CUI編碼器的串行協(xié)議選項(xiàng)

問：CUI編碼器的串行協(xié)議選項(xiàng)

根據(jù)應(yīng)用情況，控制器或變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可能需要測量轉(zhuǎn)子速度、位置和方向的任意組合。旋轉(zhuǎn)編碼器是針對(duì)這類應(yīng)用很合適的設(shè)備，它可以是相對(duì)于參考點(diǎn)給出位置的增量類型，也可以是表示每個(gè)轉(zhuǎn)子位置的唯一編碼的絕對(duì)編碼器。盡管這兩種類型的工作原理相似，但絕對(duì)式編碼器能夠在系統(tǒng)開啟后立即確定轉(zhuǎn)子位置，而無需初始化，并且在意外斷電時(shí)可以跟蹤位置。

位置檢測通常使用光學(xué)傳感(計(jì)數(shù)和比較編碼輪上的標(biāo)記)或電子傳感(檢測編碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電容變化)來執(zhí)行。選擇電容式編碼器，如CUI的AMT系列絕對(duì)式編碼器，可以消除因編碼輪上的由于污垢、油脂，或錯(cuò)誤及虛假照明而導(dǎo)致的光學(xué)錯(cuò)誤。CUI的專利電容技術(shù)確保了高可靠性和低維護(hù)。

編碼器通信協(xié)議選項(xiàng)

在編碼器的選型時(shí)，另一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素是編碼器如何連接到主機(jī)系統(tǒng)，尤其是要選擇最合適的通信接口。供應(yīng)商可以提供各種輸出的編碼器，從簡單的TTL電平輸出到工業(yè)以太網(wǎng)或?qū)Ｓ袠?biāo)準(zhǔn)。而大家所熟悉的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，是最流行和最廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)之一，其包括RS-485(又名TIA/EIA-485)、SPI(串行外圍接口)和SSI(同步串行接口)。設(shè)計(jì)者如何選型主要取決于主機(jī)系統(tǒng)上可用的接口，以及協(xié)議延遲、最大數(shù)據(jù)速率、編碼器和主機(jī)之間的連接距離，以及所需的抗擾度等因素。

串行外圍接口(SPI )

SPI支持由時(shí)鐘信號(hào)協(xié)調(diào)的雙向同步交互。同步通信由于消除了對(duì)建立公共數(shù)據(jù)速率或傳輸位數(shù)的需要，簡化了主設(shè)備和從設(shè)備之間的交互。主輸出-從輸入(MOSI)和主輸入-從輸出(MISO)數(shù)據(jù)連接允許全雙工通信。大量主機(jī)控制器都內(nèi)置了SPI端口。再加上調(diào)整數(shù)據(jù)速率的能力，使得SPI成為一種非常便利的連接接口，只需最少的額外網(wǎng)絡(luò)電路即可實(shí)現(xiàn)。

主機(jī)通過斷言適當(dāng)?shù)男酒x擇信號(hào)從給定的從機(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，從機(jī)可以立即響應(yīng)。這使得CUI的SPI編碼器(如AMT22系列等)能夠極其快速地向主機(jī)提供位置反饋。當(dāng)通過SPI連接訪問AMT22時(shí)，AMT22給出當(dāng)前位置，可以指示其設(shè)置零點(diǎn)或使用擴(kuò)展命令重置編碼器。該編碼器2 MHz的最大時(shí)鐘速度允許數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到輸入緩沖區(qū)，以便在1500ns內(nèi)開始讀取。

圖1：具有共享時(shí)鐘信號(hào)、MOSI和MISO以及獨(dú)特芯片選擇線的典型SPI配置

SPI連接是單端的，最適合一米以下的短連接距離。不過，其可以通過動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)速率，允許設(shè)備以較慢的速度在更長的距離內(nèi)運(yùn)行。

RS-485接口

如果編碼器距離主機(jī)較遠(yuǎn)，或者工作環(huán)境中存在明顯的電氣噪聲，RS-485差分信號(hào)可以提供更高的防錯(cuò)誤或抗干擾免能力。RS-485通信是異步的，因此不需要時(shí)鐘信號(hào)。這種方案需要一個(gè)專用的RS-485收發(fā)器，根據(jù)距離的不同，通信速度可高達(dá)10 Mbps甚至更高。

RS-485的數(shù)據(jù)通過雙絞線進(jìn)行交換，雙絞線必須使用相當(dāng)于電纜特性阻抗的電阻正確端接，該電阻通常位于電纜的每一端?？梢杂卸鄠€(gè)編碼器連接到RS-485串行總線，理想情況下，使用電纜和編碼器之間的連接要盡可能短。

圖2：帶有主機(jī)和多個(gè)編碼器的典型RS-485配置

CUI的AMT21系列編碼器專為連接RS-485串行總線而設(shè)計(jì)，其使用四個(gè)引腳連接，包括電源、接地和兩個(gè)差分連接。其默認(rèn)協(xié)議是8N1(8個(gè)數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗(yàn)，1個(gè)停止位)，其中兩個(gè)較低的位定義給編碼器的命令，其余位包含編碼器地址。這允許多達(dá)64個(gè)編碼器共享總線。當(dāng)控制器輸入編碼器地址和命令以讀取總線上的位置數(shù)據(jù)(或多圈編碼器的圈數(shù))時(shí)，目標(biāo)編碼器會(huì)在三微秒內(nèi)響應(yīng)。該編碼器還有兩個(gè)擴(kuò)展命令用于設(shè)置零位和重置編碼器。

同步串行接口(SSI )

SSI通常是一種同步單工單向主從通信協(xié)議，使用差分信令，沒有芯片選擇信號(hào)。這使得與編碼器的連接變得簡單且成本較低，其具有動(dòng)態(tài)速度調(diào)節(jié)功能，同時(shí)差分連接也提供了較高的抗噪特性。

CUI的AMT23系列絕對(duì)編碼器是適用于SSI的產(chǎn)品，其通過單端通信和使用芯片選擇連接讓主機(jī)激活總線上的單個(gè)編碼器，因此可以節(jié)省一根導(dǎo)線。與SPI不同，這種方案主機(jī)不發(fā)送命令，編碼器僅通過在總線上放置位置數(shù)據(jù)來響應(yīng)，簡化了主機(jī)和編碼器之間的接口。CUI設(shè)備的SSI接口與具有芯片選擇功能的現(xiàn)成SSI控制器兼容。該方案典型的連接長度和噪聲性能與SPI類似。

圖3：典型的三線SSI配置，具有共享的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線以及獨(dú)特的芯片選擇線

本文小結(jié)

CUI多樣的絕對(duì)編碼器產(chǎn)品組合為工程師提供了靈活的選項(xiàng)，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的編碼器，并簡化與主機(jī)系統(tǒng)的互連。當(dāng)需要長距離連接或高抗噪性能時(shí)，差分RS-485接口是一個(gè)更好的選擇，它同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高速通信。此外，SPI易于設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求較少，并且大量市面上的通用微控制器都支持這一接口。最后，SSI的同步通信和減少布線的特點(diǎn)也使其成為編碼器方案設(shè)計(jì)時(shí)一種簡單、低成本的選擇，由于其采用差分信號(hào)還提供了額外的抗噪特性。

原文標(biāo)題：電機(jī)控制編碼器選型：三種常見串行接口配置，哪一個(gè)適合你?

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審核編輯：湯梓紅