第二多路選擇器和所述第三多路選擇器的類型一樣，且具體類型與所述編碼器子模塊中的編碼器單元的個數相匹配。進一步地，一種基于FPGA的多編碼器數據交互方法，應用于所述的一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統中，所述一種基于FPGA的多編碼器數據交互方法，包括如下步驟：S101：根據實際外接的伺服電機軸端編碼器的數量，在FPGA芯片內部的編碼器通信模塊例化相同數量的編碼器模塊；并按照各伺服電機軸端編碼器的物理接口的位置順序依次將各編碼器模塊編號為1～N；其中，N為所述編碼器模塊的總個數；S102：初始化：伺服驅動器發送包含1～N個物理接口的編碼器類型的請求數據到串行通信模塊；串行通信模塊依據接收到的編碼器類型的請求數據發送1～N物理接口的編碼器類型的類型選擇信號至各編碼器模塊；以此來初始化各編碼器模塊中編碼器子模塊使用的多路選擇器；同時編碼器模塊返回響應數據給伺服驅動器，表示初始化設置完成；其中，包含編碼器類型的請求數據和響應數據的格式使用廠家自定的格式；S103：周期通信階段：伺服驅動器發送包含觸發信號的請求數據到串行通信模塊，串行通信模塊依據接收到的包含觸發信號的請求數據生成觸發信號，觸發信號同時輸出給所有的編碼器模塊；S104：各編碼器模塊中的編碼器子模塊均內置有對應類型編碼器位置請求數據；各編碼器模塊接收到所述觸發信號后，被第一多路選擇器選中的編碼器單元輸出的對應類型編碼器位置請求數據被發送到對應的伺服電機軸端編碼器，伺服電機軸端編碼器輸出的編碼器響應數據被第二多路選擇器選中的編碼器單元接收并解析，被第三多路選擇器選中的編碼器單元輸出的解析數據被作為各編碼器模塊的輸出數據；所述輸出數據即為伺服電機軸端編碼器的位置和狀態數據；其中，包含觸發信號的請求數據和響應數據的格式使用廠家自定的格式；S105：按照1～N的順序將各個編碼器模塊獲取的對應伺服電機軸端編碼器的位置和狀態數據依次填充到串行通信模塊內部的1～N個存儲單元；串行通信模塊將1～N個存儲單元中存儲的位置和狀態數據打包反饋給伺服驅動器。進一步地，所述編碼器子模塊接收到完整數據時，需要同時發起對相應伺服電機軸端編碼器的數據交互過程，或者延時預設時間后重新開始對伺服電機軸端編碼器返回脈沖的計數。本專利技術提供的技術方案帶來的有益效果是：可以減少線材需求、減小布線復雜度、降低干擾的影響，同時不限制使用編碼器或光柵尺的類型；同時保證各編碼器位置反饋采樣點的一致性。附圖說明下面將結合附圖及實施例對本專利技術作進一步說明，附圖中：圖1是本專利技術實施例中一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統的結構圖；圖2是編碼器模塊內部結構示意圖；圖3和圖4均為是本專利技術實施例中一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統的數據交互原理示意圖；圖5是本專利技術實施例中串行通信模塊原理示意圖；1-編碼器模塊、2-伺服電機軸端編碼器、3-伺服驅動器、4-串行通信模塊；11-第一多路選擇器、12-第二多路選擇器、13-第三多路選擇器、14-編碼器子模塊。具體實施方式為了對本專利技術的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本專利技術的具體實施方式。本專利技術的實施例提供了一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統及方法；所述一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統，應用于多數量多類型伺服電機軸端編碼器與伺服驅動器之間的數據交互過程中；請參考圖1，圖1是本專利技術實施例中一本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統，應用于多數量多類型伺服電機軸端編碼器與伺服驅動器之間的數據交互過程中，其特征在于：在FPGA芯片內部的編碼器通信模塊例化一個串行通信模塊(4)和多個針對不同類型串行通信編碼器進行數據交互的編碼器模塊(1)；所述編碼器模塊(1)的數量與外接的伺服電機軸端編碼器(2)的數量相匹配，且每個所述編碼器模塊(1)都支持多種類型的伺服電機軸端編碼器(2)；各伺服電機軸端編碼器(2)通過對應的編碼器模塊(1)連接至所述串行通信模塊(4)，所述串行通信模塊(4)與伺服驅動器(3)連接，以建立多個伺服電機軸端編碼器(2)與伺服驅動器(3)之間的數據傳輸通道。/n
【技術特征摘要】
1.一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統，應用于多數量多類型伺服電機軸端編碼器與伺服驅動器之間的數據交互過程中，其特征在于：在FPGA芯片內部的編碼器通信模塊例化一個串行通信模塊(4)和多個針對不同類型串行通信編碼器進行數據交互的編碼器模塊(1)；所述編碼器模塊(1)的數量與外接的伺服電機軸端編碼器(2)的數量相匹配，且每個所述編碼器模塊(1)都支持多種類型的伺服電機軸端編碼器(2)；各伺服電機軸端編碼器(2)通過對應的編碼器模塊(1)連接至所述串行通信模塊(4)，所述串行通信模塊(4)與伺服驅動器(3)連接，以建立多個伺服電機軸端編碼器(2)與伺服驅動器(3)之間的數據傳輸通道。
2.如權利要求1所述的一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統，其特征在于：每個所述編碼器模塊(1)中包括：第一多路選擇器(11)、第二多路選擇器(12)、第三多路選擇器(13)和編碼器子模塊(14)；所述編碼器子模塊(14)中包括多個針對不同類型編碼器的編碼器單元，使每個所述編碼器模塊(1)可以匹配多種類型的編碼器；
所述編碼器子模塊(14)中的各所述編碼器單元的數據輸出端口分別與所述第一多路選擇器(11)、所述第三多路選擇器(13)的對應數據輸入端口連接，各所述編碼器單元的數據輸入接口分別于所述第二多路選擇器(12)的對應數據輸出端口連接；所述第一多路選擇器(11)輸出端口及所述第二多路選擇器(12)的輸入端口均與對應的伺服電機軸端編碼器(2)電性連接；
各編碼器模塊(1)中的第三多路選擇器(13)的數據輸出端分別與所述串行通信模塊(4)電性連接；所述第一多路選擇器(11)、所述第二多路選擇器(12)及所述第三多路選擇器(13)的選擇信號線均連接至所述串行通信模塊(4)，伺服驅動器(3)通過所述串行通信模塊(4)對各編碼器模塊(1)中的多路選擇器進行選擇設定。
3.如權利要求1所述的一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統，其特征在于：所述FPGA芯片通過非隔離接口電路與各伺服電機軸端編碼器(2)電性連接，通過隔離電路與伺服驅動器(3)電性連接。
4.如權利要求1所述的一種基于FPGA的多編碼器數據交互系統，其特征在于：每個編碼器模塊(1)中，所述第一多路選擇器(11)、所述第二多路選擇器(12)和所述第三多路選擇器(13)的類型一樣，且具體類型與所述編碼器子模塊(14)中的編碼器單元的個數相匹配。
5.一種基于FPG...
【專利技術屬性】
技術研發人員：杜佳星，吳瀟瀟，
申請(專利權)人：武漢邁信電氣技術有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42
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