CUI編碼器的串行協(xié)議選項

問(wèn)：CUI編碼器的串行協(xié)議選項

根據應用情況，控制器或變速電機驅動(dòng)器可能需要測量轉子速度、位置和方向的任意組合。旋轉編碼器是針對這類(lèi)應用很合適的設備，它可以是相對于參考點(diǎn)給出位置的增量類(lèi)型，也可以是表示每個(gè)轉子位置的唯一編碼的絕對編碼器。盡管這兩種類(lèi)型的工作原理相似，但絕對式編碼器能夠在系統開(kāi)啟后立即確定轉子位置，而無(wú)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(計數和比較編碼輪上的標記)或電子傳感(檢測編碼輪轉動(dòng)時(shí)的電容變化)來(lái)執行。選擇電容式編碼器，如CUI的AMT系列絕對式編碼器，可以消除因編碼輪上的由于污垢、油脂，或錯誤及虛假照明而導致的光學(xué)錯誤。CUI的專(zhuān)利電容技術(shù)確保了高可靠性和低維護。

編碼器通信協(xié)議選項

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系統，尤其是要選擇最合適的通信接口。供應商可以提供各種輸出的編碼器，從簡(jiǎn)單的TTL電平輸出到工業(yè)以太網(wǎng)或專(zhuān)有標準。而大家所熟悉的串行接口標準，是最流行和最廣泛使用的標準之一，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)。設計者如何選型主要取決于主機系統上可用的接口，以及協(xié)議延遲、最大數據速率、編碼器和主機之間的連接距離，以及所需的抗擾度等因素。

串行外圍接口(SPI )

SPI支持由時(shí)鐘信號協(xié)調的雙向同步交互。同步通信由于消除了對建立公共數據速率或傳輸位數的需要，簡(jiǎn)化了主設備和從設備之間的交互。主輸出-從輸入(MOSI)和主輸入-從輸出(MISO)數據連接允許全雙工通信。大量主機控制器都內置了SPI端口。再加上調整數據速率的能力，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。

主機通過(guò)斷言適當的芯片選擇信號從給定的從機請求數據，從機可以立即響應。這使得CUI的SPI編碼器(如AMT22系列等)能夠極其快速地向主機提供位置反饋。當通過(guò)SPI連接訪(fǎng)問(wèn)AMT22時(shí)，AMT22給出當前位置，可以指示其設置零點(diǎn)或使用擴展命令重置編碼器。該編碼器2 MHz的最大時(shí)鐘速度允許數據轉移到輸入緩沖區，以便在1500ns內開(kāi)始讀取。

圖1：具有共享時(shí)鐘信號、MOSI和MISO以及獨特芯片選擇線(xiàn)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(guò)，其可以通過(guò)動(dòng)態(tài)調整數據速率，允許設備以較慢的速度在更長(cháng)的距離內運行。

RS-485接口

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

RS-485的數據通過(guò)雙絞線(xiàn)進(jìn)行交換，雙絞線(xiàn)必須使用相當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(xiàn)，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：帶有主機和多個(gè)編碼器的典型RS-485配置

CUI的AMT21系列編碼器專(zhuān)為連接RS-485串行總線(xiàn)而設計，其使用四個(gè)引腳連接，包括電源、接地和兩個(gè)差分連接。其默認協(xié)議是8N1(8個(gè)數據位，無(wú)奇偶校驗，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64個(gè)編碼器共享總線(xiàn)。當控制器輸入編碼器地址和命令以讀取總線(xiàn)上的位置數據(或多圈編碼器的圈數)時(shí)，目標編碼器會(huì )在三微秒內響應。該編碼器還有兩個(gè)擴展命令用于設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(méi)有芯片選擇信號。這使得與編碼器的連接變得簡(jiǎn)單且成本較低，其具有動(dòng)態(tài)速度調節功能，同時(shí)差分連接也提供了較高的抗噪特性。

CUI的AMT23系列絕對編碼器是適用于SSI的產(chǎn)品，其通過(guò)單端通信和使用芯片選擇連接讓主機激活總線(xiàn)上的單個(gè)編碼器，因此可以節省一根導線(xiàn)。與SPI不同，這種方案主機不發(fā)送命令，編碼器僅通過(guò)在總線(xiàn)上放置位置數據來(lái)響應，簡(jiǎn)化了主機和編碼器之間的接口。CUI設備的SSI接口與具有芯片選擇功能的現成SSI控制器兼容。該方案典型的連接長(cháng)度和噪聲性能與SPI類(lèi)似。

圖3：典型的三線(xiàn)SSI配置，具有共享的時(shí)鐘和數據線(xiàn)以及獨特的芯片選擇線(xiàn)

本文小結

CUI多樣的絕對編碼器產(chǎn)品組合為工程師提供了靈活的選項，可以根據實(shí)際應用選擇合適的編碼器，并簡(jiǎn)化與主機系統的互連。當需要長(cháng)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)現高速通信。此外，SPI易于設計實(shí)現，對于網(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(xiàn)的特點(diǎn)也使其成為編碼器方案設計時(shí)一種簡(jiǎn)單、低成本的選擇，由于其采用差分信號還提供了額外的抗噪特性。

原文標題：電機控制編碼器選型：三種常見(jiàn)串行接口配置，哪一個(gè)適合你?

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審核編輯：湯梓紅