一 概述

　　絕對式編碼器利用自然二進(jìn)制、循環(huán)二進(jìn)制（格雷碼）或PRC碼對碼盤(pán)上的物理刻線(xiàn)進(jìn)行光電轉換，將連接軸的轉動(dòng)角度量轉換成相應的電脈沖序列并以數字量輸出。它具有體積小、精度高、接口數字化及絕對定位等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于雷達、轉臺、機器人、數控機床和高精度伺服系統等諸多領(lǐng)域。絕對式編碼器的數據輸出以同步串行輸出為主，EnDat接口是海德漢專(zhuān)為編碼器設計的數字式、全雙工同步串行接口。它不僅能為增量式和絕對式編碼器傳輸位置值，同時(shí)也夠傳輸或更新存儲在編碼器中的信息，或保存新的信息。由于使用了串行傳輸方式，所以只需四條信號線(xiàn)，在后續電子設備的時(shí)鐘激勵下，數據信息被同步傳輸。數據類(lèi)型（位置值、參數、診斷信息等）由后續電子設備發(fā)送給編碼器的模式指令選擇決定。
　
　　二 EnDat接口介紹

　　1. EnDat接口的特點(diǎn)

　　高性能低成本：通用的接口適用于所有的增量和絕對式編碼器，更經(jīng)濟的電能消耗，小的尺寸和緊湊的連接方式，快速系統配置，零點(diǎn)可根據偏置值浮動(dòng)。
　
　　更好的信號質(zhì)量：編碼器內部特別的優(yōu)化提高了系統精度，為數控系統提供更好的輪廓精度。

　　更好的實(shí)用性：自動(dòng)系統配置功能；數字信號提高了系統的可靠性；監控與診斷信息有利于系統的安全；冗余碼校驗有利于可靠的信號傳輸。

　　提高了系統的安全性：兩個(gè)獨立的位置信息及錯誤信息位，數據的校驗和及應答。

　　適用于先進(jìn)的技術(shù)發(fā)展：（高的分辨率、短的控制周期，最快16M時(shí)鐘，安全設計理念）適用于直接驅動(dòng)技術(shù)。

圖1 EnDat接口編碼器數據采集原理圖

　　2. EnDat2.2編碼器性能的提高

　　傳輸位置值與附加信息可同時(shí)傳輸：附加信息的類(lèi)型可通過(guò)存儲地址選擇碼選擇。
　
　　編碼器數據存儲區域包括編碼器制造商參數、OEM廠(chǎng)商參數、運行參數、運行狀態(tài)，便于系統實(shí)現參數配置。
　
　　EnDat2.2編碼器實(shí)現了全數字傳輸，增量信號的處理在編碼器內部完成（內置14Bit細分），提高了信號傳輸的質(zhì)量和可靠性，可實(shí)現更高的分辨率。

　　監控和診斷功能，報警條件包括：光源失效、信號幅值不足、位置計算錯誤、運行電壓太低或太高、電流消耗太大等；當編碼器的一些極限值被接近或超過(guò)時(shí)提供警告信號。
　
　　更寬的電壓范圍（3.6~14V）和傳輸速率（16M）。
　
　　3. 時(shí)序和OEM數據存儲

　　在每一幀同步數據傳輸時(shí)一個(gè)數據包被發(fā)送，傳輸循環(huán)從時(shí)鐘的第一個(gè)下降沿開(kāi)始測量值被保存，計算位置值。在兩個(gè)時(shí)鐘脈沖（2T）后，后續電子設備發(fā)送模式指令“編碼器傳輸位置值”（帶或不帶附加信息）。

    在計算出了絕對位置值后（tcal－－-見(jiàn)圖2 ），從起始位開(kāi)始編碼器向后續電子設備傳輸數據，后續的錯誤位F1和F2（只存在于EnDat2.2指令中）是為所有的監控功能和故障監控服務(wù)的群組信號，他們的生成相互獨立，用來(lái)表示可能導致不正確位置信息的編碼器故障。導致故障的確切原因保存在“運行狀態(tài)”存儲區，可以被后續電子設備查詢(xún)。
　
　　從最低位開(kāi)始，絕對位置值被傳輸，數據的長(cháng)度由使用的編碼器類(lèi)型決定。傳輸位置值所需的時(shí)鐘脈沖數保存在編碼器制造商的參數中。位置值數據的傳輸以循環(huán)冗余檢測碼結束。

