CN201039215Y

CN201039215Y - 一种串行通讯及解码装置

Info

Publication number: CN201039215Y
Application number: CNU2007200512861U
Authority: CN
Inventors: 麻文兴; 廖文高
Original assignee: Guangzhou Numerical Control Equipment Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Numerical Control Equipment Co Ltd
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2017-05-10

Abstract

一种串行通讯及解码装置，连接于交流伺服电机与驱动电路之间，对交流伺服电机进行数据采集及处理，再经由驱动电路输出到所述交流伺服电机，其包括用于采集交流伺服电机转子角度和方向信息的绝对式编码器、用于处理其所输出的采集数据的差分电路、与所述差分电路及驱动电路分别连接的运动控制器，所述运动控制器用于处理所述差分电路输出的差分数据，处理后的数据再输出至驱动电路。本实用新型中运动控制器通过差分电路直接和绝对式编码器通讯，中间不需要专用通讯、解码芯片，大大节约成本；在运动控制器中设置多个功能模块，充分开发利用其潜力；利用运动控制器的串行通讯口后，能提供更安全、可靠的通讯功能，有利于系统稳定工作。

Description

一种串行通讯及解码装置

技术领域

本实用新型涉及一种串行通讯及解码装置，尤其涉及应用于高精、高速、全数字交流伺服驱动装置中DSP(数字信号处理)装置与绝对式编码器的串行通讯及解码装置。

背景技术

数字交流伺服系统在许多高科技领域上都得到了广泛的应用，如数控机床、机器人、包装设备、雷达、军用武器随动系统、航空航天以及变频器等众多领域中。随着各个领域的飞速发展，对伺服系统的要求也日益严格，不同的应用环境对伺服系统的性能要求也不尽相同。尤其在精密数控机床、机器人及雷达等系统中，对伺服系统又提出了许多特殊的要求：高速、高精度、高可靠性和较强的抗干扰能力。全数字控制因其自身高可靠性已成为伺服控制的发展方向。高性能微处理器DSP和功率电子器件的发展为伺服控制的全数字化实现提供了条件。基于DSP高性能控制策略的全数字化的位置伺服系统要解决的关键问题是：(1)高性能驱动系统的实现；(2)调节器的设计，通过设计出合适的位置调节器，实现对永磁同步电机进行精确定位，使定位精度，定位速度，位置响应等指标都能满足伺服控制的要求。

目前，现有的交流永磁同步伺服电机和编码器在交流伺服装置中得到了广泛的应用。在对电机的控制过程中，不仅需要确定电机转子磁极初始位置，还要确定电机运行时转子旋转角度和旋转方向。为了得到这些信息，可以将编码器嵌入到电机上，和电机同步运转，从而获得电机转子角度和方向的信息。编码器可分为：增量式编码器、混合式编码器和绝对式编码器三大类。增量式编码器在电机运行时能确定转子旋转角度和方向，其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息；混合式编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息，但在电机上电之时，其检测出的初始磁极位置会有±30°的电角度误差；绝对式编码器却具有以下特点：1、可以直接读出角度坐标的绝对值；2、无累积误差；3、电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有17位、23位等多种。因而它可应用于许多高精度、高速度的运动控制场合。应用绝对式编码器需要解决的关键问题就是通讯和解码。目前都是采用编码器生产厂家提供的专用芯片来实现的，将大大增加成本，同时电路也较复杂。

因此，需要发明一种新的串行通讯及解码装置解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述之缺陷，提供一种新的方便、安全、可靠、经济的串行通讯及解码装置，并成功应用于全数字交流伺服驱动装置中。

本实用新型为了实现上述技术目的，采用如下技术手段：

一种串行通讯及解码装置，用于对交流伺服电机进行数据采集及处理，再将处理后的数据经由驱动电路输出到所述交流伺服电机，该装置连接于交流伺服电机与驱动电路之间，所述串行通讯及解码装置包括与所述交流伺服电机连接并用于采集交流伺服电机转子角度和方向信息的绝对式编码器、与所述绝对式编码器连接并用于处理其所输出的采集数据的差分电路、与所述差分电路及驱动电路分别连接、且用于处理所述差分电路输出的差分数据及将处理后的数据再输出至驱动电路的运动控制器。

