基于FPGA的EnDat协议时序研究

国内对EnDat协议的研究局限于读取编码器的位置信息,对没有研究编码器寄存器,而这些寄存器提供了编码器在运行过程中的重要参数,本文针对这一缺陷研究了EnDat协议的寄存器读取时序。根据EnDat通讯协议手册,设计了能够访问海德汉LC183绝对式光栅尺内部寄存器的接口电路;通过测试和分析西门子SMC20协议转接盒与海德汉LC183绝对式光栅尺之间的通讯时序,在FPGA上编程实现了寄存器访问时序。实验测试证明,设计的接口电路能够按照测试的时序正确访问LC183的内部寄存器。

基于FPGA的EnDat协议绝对式光栅尺通讯实现

为了满足高速精密运动控制对光栅尺信号的实时反馈的要求,设计了基于FPGA的EnDat 2.2协议接口模块和上位机。针对EnDat 2.2协议的通信传输方式及光栅解码要求,采用状态机设计了解码模块,并通过Modelsim仿真工具验证时序。利用FPGA和MAX485模块组成硬件电路,通过解码模块和CRC校验模块对光栅尺信号进行数据处理,最后把解码并验证成功的位置和参数信息通过串口发送到上位机显示。仿真与实测结果表明该数据采集系统位置采集周期小于40μs,能够满足25 kHz的控制要求,并且成功发送位置值到GUI上位机显示。

绝对式光栅尺振动干扰的测试

绝对式光栅尺(绝对式线位移光电编码器)在数控机床上应用广泛。在数控机床加工过程中,在不同方向上存在不同频率,不同振幅的振动干扰,这些干扰会给绝对式光栅尺的测量结果造成一定的干扰。为了更好的了解振动干扰对绝对式光栅尺的影响,以海德汉LC183绝对式光栅尺与国产JC09绝对式光栅尺作为研究对,通过比对两者在相同振动干扰条件下测量结果的波动,测试JC09绝对式光栅尺与LC183绝对式光栅尺抗振能力。结果显示JC09绝对式光栅尺与LC183绝对式光栅尺测量结果最大偏移幅度大小接近。

编码器数据读出与处理的系统实现

海德汉编码器使用过程中,需要对位置数据进行读出和处理等。研究了海德汉编码器的En Dat2.2协议,设计并实现了一套以FPGA为主控芯片来读取编码器位置信息并实现串口传输的方案;使用matlab编写了位置信息提取及显示界面;发现了位置噪声为高斯噪声;研究了中值滤波算法并进行了改进使滤波性能提升了20%,在工程应用中有实际的价值。