圖2 無(wú)附加信息的位置值傳輸

　　位置值如果帶附加信息，緊接在位置值后的是附加信息1和2，他們也各以一個(gè)CRC結束。附加信息的內容由存儲區的選擇地址決定，然后在后面的采樣周期里被傳輸。在后續的傳輸中一直傳輸該信息，直到新的存儲區被選擇。在數據字的結尾，時(shí)鐘信號必須置高電平。10us到30us或1.25us到3.75us（EnDat2.2可編程的恢復時(shí)間tm）后，數據線(xiàn)回到低電平，然后，新的數據傳輸可在新的時(shí)鐘信號下開(kāi)始。

圖3  帶附件信息的位置傳輸

　　同時(shí)，編碼器為參數提供了不同的存儲區，它們可以被后續電子設備讀取，這些區域可以被編碼器制造商、OEM廠(chǎng)商甚至最終用戶(hù)寫(xiě)入。一些特定的區域是可以被寫(xiě)保護的。不同系列的編碼器支持不同的OEM存儲區和不同的地址范圍。因此，每一個(gè)編碼器必須讀取OEM存儲區的分配信息?；诖嗽?，后續電子電路應基于相對地址編程，而不能使用絕對地址。
　
　　三 EnDat接口后續電子設備的電路設計方案

　　使用者可以根據EnDat接口協(xié)議和電路電氣特性自行設計接口電路進(jìn)行數據采集與處理，同時(shí)海德漢也提供了特定的數據處理芯片供用戶(hù)選擇。如果用戶(hù)自行設計電路，需遵循EnDat接口的電氣特性，并需要掌握EnDat接口的協(xié)議，保證嚴格遵循協(xié)議的時(shí)序要求和數據幀格式。而如果采用海德漢提供的數據處理芯片，則可以簡(jiǎn)化設計，用戶(hù)只需配置FPGA的寄存器，按照芯片可接受的指令格式發(fā)送指令，就可獲得需要的數據。
   　
　　通過(guò)遵循RS 一485 （差分信號）標準的收發(fā)元件，在后續電子設備發(fā)出的同步時(shí)鐘激勵下，數據（位置值和參數）可以在編碼器和后續電子設備之間雙向傳輸。            
　
　　四 FPGA+軟件宏

　　海德漢的合作伙伴MAZet公司針對Xilinx公司的Virtex和Spartan系列及Altera公司的Acex和Cyclone系列提供了EnDat協(xié)議的軟件宏，根據客戶(hù)需求，MAZet公司還可以提供定制軟核。該軟核實(shí)現了EnDat接口的所有功能，用戶(hù)可通過(guò)6位地址線(xiàn)和16位數據線(xiàn)與微控制器進(jìn)行8位或16位的數據傳輸。下面是FPGA的模塊圖和電路設計。

圖4   FPGA模塊圖



圖5 編碼器和后續電路連接模塊圖

 　　五 結束語(yǔ)

　　海德漢公司的EnDat接口在很多行業(yè)已得到廣泛的應用，現在它又被提升到嶄新高度。雙向EnDat 2.2接口的時(shí)鐘頻率現已提高到16 MHz，能滿(mǎn)足直接驅動(dòng)這類(lèi)高動(dòng)態(tài)性能要求的應用，特別是電子工業(yè)的應用，時(shí)鐘頻率從8 MHz提高到16 MHz不僅將大大縮短讀取位置信息所需時(shí)間，還可以大幅縮短控制環(huán)的周期。同時(shí)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟的系統設計為客戶(hù)提供了方便，強大的功能和通用性及具有前瞻的安全設計理念引導編碼控制技術(shù)不斷向前發(fā)展。
　
　　參考文獻

　　[1] EnDat位置編碼器雙向數字接口   海德漢技術(shù)資料

　　[2] 高安全性控制技術(shù)               海德漢技術(shù)資料

　　[3] EnDat接口技術(shù)手冊             海德漢技術(shù)資料