【技术大神】基于RZ/T1的伺服应用——编码器接口功能解析篇

时间： 2017-03-14 来源：世强

说到编码器接口，首先需要知道编码器是什么。我们这里谈到的编码器是指安装在伺服电机上用来测量磁极位置和伺服电机转角及转速的一种传感器。它被应用于运动控制系统中，用来反馈伺服电机转子位置给伺服驱动器，配合运动控制器，形成闭环控制系统，实现精准的速度和位置控制。

编码器分为增量型编码器和绝对值型编码器。增量型编码器一般输出的是ABZ的脉冲信号，电机每旋转一个细分的角度，A相就输出一个脉冲信号，B相与A相的相位相差90度相位，用于判断转子的正反转，Z相信号用于一圈的零位参考，可以省略。增量型编码器由于存在零点累计误差、抗干扰较差，而且掉电后位置信息丢失等弊端，因此出现了绝对值编码器。绝对值编码器每一个细分的角度，对应一个绝对位置信息，为了便于信息传输，绝对值编码器一般采用串行通信输出。

于2014年11月瑞萨电子宣布推出全新的工厂自动化解决方案RZ/T1系列产品。该产品适用于AC伺服驱动、运动控制器、变频器等工业设备。RZ/T1系列产品基于ARM Cortex-R4F内核，最高工作频率可达600MHz，内置两个紧密耦合内存（TCM）、工业以太网RIN引擎，有非常高响应速度和卓越的实时性。单芯片支持伺服控制和工业以太网通信，同时也支持各种编码器的连接，包括上面提到的增量型和绝对值型的编码器。

1）RZ/T1上的增量型编码器接口
RZ/T1内置有多功能定时器单元（简称：MTU）模块，该单元由8个16位定时器和1个32位定时器组成，从MTU0到MTU8共9个定时器，其中MTU1和MTU2支持相位脉冲计数等功能，即可实现增量型编码器信号的自动解析。MTU1和MTU2分别可以实现两路16位的增量型编码器接口，而且MTU1和MTU2也可以组合成32位的增量型编码器接口。

那么MTU单元怎么实现编码器信息解析的呢？如下图，A相对应MTCLKA或者MTCLKC脚，B相对应MTCLKB或者MTCLKD脚。当B相比A相延迟90度相位，则认为编码器正转，AB相分别每来一个电平跳变计数器自动+1；当B相比A相超前90度相位，则认为编码器反转，AB相分别每来一个电平跳变计数器自动-1。这样计数器最终得到的计数是A相脉冲个数的4倍。

如果需要连接更多的增量型编码器，RZ/T1也可以实现。RZ/T1还内置了定时器脉冲单元模块（简称：TPU），该模块有TPU0到TPU11共12个16位的定时器，其中TPU1和TPU5、TPU2和TPU4、TPU7和TPU11、TPU8和TPU10分别组合可以实现4路编码器接口。加上MTU的两路，一共可以实现6路的增量编码器接口。

2）RZ/T1上的绝对值编码器接口
绝对值编码器虽然一般都采用的是串口通信模式，但是各家的通信方式不同，协议有很多种，而且很多规范还在不断升级，这就给编码器接口的实现带来了困难。一般的伺服方案需要采用FPGA/CPLD来实现，这样会带来成本的增加，同时也限制了伺服驱动器的灵活性，只能支持一家的绝对值编码器，换了另一种协议的编码器就不能支持了。

RZ/T1内置了一个支持多种绝对值编码器协议的接口模块，用户只需在电机设置参考工具里选择一种编码器类型，保存到驱动控制器的Flash并重新上电，即可以切换不同的绝对值编码器通信协议了。瑞萨提供的参考代码，目前已经支持了四种标准的通信协议，分别为：EnDat、Biss、多摩川、Nikon。而且也可以根据客户的需求，定制不同标准的编码器协议。

RZ/T1为绝对值编码器接口分配了四个引脚：ENCIF00~ENCIF03，根据不同的协议，使用方法如下：

与编码器连接的硬件电路，以EnDat协议为例，参考如下：

3）RZ/T1上的编码器脉冲输出功能
另外，绝对值编码器模块还有一个附加的功能，即把从增量编码器或者绝对值编码器获取到的位置信息以ABZ脉冲的方式输出来。如下图所示的ENCOUT即示意为该模块，用户可以设置1圈有多少线和输出的位置等信息。该模块根据定时器（由用户设置定时器及周期，可以使用电流环/位置环的定时器）的中断信号自动地周期去调整脉冲输出。

这样有利于那些不支持绝对值编码器接口的PLC间接获取到电机转子的位置信息。即使是增量编码器，如果编码器的分辨率很高，PLC解析不了这么高频率的脉冲信号，也可以通过RZ/T1的脉冲输出功能降低脉冲频率。

作者：陈绪典

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全部评论（5）

人民 Lv3. 高级工程师 2018-10-25

实用
用户_2901 Lv4. 资深工程师 2017-09-12

写的不错
zyl Lv8. 研究员 2017-09-04

大神
我就是我 Lv7. 资深专家 2017-08-14

不错，正好借用
饮水者 Lv8. 研究员 2017-07-19

写的很实用

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