CN106200561B - 编码器控制器及配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及伺服控制技术领域，公开了一种编码器控制器及其配置方法。本发明中，该编码器控制器用于与外部编码器进行串行通讯，其包括：状态机、时钟模块、数据解析模块和寄存器组；寄存器组用于为时钟模块配置对应于不同编码器通信协议类型的工作频率、为数据解析模块配置对应于不同编码器通信协议类型的数据收发模式、为状态机配置对应于不同编码器通信协议类型的工作状态。本发明实施方式还提供了一种编码器控制器的配置方法。本实施方式与现有技术相比，使得编码器控制器在支持多种类型的编码器时，能够节省FPGA资源，操作方便，有利于降低软硬件成本。

Description

编码器控制器及配置方法

技术领域

本发明涉及伺服控制技术领域，特别涉及一种编码器控制器及其配置方法。

背景技术

在伺服控制中，编码器是电机转子的位置和转速的检测装置，对于伺服系统的闭环控制至关重要。常用的编码器可以分为增量型编码器和绝对值型编码器。

现有技术中，增量型编码器通常采用相同的串行通讯协议与编码器控制器进行通讯。绝对值型编码器是对应一圈，每个基准的角度记录一个唯一与该角度对应的二进制数值，编码器控制器通过串行总线读取绝对值型编码器当前记录到的角度数值和多圈数值。然而本申请的发明人发现：现有技术中，每家绝对值型编码器所支持的串行总线通讯协议并不相同，由此导致伺服控制系统需要通过相应的编码器控制器和不同的绝对值型编码器进行通讯，才能将绝对值型编码器中的数值从中读取出来。

举例而言，目前市面上常见的绝对值型编码器所支持的串行总线通讯协议有：海德汉编码器的Endat、尼康编码器的RAS102、SICK编码器的HIPERFACE等。对于通用性伺服系统来说，就需要支持类似上述多厂家的编码器。为了实现这一目的，现有技术中，需要将各厂家的编码器控制器均加入到现场可编程逻辑门阵列FPGA设计中。如图1所示为传统的支持多协议编码器的伺服驱动器的编码器控制器的结构示意图。其中，编码器控制器10包括：内部总线接口模块100、复用控制模块101，以及连接于内部总线接口模块100和复用控制模块101之间的多种类型的编码器控制器，例如，增量型编码器控制器102、第一绝对值型编码器控制器103、第二绝对值型编码器控制器104等等。由于第一、第二或者第三绝对值型编码器控制器中的每个仅支持一种类型的编码器通讯协议，所以在不明确客户实际选定的编码器的具体类型时，通常所有标称支持的类型的编码器控制器都需要加入至FPGA中，但同时工作的只会是其中的一个某种类型的编码器控制器。因此，现有的编码器控制器在实现伺服控制的通用性时，易造成FPGA资源太大，硬件成本上升的问题。而另一种支持多种通信协议类型的编码器控制器的设计方法是，预先设计对应于不同类型的编码器的FPGA配置文件，这种方案在实际应用时，需要通过软件将客户实际选定的编码器对应的FPGA配置文件下载至FPGA中，软件操作繁琐，同时还需要较大的非易失存储区空间用于存放备选的FPGA配置文件，造成软硬件成本都会上升。并且，现有中，由于FPGA中包括有多种类型的编码器控制器，在实际应用时，还会给设计维护造成困难。

发明内容

本发明部分实施方式的目的在于提供一种编码器控制器及其配置方法，使得编码器控制器在支持多种类型的编码器时，能够节省FPGA资源，操作方便，有利于降低软硬件成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种编码器控制器，用于与外部编码器进行串行通讯，所述编码器控制器包括：状态机、时钟模块、数据解析模块和寄存器组；所述寄存器组用于为所述时钟模块配置对应于不同编码器通信协议类型的工作频率、为所述数据解析模块配置对应于不同编码器通信协议类型的数据收发模式、为所述状态机配置对应于不同编码器通信协议类型的工作状态；其中，所述时钟模块用于根据所述寄存器组的配置工作于相应的编码器通信协议类型的工作频率；所述数据解析模块用于根据所述寄存器组的配置工作于相应的编码器通信协议类型的数据收发模式；所述状态机用于根据所述寄存器组的配置控制所述时钟模块和所述数据解析模块工作于相应的编码器通信协议类型的工作状态。

