CPLD的编码器解码接口及其在运动控制卡和伺服驱动器中的应用.docx

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1、CPLD的编码器解码接口及其在运动控制卡和伺服驱动器中的应用CPLD的编码器解码接口及其在运动控制卡和伺服驱动器中的应用正式这样的公司，专业从事运动控制SOPC即CPLD、FPGA的芯片级技术方案和平台级技术方案开发，并向市场推出多款运动控制SOPC芯片产品。其中SM2100系列就是1-4路的ABZ相编码器信号的解码及PWM输出功能SOPC产品。下面是2100系列的功能介绍1.1SM2100特点简介SM2100提供了1-4通道的ABZ相解码、4倍频、16位的编码器计数范围和16位的PWM脉冲发生的功能。同时在芯片内部附加了8路通用输入和8路通用输出。由于芯片是SOPC技术方案，因而还能够根据客

2、户的详细需求做定向化的设计。图1是其功能框图。下面是其性能指标：输入时钟CLK频率最高到80MHz，标准输入频率40MHz；PWM的占空比调节范围04095，频率调节范围150Hz150KHz；16位编码器计数器，可达计数范围为：165535；AB相输入可4倍频，AB相输入内接3阶数字低通滤器，滤波带宽4级可调。图1：SM2100功能框图1.2SM2100的设计应用讲明SM2100是一个SOPC方案，它的应用特点好像常见的ASIC一样方便，通过8位CPU接口与主控器件接口，通过内部寄存器来设置其工作状态及功能。其中CPU接口非常简单：8根双向数据总线：D07；7根地址总线：A06；1根片选线：

3、CS_n；1根读允许线：RD_n；1根写允许线：WR_n。可以以根据用户需要，提供16位总线接口。除了数据总线增加到16根外，其它信号与8位总线接口一样。下面是主要的功能设置寄存器介绍。通过这些寄存器的描绘，应用工程师们能够一目然地看清了SM2100的详细功能及怎样使用。1.3SM2100的主要功能原理及应用介绍A、编码器解码计数功能下列图2是解码计数部分的原理：图2：解码计数部分的原理SM2100芯片有1-4通道16位ABZ相编码器计数器。通过读取各通道的计数寄存器CNT能够得到该通道当前的计数值。对各通道的计数清零寄存器CNT_CLR的写操作将把该道的计数寄存器清零。每道计数器的输入端都有

4、4倍频电路和3阶数字滤波器电路。数字滤波器的带宽分4档可调，分别是10M,5M,2.5M,625K，分别能够滤除ABZ相信号上的宽度小于300ns、600ns、1.2us、4.8us的干扰。对形式寄存器MODE的写操作能够分别设定各通道的滤波器带宽。在Z相信号的上升沿，会把当前的编码器计数值锁存在索引寄存器CNT_IDX中，同时把状态寄存器STATUS中的对应标志位置1。CPU芯片能够根据SM2103的状态寄存器和索引寄存器的值进行回零点处理。状态寄存器的索引标志位在状态寄存器读操作后自动清零。B、PWM输出SM2100芯片有1-4通道16位PWM输出。用于产生互补差分的脉宽调制信号有死区控制

5、功能。能够用来对3相位晶体管的控制完成电机控制中的功率驱动和3相逆变器功能，可以以或结合低通滤波完成DA转换功能。PWM输出脉冲的周期能够通过往控制寄存器PWM_TL、PWM_TH写入数据来设置。有效数据为16位，即PWM_TL的8位和PWM_TH的低4位。第n通道的脉冲宽度能够通过往控制寄存器PWM_WnL、PWM_WnH写入数据来设置。有效数据为16位，即PWM_WnL的8位和PWM_WnH的低4位。往PWM_EN寄存器的最低位写入1时，使能PWM；写入0时，禁止PWM输出输出0电平。当PWM脉冲宽度的设置大于脉冲周期的设置值时，输出脉冲的占空比保持为100%。C、通用IO应用对SM210

6、0芯片的通用输入输出的操作，直接对GPI、GPO寄存器进行读写即可。这项功能能够用来完成对系统中的开关量控制，或类似于PLC中的I/O点控制。22100的应用方案举例介绍2.1SM2100芯片在运动控制卡中的应用：基于PCI的读数卡SMP330SMP330卡是利用SM2103及PCI接口芯片设计出的32位PCI总线的3通道AB相解码计数和PWM输出卡。该卡适用于电机控制，数控机械系统中的位置监测。它体现了上述SM2100系列芯片的一切功能特点，包括3通道16位A/B相编码计数器，3个16位的PWM信号输出，和多路通用的数字输入、输出通道。由于是板卡级别的产品，因而还做了系统性质电路调理处理。例

7、如编码器信号接口采用差分输入接收，高速光电隔离；PWM输出经过74LS06芯片OC输出；数字量的输出输入都经过光电隔离，其中输出还经过达林顿管增加驱动电流；此外还在板上增加了隔离电源模块，用以增加系统的抗干扰性。下列图3是SMP330的系统功能框图：SMP330卡能够用到多个应用领域：电机控制、经过监视、工业经过控制。详细的有：抄数机、测量分析仪器、半自动化定位机器、PC机数显等。它能够完成系统中的读数功能，也就是对实际位置/速度信息的测量，还有利用PWM功能对电机进行控制，同时数字GPI/O功能可以以用来对系统进行I/O扩展。比方抄数机。我们在实际工件的设计生产中，对一些较复杂或不规则工件的

8、机械外型设计比拟困难，同时也十分消耗时间。这种情况下，假如有实际的参考实物，利用抄数机的位置探测部位对实物的外壳的实际位置信息快速而又精准的测得，直接利用测得的数据恢复出其“外貌来，则设计就是一个快速高效的仿制了。那么这个抄数机设备中主要的处理部件就能够利用SMP330卡来实现。图3：是SMP330的系统构造框图2.2SM2100芯片在数字伺服驱动器中的应用已经有部分客户利用SM2100芯片方案来实现其伺服驱动器产品了，在产品里担当速度与位置的接口处理功能，以及对PWM输出产生的功能。此处以无刷直流数字伺服驱动器为例。一个无刷直流电机的控制原理框图能够用下列图4来表示。图4：无刷直流电机的控制

9、框图我们假如对上图3进行深一步的全数字化电路设计性细分，能够得到如下的图5数字直流伺服系统功能框图：图5：数字直流伺服系统框图那么，在上图5中兰色框体部分就能够用SM2100系列芯片方案来实现，灰色框范围内的功能则能够用DSP或FPGA来实现，这样就构成一个全数字伺服系统方案。当然在这个系统中，SM2100只是成但部分的功能及接口，主体的闭环算法处理是在DSP或FPGA实现用FPGA方案实现也是深圳市斯迈迪科技发展有限公司的产品之一，它囊括了2100在内，更主要的是新型FPGA的特点使得比起DSP方案来有独到的优势，此处不再赘述。这样的方案里面，结合SM2100来实现，优点是增加系统可靠性、性能好。综上所述，一个数字直流伺服系统驱动器的处理部分实现，就能够用一个DSP结合一个SM2100芯片就完成了。参考文献（SM2100：编码器解码计数、PWM输出及I/O扩展芯片手册）深圳市斯迈迪科技发展有限公司（SMP330：编码器解码计数、PWM输出及I/O扩展PCI卡手册）深圳市斯迈迪科技发展有限公司0