所述运动控制器包括DSP元件以及连接在所述差分电路与DSP元件之间的时序控制模块，所述时序控制模块用于完成运动控制器与绝对式编码器串行通讯的时序控制。

所述运动控制器还包括连接在所述差分电路与DSP元件之间的解码及传输模块，所述解码及传输模块用于实现所述交流伺服电机控制算法以及绝对式编码器数据读、写、指令发送和数据解码。

所述运动控制器还包括连接在所述差分电路与DSP元件之间的通讯时基模块，所述通讯时基模块用于实现所述串行通讯及解码装置的通讯时基控制。

所述运动控制器还包括连接在所述差分电路与DSP元件之间的数据接收模块，所述数据接收模块用于接收由所述绝对式编码器传输来的数据。

所述绝对式编码器包括有差分接口电路，与所述差分电路相互对称连接。

所述交流伺服电机是交流永磁同步伺服电机。

所述差分电路采用的是半双工的串行数据传输方式的RS-485接口芯片。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：运动控制器通过差分电路直接和绝对式编码器通讯，中间不需要专用通讯、解码芯片，大大节约成本；在运动控制器中设置多个功能模块，充分开发利用其潜力；利用运动控制器的串行通讯口后，能提供更安全、可靠的通讯功能，有利于系统稳定工作。

附图说明

图1是本实用新型所揭示串行通讯及解码装置的整体结构方框图；

图2是本实用新型绝对式编码器内部差分接口电路与差分电路连接关系示意图；

图3是本实用新型差分电路与运动控制器内部结构连接方框图；

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步详细说明本实用新型所揭示的串行通讯及解码装置。

图1揭示了本实用新型一个实施例中串行通讯及解码装置的整体结构，其包括电动机1、绝对式编码器2、差分电路3、运动控制器4、驱动放大电路5；绝对式编码器2嵌入电动机1中，和电动机1同步运转，从而获得电动机1转子角度和方向的信息；差分电路3连接在电动机1和运动控制器4之间，运动控制器4通过差分电路3直接和绝对式编码器通讯，中间不需要专用通讯、解码芯片。

图2揭示了本实用新型一个实施例中绝对式编码器内部差分接口电路与差分电路连接关系，图中IC1：绝对式编码器内部差分信号放大器，IC2：绝对式编码器外部差分信号放大器，SDAT：串行数据，SRQ：请求发送命令信号，DE：控制IC1、IC2数据传输方向信号，SCIRXD:DSP接收数据端口，SCITXD:DSP发送命令端口。图中最左部为绝对式编码器2的内部差分接口电路21；差分接口电路21和差分电路3各包括一片半双工的串行数据传输方式的RS-485差分接口芯片。IC2的SDAT是数据输出引脚， SRQ是数据输入引脚， DE是外部控制引脚，该脚受运动控制器4控制，当DE为高电平时，SDAT输出数据，当DE为低电平时，数据从SRQ输入；绝对式编码器2的内部差分接口电路21中的DE受绝对式编码器2内部的控制芯片所控制。

图3揭示了本实用新型一个实施例中差分电路与运动控制器内部结构连接关系，其中运动控制器4包括有DSP元件41、时序控制模块42、解码及传输模块43、通讯时基模块44、数据接收模块45。

时序控制模块42的主要用来控制差分电路3中的接口芯片IC1、IC2的数据传输方向，完成处理器4与绝对式编码器2串行通讯的时序控制。在读绝对式编码器2上的信息时，首先使绝对式编码器外部差分电路3中DE信号为高电平，然后查询DSP串口状态寄存器中的发送准备好状态位，当其满足发送所需的条件时才能发送读编码器指令。差分电路3中DE信号延时一段时间，待指令放松完毕后再使其为低电平，此时IC1、IC2工作在接收数据状态，并维持低电平直到一帧数据接收完毕，这样就能严格控制DSP元件41与绝对式编码器2的通讯时序。

解码及传输模块43的主要工作是负责编码器读指令发送及对接收到的数据进行解码。通过解码才能准确知道交流永磁同步伺服电机的旋转角度和方向等信息。该模块是在定时器1下溢中断服务程序中完成的。