本发明的实施方式还提供了一种编码器控制器的配置方法，应用于如前所述的编码器控制器，该方法包括：在图形用户界面中接收寄存器组的配置参数；将所述接收到的配置参数写入所述寄存器组。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过寄存器组将状态机、时钟模块和数据解析模块的工作参数配置为对应于不同的编码器通信协议类型所要求的工作参数，从而使得通过仅相当于一个编码器通信协议类型所要求的FPGA资源的规模即可满足多种不同的编码器通信协议类型的编码器的通信要求，大幅降低对于FPGA资源的要求，同时，本实施方式仅需通过对寄存器组进行参数配置，即可实现对应于不同的编码器通信协议类型的编码器的通信，操作方便，不需要额外的放置FPGA配置文件的非易失性存储空间，有利于降低软硬件成本。

另外，所述寄存器组包括：编码器种类配置寄存器，用于配置不同编码器通信协议类型的循环冗余校验CRC多项式；所述数据解析模块用于根据所述编码器种类配置寄存器当前配置的CRC多项式进行数据传输校验。由于不同编码器通信协议类型所要求的循环冗余校验CRC多项式不同，所以本实施方式通过编码器种类配置寄存器确定编码器控制器需要使用的CRC多项式，由此提高了编码器控制器的通用性。

另外，所述寄存器组还包括：发送数据配置寄存器，用于配置发送至支持不同编码器通信协议类型的编码器的命令；所述数据解析模块根据所述发送数据配置寄存器当前配置的命令向编码器发送命令。由于不同编码器通信协议类型所要求发送至编码器的命令不同，所以本实施方式通过发送数据配置寄存器确定编码器控制器需要发送的命令，由此提高了编码器控制器的通用性。

另外，所述寄存器组还包括：控制寄存器，用于配置不同编码器通信协议类型的通讯模式；其中，所述通讯模式包括软件触发通讯或者自动周期通讯；所述状态机用于根据所述控制寄存器当前配置的通讯模式控制所述时钟模块和所述数据解析模块工作于所述软件触发通讯或者自动周期通讯状态。由于不同编码器通信协议类型所要求的通讯模式不同，例如一些类型的通信协议要求自动周期通讯，而一些类型的通讯协议要求软件触发通讯。所以本实施方式通过控制寄存器确定编码器控制器需要使用的通讯模式，由此提高了编码器控制器的通用性。

另外，所述寄存器组还包括：数据位数配置寄存器，用于配置不同编码器通信协议类型的数据位数；所述状态机用于根据所述数据位数配置寄存器当前配置的数据位数控制所述数据解析模块进行数据的收发以及校验。由于不同编码器通信协议类型所要求的数据位数不同，所以本实施方式通过数据位数配置寄存器确定编码器控制器的数据位数，由此提高了编码器控制器的通用性。

另外，所述寄存器组还包括：波特率配置寄存器，用于配置不同编码器通信协议类型的波特率；所述时钟模块用于根据所述波特率配置寄存器当前的配置产生对应频率的时钟信号。由于不同编码器通信协议类型所要求的传输速率不同，所以本实施方式通过波特率配置寄存器确定编码器控制器的波特率，由此提高了编码器控制器的通用性。

另外，所述编码器控制器由现场可编程逻辑门阵列FPGA实现。FPGA处理速度快，可以提高伺服控制响应的速度。

附图说明

图1是根据现有技术编码器控制器的结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式编码器控制器的结构示意图；

图3是根据本发明第二实施方式编码器控制器的结构示意图；

图4是根据本发明第二实施方式编码器控制器寄存器组的结构示意图；

图5是根据本发明第二实施方式编码器控制器状态机的工作流程图；

图6是根据本发明第三实施方式编码器控制器的配置方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种编码器控制器，其用于与外部编码器进行串行通讯。

如图2所示，该编码器控制器10包括：状态机102、时钟模块104、数据解析模块106和寄存器组108。其中，状态机102用于控制时钟模块102和数据解析模块104的工作状态。

寄存器组108用于为时钟模块104配置对应于不同编码器通信协议类型的工作频率、为数据解析模块106配置对应于不同编码器通信协议类型的数据收发模式、为状态机102配置对应于不同编码器通信协议类型的工作状态。时钟模块104用于根据寄存器组的配置工作于相应的编码器通信协议类型的工作频率，数据解析模块106用于根据寄存器组的配置工作于相应的编码器20通信协议类型的数据收发模式，状态机106用于根据寄存器组的配置控制时钟模块和数据解析模块工作于相应的编码器20通信协议类型的工作状态。

