Saat ini, servo motor dalam alat mesin CNC domestik umumnya dilengkapi dengan encoder tambahan, sedangkan akurasi encoder tambahan tidak terlalu tinggi dan outputnya adalah sinyal paralel. Untuk meningkatkan akurasinya, perlu untuk meningkatkan desain encoder. Kesulitan dan meningkatkan output sinyal paralel, yang tidak kondusif untuk komunikasi jarak jauh antara unit servo dan encoder. Encoder absolut digunakan, kecuali bahwa akurasinya beberapa kali lebih tinggi dari encoder tambahan. Komunikasi serial berkecepatan tinggi menyimpan jalur komunikasi untuk komunikasi jarak jauh. Di ujung lain dari enkoder, CPLD dan encoder absolut digunakan untuk komunikasi serial berkecepatan tinggi. CPLD kemudian mengubah informasi enkoder yang diterima menjadi transmisi data paralel. DSP di unit servo melakukan kontrol aritmatika. Makalah ini akan memberikan desain perangkat lunak dan perangkat keras komunikasi serial berkecepatan tinggi antara CPLD dan encoder absolut .
Desain perangkat keras
Perangkat keras ini terutama terdiri dari tiga modul: catu daya, CPLD dan sirkuit perifer dan sirkuit antarmuka encoder absolut.
Modul daya
Modul daya terdiri dari sirkuit catu daya switching dan chip catu daya DC/DC, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Catu daya switching pada gambar mengubah tegangan grid AC 220V menjadi +5V, +15V, -15V. Catu daya switching dapat menyaring berbagai gangguan dalam jaringan listrik, dan transformator dalam catu daya switching akan menjadi 220V AC dan outputnya + 5V, + 15V, -15V diisolasi, sirkuit internal juga menggunakan TL431 untuk menyesuaikan Lebar pulsa konduksi dari tabung sakelar, sehingga regulasi anti-interferensi, keamanan, stabilitas dan tegangan dari catu daya switching lebih baik. TPS7333 adalah chip DC/DC. Tegangan +5V DC dikonversi menjadi tegangan DC yang stabil dari +3.3V untuk digunakan oleh CPLD. TPS7333 memiliki efisiensi konversi, keandalan, dan regulasi tegangan yang lebih baik. Ini dapat digunakan dalam kisaran tegangan +3.77V- +10V. Konversi +3.3V menyebabkan CPLD terbakar karena tegangan input terlalu tinggi.
CPLD dan modul sirkuit perifernya
CPLD dan modul sirkuit perifernya terutama terdiri dari CPLD, CPLD pemrograman antarmuka download sirkuit (antarmuka JTAG), sirkuit antarmuka DSP, osilator kristal aktif, sirkuit konversi level dan ADM485 dan sirkuit pinggirannya (sirkuit antarmuka yang bertanggung jawab untuk komunikasi dengan encoder) . Gambar 2).
Desain ini CPLD menggunakan EPM570T144C5 Altera, yang termasuk Max II Altera. Max II lebih rendah dari biaya dari Max I, dan mengkonsumsi lebih sedikit daya. Perangkat ini memiliki lebih banyak sel makro dan penundaan perangkat dikendalikan dalam 6 ns. Dengan kinerja biaya tinggi, EPM570T144C5 memiliki 570 macrocells. Jumlah pin pada chip adalah 144, di mana 116 tersedia port I/O, sehingga sumber daya chip ini cukup. CPLD terutama bertanggung jawab untuk komunikasi serial berkecepatan tinggi dengan encoder absolut, dan dikendalikan oleh perintah DSP untuk meneruskan data encoder dan informasi lainnya ke DSP secara paralel.
Antarmuka JTAG terutama digunakan untuk mengunduh file yang dapat dieksekusi ke CPLD, menginstal lingkungan pengembangan Perusahaan Altera - Quartus II pada PC, dan mengkompilasi program VHDL tertulis di lingkungan pengembangan ini untuk memastikan bahwa kompilasi tidak bebas kesalahan kesalahan kesalahan kesalahan dan fungsinya diimplementasikan. Hubungkan kabel unduhan ke antarmuka JTAG dan unduh papan CPLD melalui alat unduhan pemrograman yang disediakan oleh Quartus II.
Antarmuka DSP terdiri dari 8 baris data, 3 baris alamat dan 1 baris kontrol. 8 jalur data bertanggung jawab untuk mentransfer data encoder dan informasi lainnya. 3 baris alamat bertanggung jawab untuk mengirimkan perintah DSP dan decoding di terminal CPLD. CPLD mentransmisikan data encoder atau informasi lain ke DSP melalui 8 baris data sesuai dengan perintah yang diterjemahkan. Garis kontrol terutama melengkapi kontrol sinkron CPLD dan DSP.
Osilator kristal aktif 20m terutama menyediakan jam referensi untuk CPLD. Di bawah penggerak sinyal jam, CPLD menghasilkan laju baud 2,5MB/s untuk berkomunikasi dengan encoder, dan menghasilkan jam 10M Hz untuk beberapa sinyal kontrol logika. Memberikan frekuensi clock 20m Hz membutuhkan tegangan DC 3.3V dari catu daya.
Sirkuit pemindahan level terutama bertanggung jawab untuk mengkonversi 3.3V ke 5V atau 5V menjadi 3.3V, karena inti dan port I/O dari CPLD memerlukan tegangan pasokan 3.3V, yang diperlukan untuk ADM485 dan encoder absolut. Baik tegangan suplai dan sirkuit driver port I/O adalah 5V, jadi perlu untuk mengonversi 3.3V ke 5V atau 5V ke 3.3V dengan chip konversi level LVC4245A.
ADM485 dan sirkuit perifernya adalah koneksi perangkat keras antara CPLD dan komunikasi berkecepatan tinggi enkoder absolut. Tegangan kerja ADM485 adalah 5V, dan kecepatan komunikasi maksimumnya adalah 5MB/s. Penggunaan dua chip ADM485 untuk komunikasi docking dapat meningkatkan kemampuan anti-interferensi pada jalur komunikasi, dan jarak transmisi terpanjang dapat mencapai 1,2 km. Sirkuit perifer ditunjukkan pada Gambar 3. Setengah kanan garis putus -putus milik sirkuit perifer dari encoder absolut. Resistor pull-up dan pull-down adalah 1k ohm, resistor pembatas arus adalah 220 ohm, dan ADM485 SDAT adalah pin output data. ADM485 adalah SRQ adalah pin input data, DE ADM485 adalah pin kontrol eksternal, pin ini dikendalikan oleh CPLD. Karena protokol komunikasi RS-485 adalah setengah dupleks, ADM485 hanya dapat dalam keadaan mengirim data atau menerima data. Ketika ADM485 sangat tinggi, ADM485 berada dalam keadaan output data (yaitu, CPLD menerima data). Ketika DE of ADM485 adalah level rendah, ADM485 berada dalam keadaan input data (yaitu, CPLD mengirimkan data).