2013.7 多摩川編碼器總結(jié)

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1、2013.7多摩川編碼器總結(jié)一、摘要基于CPLD和DSP實(shí)現(xiàn)CPLD與多摩川編碼器的通訊，通過對(duì)編碼器發(fā)送請(qǐng)求，得到編碼器發(fā)回的數(shù)據(jù)并進(jìn)行解碼，得到絕對(duì)位置值。二、學(xué)習(xí)步驟：1、熟悉工作環(huán)境，掌握Modelsim以及Quartus的使用。2、閱讀多摩川編碼器的通訊協(xié)議。3、根據(jù)協(xié)議編寫testbench，并在Modelsim上進(jìn)行仿真調(diào)試。4、仿真通過后，通過Quartus編譯后下載到CPLD上并與編碼器通訊，實(shí)際情況下運(yùn)行。5、完成各項(xiàng)要求的功能。6、對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化，盡可能減少資源占用。7、驗(yàn)收。三、總體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分三部分：多摩川編碼器，CPLD，DSP。1、編碼器跟CPLD之間通過M

2、AX485電平轉(zhuǎn)換進(jìn)行連接。2、CPLD與DSP則通過總線進(jìn)行連接（這一部分結(jié)構(gòu)編寫學(xué)長已經(jīng)完成并且提供了端口連接）3、主要工作是CPLD的解碼部分。四、通訊協(xié)議1、TS5668的技術(shù)指標(biāo)：（物理層）精度：單圈精度:17位(131072)多圈精度:16位(65536)最高轉(zhuǎn)速/(r·min-1)：6000】輸出：差分NRZ編碼二進(jìn)制傳輸速度/Mbps：2.5發(fā)送、接收電路：差分形式通信方式：主從模式接口：3FG，4sig+，5sig-，7VCC，8DGND。4和5為差分信號(hào)接口。2、通信步驟如下圖：（邏輯鏈路層）1）CPLD向編碼器發(fā)送一個(gè)控制字CF2）3us后編碼器返回?cái)?shù)據(jù)包。3）C

3、PLD對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，并將得到的數(shù)據(jù)放在總線上，等待DSP獲取。具體流程如下圖：3、字的結(jié)構(gòu)：下圖分別為CF、DF、CRC字的結(jié)構(gòu)。1）CF字的開始位為0，再是010的同步位，以及4位的控制位，1位奇偶校驗(yàn)位（對(duì)控制位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)），結(jié)束位為1，共十位。通過不同的DataIDcode可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，具體功能如下表：2）SF該字包含錯(cuò)誤信息，如編碼錯(cuò)誤和通訊警報(bào)。通過檢測(cè)相應(yīng)位置上的值，就可以確定編碼器的工作狀態(tài)是否正常。3）CRC進(jìn)行CRC校驗(yàn)時(shí)，要對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。計(jì)算時(shí)除掉每字的起始位和分隔符。4）數(shù)據(jù)傳輸正如CF介紹中提到，不同的CF控制命令會(huì)對(duì)應(yīng)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)傳輸。主要

4、有三類，而我們用的是DataID0，絕對(duì)數(shù)據(jù)傳輸。后面的空格表明沒有數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸中，低位在前，高位在后，每一字都是以0開始以1結(jié)束。由于是17位精度編碼器，DF2數(shù)據(jù)位的高7位都是0。五、需求分析1、啟動(dòng)DSP每隔60us向CPLD發(fā)送一個(gè)啟動(dòng)脈沖，CPLD捕捉到上升沿后開始向編碼器發(fā)送CF請(qǐng)求命令。如果CPLD已經(jīng)處于發(fā)送或接受狀態(tài)，再接收到啟動(dòng)脈沖，不予響應(yīng)。2、485使能由于CPLD與編碼器的通訊需要MAX485進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，而MAX485是一個(gè)半雙工器件，因此，需要提供一個(gè)端口控制485的使能端，決定485的讀寫控制。3、頻率要求板子上提供10M頻率的時(shí)鐘，而多摩川編碼器

5、的通訊協(xié)議需要2.5M頻率時(shí)鐘，因此需要分頻。4、異常情況分析考慮到傳輸過程中的異常情況（比如把“0”傳輸成“1”，或者反之），以及其他可能會(huì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤情況。1）編碼器接受到錯(cuò)誤的CF，給出了相應(yīng)的回應(yīng)。2）編碼器接受到錯(cuò)誤的CF，沒有回應(yīng)。3）編碼器自身出現(xiàn)錯(cuò)誤（在SF中會(huì)給出錯(cuò)誤類型）。5、與DSP的通訊得到絕對(duì)位置值之后，需要將讀取的結(jié)果發(fā)送給DSP，而這一過程需要提供一個(gè)端口使CPLD與DSP連接。六、整體設(shè)計(jì)1、流程圖基于多摩川編碼器的通訊協(xié)議以及需求分析，可以做出以下流程圖。閑置有啟動(dòng)脈沖無響應(yīng)或無正確響應(yīng)發(fā)送CF正確完成一周期或錯(cuò)誤結(jié)束一周期等待響應(yīng)有正確響應(yīng)接收數(shù)據(jù)處理

6、數(shù)據(jù)2、分配狀態(tài)根據(jù)流程圖，可以通過“狀態(tài)機(jī)”來完成各個(gè)狀態(tài)之間的切換，因此，分配狀態(tài)為：Idle（閑置），Request（請(qǐng)求），Wait（等待），Receive（接收）四個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)機(jī)的編寫有一段式、兩段式和三段式，這里狀態(tài)比較簡單，可以采用結(jié)構(gòu)簡單的一段式。（對(duì)于復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)，不推薦使用一段式）具體寫法如下：reg[1:0]stateparameterIdle=2'b00,Request=2'b01,Wait=2'b10,Receive=2'b11;…case(state)Idle:…Request:…Wait:…Receive:…3、閑置狀態(tài)CPLD處于閑置狀態(tài)，等待DSP發(fā)送

7、命令。當(dāng)DSP發(fā)送啟動(dòng)脈沖后，CPLD檢測(cè)到上升沿，即由閑置狀態(tài)進(jìn)入請(qǐng)求狀態(tài)，同時(shí)，為請(qǐng)求狀態(tài)做好初始化準(zhǔn)備。而在其它狀態(tài)檢測(cè)到上升沿時(shí)，則不予響應(yīng)。具體代碼如下：1）檢測(cè)啟動(dòng)脈沖always@(posedgestartorposedgestart_fg1)beginif(start==1)start_fg<=1'b1;if(start_fg1==1)start_fg<=1'b0;end2）狀態(tài)更改并為請(qǐng)求狀態(tài)做好初始化準(zhǔn)備Idle:begin