本实施方式中，状态机102、时钟模块104、数据解析模块106和寄存器组108等均可以由现场可编程逻辑门阵列FPGA实现。

在实际应用中，由于本实施方式的编码器控制器包括有寄存器组，且通过寄存器组可以对编码器控制器中的状态机、时钟模块以及数据解析模块的的工作参数进行配置，所以，当编码器控制器需要与A种通信协议类型的编码器进行串行通信时，只要对寄存器组中相应的工作参数进行配置即可。需要说明的是，本实施方式的寄存器组可以配置的参数类型越多，比如，可以对循环冗余校验CRC多项式或者波特率等进行配置，伺服系统能够支持的编码器的通信协议类型就越多。因此，对于各种可配置工作参数的编码器控制器中的模块，均可以设置对应的寄存器以配置其工作参数。

本实施方式与现有技术相比，在实现编码器控制器时，仅需要保留一套可配置的工作模块，并通过寄存器组对各工作模块进行参数配置，使得经过配置的编码器控制器能够与对应的编码器进行串行通讯，因此，本实施方式的编码器控制器在实现通用的同时，大幅减小FPGA硬件规模，同时，也不需要额外备份对应于不同编码器通讯协议类型的FPGA文件，操作简单，有利于降低软硬件成本。

本发明的第二实施方式涉及一种编码器控制器。第二实施方式在第一实施方式的基础上做出改进，主要改进之处在于：在第二实施方式中，进一步提供了可采用寄存器组进行配置的编码器控制器的工作参数，从而，丰富了本实施方式的实现方式。

如图3、4所示，本实施方式的编码器控制器10包括：状态机102、时钟模块104、数据解析模块106和寄存器组108。本实施方式的编码器控制器10中的寄存器组经配置后，与对应通信协议类型的编码器20进行通信。

本实施方式的寄存器组108包括：编码器种类配置寄存器1081，用于配置不同编码器通信协议类型的循环冗余校验CRC多项式。数据解析模块106用于根据编码器种类配置寄存器1081当前配置的CRC多项式进行数据传输校验。

发送数据配置寄存器1082，用于配置发送至支持不同编码器通信协议类型的编码器的命令。数据解析模块106根据发送数据配置寄存器1082当前配置的命令向编码器发送命令。

控制寄存器1083，用于配置不同编码器通信协议类型的通讯模式。通讯模式包括软件触发通讯或者自动周期通讯。状态机102用于根据控制寄存器1083当前配置的通讯模式控制时钟模块104和数据解析模块106工作于软件触发通讯或者自动周期通讯状态。

数据位数配置寄存器1084，用于配置不同编码器通信协议类型的数据位数。状态机102用于根据数据位数配置寄存器1084当前配置的数据位数控制数据解析模块106进行数据的收发以及校验。

波特率配置寄存器1085，用于配置不同编码器通信协议类型的波特率。时钟模块104用于根据波特率配置寄存器1085当前的配置产生对应频率的时钟信号。

需要说明的是，本实施方式的编码器控制器10还可以包括：增量型编码器控制器模块100，用于与增量型编码器控制器通信。具体而言，增量型编码器控制模块100包括：测速控制子模块1002，用于检测增量型编码器的旋转速度。正反计数子模块1004，用于检测增量型外部编码器的运转方向，并进行相应的计数。

下面通过举例对本实施方式的编码器控制器中的寄存器组的配置进行说明如下：

例如考虑本实施方式的编码器控制器需要支持SSI编码器和海德汉编码器。在对寄存器组进行配置时，考虑到SSI的通信协议类型只要求进行接收操作，接收从SSI编码器传回的位置及温度信息。海德汉编码器则需要编码器控制器先发送请求命令给海德汉编码器，海德汉编码器再传送回命令要求的数据。另外，两者的CRC校验位数和多项式也不一样。但是两者也有相同之处，例如都是根据时钟信号来传输数据。根据两者的异同点，在实际应用中，需要对寄存器组配置如下参数：

SSI编码器:

海德汉编码器:

然后结合图5所示，对本实施方式的状态机102的工作流程简要说明如下：

步骤501：根据寄存器组的配置选择编码器的通讯协议，编码器波特率，数据位数。即状态机从寄存器组中读取时钟模块、数据解析模块以及状态机自身的一些工作参数，确定本编码器控制器工作的具体通信协议类型。

