CN112648963A - 一种基于EnDat协议的三通道角度采集卡 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于EnDat协议的三通道角度采集卡,包括RS485总线收发器模块、PCI接口模块、电源模块和FPGA主控模块，其中RS485总线收发器模块和PCI接口模块用于FPGA和外部接口之间的电平转换，电源模块负责输出采集卡中各芯片工作所需的电源，FPGA主控模块负责编码器EnDat通信协议的解析，并将解析的实时角度数据通过PCI接口传递给工控计算机。该角度采集卡仅通过一块FPGA主控芯片及其配套电路即可实现编码器角度数据采集功能，不需要专用PCI芯片，结构简单，性价比高。
Description
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，尤其涉及一种用于机床、转台等需要实时获取转轴角位置信息的三通道角度采集卡。
背景技术
光电编码器由于其在计量精度、传输距离和电磁干扰等方面的优势，使得它越来越多得被使用在机床、转台等数控系统中。针对这一发展趋势，国内外许多公司都开发了面向编码器的接口协议，包括SSI协议、BISS协议、EnDat协议等。其中，EnDat接口是由海德汉公司开发的双向数字接口，采用差分串行数据传输方式，只需要四条信号线，支持绝对式编码器和增量式编码器，既可传输编码器位置值，也能传输保存在编码器中的信息或保存新信息。EnDat接口因其质量高、成本低而得到全球各大数控厂商的青睐，支持EnDat的应用越来越多。
目前，工控计算机可以使用的PCI角度采集卡仍然为正交编码器计数卡，只能接收增量式编码器输出的正交脉冲信号，不支持EnDat协议，无法采集绝对式编码器输出的角度信息，难以满足越来越多的使用需求。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种基于EnDat协议的三通道角度采集卡，可实时采集基于EnDat协议的编码器角度数据，并将采集到的角度数据通过PCI接口传送至工控计算机。
为实现上述目的而采取的技术方案是，一种基于EnDat协议的三通道角度采集卡，包括RS485总线收发器模块、PCI接口模块、电源模块、FPGA主控模块、连接器和PCI接口，其中RS485总线收发器模块用于EnDat接口和FPGA主控模块之间的电平转换，PCI接口模块用于将PCI总线和FPGA主控模块之间的电平转换，FPGA主控模块采用EP3C10E144作为处理器，负责编码器EnDat协议的解析，并将解析的实时角度数据通过PCI接口传递给工控计算机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
该角度采集卡采用适用于编码器的EnDat双向串行数据接口，每个通道只需要四条信号线，可以传输绝对式或增量式编码器的位置值。该角度采集卡计算机接口为PCI形式，使用简单、传输速度快，方便工业控制等领域使用。该角度采集卡仅通过一块FPGA主控芯片及其配套电路即可实现角度数据采集功能，不需要专用PCI芯片，结构简单，性价比高。
附图说明
图1是本发明的系统原理框图。
图2是本发明的芯片布局示意图。
图3是本发明的FPGA主控模块角度采集逻辑图。
具体实施方式
本发明包括PCI接口、连接器、RS485收发器模块、FPGA主控模块、电源模块、PCI接口模块。
所述的PCI接口固定在工控计算机的主板上，所述的连接器与编码器的输出接口相连。
所述的电源模块布置在电路板的右侧区域，由三片AS1117芯片组成，对PCI接口提供的5V电源进行二次变换，产生3.3V、2.5V、1.2V电源，分别给RS485总线收发器模块、PCI接口模块和FPGA主控模块中的芯片供电。
所述的RS485总线收发器模块布置在电路板的左侧区域，连接器的右侧，由6片MAX3485组成，分别对三路EnDat中的CLK+/CLK-和DATA+/DATA-共6组差分信号进行电平转换，转换成适于FPGA芯片处理的3.3V电平。
所述的PCI接口模块布置在电路板的下方区域，PCI接口的上方，由5片SN74CBTD3384以及1片SN74CBTD3306组成，SN74CBTD3384为10位总线开关芯片，SN74CBTD3306位2位总线开关芯片，将52路PCI总线信号统一转换为适于FPGA芯片处理的3.3V电平，同时兼容5V和3.3V两种PCI总线标准，并起到隔离保护FPGA芯片的作用。
所述的FPGA主控模块采用INTEL公司型号为EP3C10E144的FPGA来实现，负责EnDat的协议解析，从而得到编码器的实时角度数据，并将解析的实时角度数据通过PCI接口发送给工控计算机。
图3为本发明的FPGA主控模块角度采集逻辑图，角度采集过程包括以下步骤：
S0、FPGA产生请求编码器角度输出的命令，包括CLK信号和DAT信号。
S1、进入等待接收编码器角度数据状态，检测DAT信号的状态，DAT为高电平则进入编码器角度接收模式。
S2、接收完成后，将角度数据进行保存，供给工控计算机读取。
S3、通过PCI的中断引脚通知工控计算机的读取角度，并返回执行步骤S0。工控计算机外部中断被触发后，读取角度采集卡采集的编码器角度。
Claims (5)
1.一种基于EnDat协议的三通道角度采集卡，包括PCI接口、连接器、电源模块、RS485总线收发器模块、PCI接口模块和FPGA主控模块，其特征在于，PCI接口固定在工控计算机主板上，连接器与编码器输出接口相连，支持三路编码器角度信息的实时采集，并通过PCI接口实时发送给工控计算机。
2.根据权利要求1所述的一种基于EnDat协议的三通道角度采集卡，其特征在于，所述的电源模块由三片AS1117芯片组成，对PCI接口提供的5V电源进行二次变换，产生3.3V、2.5V、1.2V电源。
3.根据权利要求1所述的一种基于EnDat协议的三通道角度采集卡，其特征在于，所述的RS485总线收发器模块，由6片MAX3485组成，分别将三路EnDat中的CLK+/CLK-和DATA+/DATA-共6组差分信号转换成3.3V单端信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于EnDat协议的三通道角度采集卡，其特征在于，所述的PCI接口模块，由5片SN74CBTD3384以及1片SN74CBTD3306组成，将5V和3.3V两种PCI总线信号转换成3.3V信号，并起到隔离保护FPGA芯片的作用。
5.根据权利要求1所述的一种基于EnDat协议的三通道角度采集卡，其特征在于，所述的FPGA主控模块采用INTEL公司型号为EP3C10E144的FPGA来实现，负责EnDat的协议解析，从而得到编码器的实时角度数据，并将解析的实时角度数据通过PCI接口发送给工控计算机。
Priority Applications (1)
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| CN201910970502.XA CN112648963A (zh) | 2019-10-13 | 2019-10-13 | 一种基于EnDat协议的三通道角度采集卡 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN112648963A true CN112648963A (zh) | 2021-04-13 |
Family
ID=75343135
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN112648963A (zh) |
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2019
- 2019-10-13 CN CN201910970502.XA patent/CN112648963A/zh active Pending
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