数据接收模块45的主要工作是完成执行DSP串行口数据接收中断服务程序。该模块主要用来处理当DSP元件41串口接收到一个字符(1个起始位、8个数据位和1个停止位)便产生一个接收中断，该中断被使能时，进入了串口接收中断服务程序。保护现场的同时须执行关中断操作，防止在读数据当中被高优先级的其他中断服务程序中断掉。此后，查询DSP元件41接收状态标志位，若接收DSP元件41串口接收缓冲区空，则等待数据到来；若DSP元件41串口接收缓冲区里有数据，则进行可读数据操作，数据保存在一个定义好的数据存储空间中。当一帧数据收完毕时便开中断以便接收下一帧数据。通过解码、计算就能知道电机1转向和转速信息，从而为控制电机1提供准确参数变量值。

本实用新型采用的技术原理如下：运动控制器4与绝对式编码器2的串行通讯及解码方法的软件架构采用前后工作模式、半双工的串行数据传输方式和RS-485接口标准。整个通讯和解码工作是由四个功能模块完成的。时序控制模块负责控制差分接口电路芯片的DE信号，当其为高电平时，绝对式编码器可以接收外部指令；而当为低电平时，绝对式编码器可以向外部发送数据。定时器1下溢中断服务程序是用来实现电机控制算法以及编码器读、写指令发送和数据解码等工作。数据接收工作则在DSP串口数据接收中断服务程序完成，为电机控制提供准确、稳定的参数信息。

上述DSP按串口通讯数据格式，当其接受到一个字符时(包括1个起始位、8个数据位、1个停止位)便引发一次接受中断，并置位相应的中断标志位，当中断使能时，便进入相应的中断服务程序。在定时器1下溢中断程序里周期性的读、写绝对式编码器，能完全保证DSP接收数据的完整性。CPU定时器2周期中断服务程序则是用来作为通讯时基控制。DSP串行口数据接收中断服务程序主要负责接收编码器传来的数据。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims

1.一种串行通讯及解码装置，用于对交流伺服电机进行数据采集及处理，再将处理后的数据经由驱动电路输出到所述交流伺服电机，该装置连接于交流伺服电机与驱动电路之间，其特征在于，所述串行通讯及解码装置包括与所述交流伺服电机连接并用于采集交流伺服电机转子角度和方向信息的绝对式编码器、与所述绝对式编码器连接并用于处理其所输出的采集数据的差分电路、与所述差分电路及驱动电路分别连接、且用于处理所述差分电路输出的差分数据及将处理后的数据再输出至驱动电路的运动控制器。

2.根据权利要求1所述的串行通讯及解码装置，其特征在于，所述运动控制器包括DSP元件以及连接在所述差分电路与DSP元件之间的时序控制模块，所述时序控制模块用于完成运动控制器与绝对式编码器串行通讯的时序控制。

3.根据权利要求2所述的串行通讯及解码装置，其特征在于，所述运动控制器还包括连接在所述差分电路与DSP元件之间的解码及传输模块，所述解码及传输模块用于实现所述交流伺服电机控制算法以及绝对式编码器数据读、写及数据解码。

4.根据权利要求3所述的串行通讯及解码装置，其特征在于，所述运动控制器还包括连接在所述差分电路与DSP元件之间的通讯时基模块，所述通讯时基模块用于实现所述串行通讯及解码装置的通讯时基控制。

5.根据权利要求4所述的串行通讯及解码装置，其特征在于，所述运动控制器还包括连接在所述差分电路与DSP元件之间的数据接收模块，所述数据接收模块用于接收由所述绝对式编码器传输来的数据。

6.根据权利要求1所述的串行通讯及解码装置，其特征在于，所述绝对式编码器包括有差分接口电路，与所述差分电路相互对称连接。

7.根据权利要求1所述的串行通讯及解码装置，其特征在于，所述交流伺服电机是交流永磁同步伺服电机。

8.根据以上任意一项权利要求所述的串行通讯及解码装置，其特征在于，所述差分电路采用的是半双工的串行数据传输方式的RS-485接口芯片。