步骤502：自动传输？如果为自动周期通讯模式，则进入步骤504，如果为软件触发通讯模式，则进入步骤503。

步骤503：等待控制寄存器下发指令。

在软件触发通讯模式下，编码器控制器需要等待软件下发的指令。

步骤504：发送请求位置的命令给编码器。在自动周期模式下，编码器控制器周期性地发送请求位置的命令给编码器。

步骤505：根据数据配置寄存器和配置的发送数据位数发送请求指令。

步骤506：等待接收是否超时？

步骤507：接收数据。在步骤507中，状态机控制接收数据的位数达到寄存器组当前配置的数据位数。

步骤508：CRC接收和校验。在步骤508中，状态机控制接收CRC的位数达到寄存器组当前配置的数据位数。

步骤509：将接收到的数据存储到接收寄存器中并在状态寄存器中指示CRC校验结果。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明第三实施方式涉及一种编码器控制器的配置方法。

如图6所示，该方法包括以下步骤：

步骤602：在图形用户界面中接收寄存器组的配置参数。

步骤602中，例如可以在图形用户界面中提供对应于市面上常见的绝对值型编码器的选项，例如SSI、海德汉等，用户可以选取对应的选项，同时，该选项下对应有用于配置寄存器组的相应的配置参数，该配置参数用于使得编码器控制器以与前述选项指定的编码器进行通讯。当然，还可以在图形用户界面中指定寄存器组中各寄存器的名称，便于用户手动输入寄存器对应的工作参数。

步骤604：将接收到的配置参数写入寄存器组。从而，该编码器控制器即可等同于与写入的配置参数对应的编码器的控制器。

本实施方式在通用伺服控制系统中，可以快速、方便地将编码器控制器定制成不同的通信协议类型控制器，便于配合不同协议类型的编码器工作。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种编码器控制器，用于与外部编码器进行串行通讯，其特征在于，包括：状态机、时钟模块、数据解析模块和寄存器组；

所述寄存器组用于为所述时钟模块配置对应于不同编码器通信协议类型的工作频率、为所述数据解析模块配置对应于不同编码器通信协议类型的数据收发模式、为所述状态机配置对应于不同编码器通信协议类型的工作状态；

其中，所述时钟模块用于根据所述寄存器组的配置工作于相应的编码器通信协议类型的工作频率；所述数据解析模块用于根据所述寄存器组的配置工作于相应的编码器通信协议类型的数据收发模式；所述状态机用于根据所述寄存器组的配置控制所述时钟模块和所述数据解析模块工作于相应的编码器通信协议类型的工作状态。

2.根据权利要求1所述的编码器控制器，其特征在于，所述寄存器组包括：

编码器种类配置寄存器，用于配置不同编码器通信协议类型的循环冗余校验CRC多项式；所述数据解析模块用于根据所述编码器种类配置寄存器当前配置的CRC多项式进行数据传输校验。

3.根据权利要求1所述的编码器控制器，其特征在于，所述寄存器组还包括：

发送数据配置寄存器，用于配置发送至支持不同编码器通信协议类型的编码器的命令；所述数据解析模块根据所述发送数据配置寄存器当前配置的命令向编码器发送命令。

4.根据权利要求1所述的编码器控制器，其特征在于，所述寄存器组还包括：

控制寄存器，用于配置不同编码器通信协议类型的通讯模式；其中，所述通讯模式为软件触发通讯或者自动周期通讯；所述状态机用于根据所述控制寄存器当前配置的通讯模式控制所述时钟模块和所述数据解析模块工作于所述软件触发通讯状态或者自动周期通讯状态。

5.根据权利要求1所述的编码器控制器，其特征在于，所述寄存器组还包括：

数据位数配置寄存器，用于配置不同编码器通信协议类型的数据位数；所述状态机用于根据所述数据位数配置寄存器当前配置的数据位数控制所述数据解析模块进行数据的收发以及校验。

6.根据权利要求1所述的编码器控制器，其特征在于，所述寄存器组还包括：

波特率配置寄存器，用于配置不同编码器通信协议类型的波特率；所述时钟模块用于根据所述波特率配置寄存器当前的配置产生对应频率的时钟信号。

7.根据权利要求1所述的编码器控制器，其特征在于，所述编码器控制器由现场可编程逻辑门阵列FPGA实现。

8.根据权利要求1所述的编码器控制器，其特征在于，所述编码器控制器还包括：

增量型编码器控制器模块，用于与增量型编码器控制器通信。

9.根据权利要求8所述的编码器控制器，其特征在于，所述增量型编码器控制模块包括：

测速控制子模块，用于检测增量型编码器的旋转速度；

正反计数子模块，用于检测增量型外部编码器的运转方向，并进行相应的计数。

10.一种编码器控制器的配置方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任一项所述的编码器控制器，包括：

在图形用户界面中接收寄存器组的配置参数；

将所述接收到的配置参数写入所述寄存器组。