現在、国内のCNC工作機械のサーボモーターには一般にインクリメンタルエンコーダーが装備されていますが、増分エンコーダの精度は高すぎず、出力は並列信号です。その精度を向上させるには、エンコーダーの設計を増やす必要があります。サーボユニットとエンコーダの間の長距離通信を助長しない並列信号の出力を難しくして増やします。絶対エンコーダーが使用されますが、その精度はインクリメンタルエンコーダの精度よりも数倍高くなっています。高速シリアル通信は、長距離通信のための通信ラインを保存します。エンコーダーのもう一方の端では、CPLDとAbsolute Encoderが高速シリアル通信に使用されます。 CPLDは、受信したエンコーダ情報を並列データ送信に変換します。サーボユニットのDSPは、算術制御を実行します。このペーパーでは、CPLDとAbsolute Encoderの間の高速シリアル通信のソフトウェアとハードウェア設計を提供します。
ハードウェアデザイン
ハードウェアは、主に電源、CPLDおよびその周辺回路、絶対エンコーダインターフェイス回路の3つのモジュールで構成されています。
パワーモジュール
電源モジュールは、図1に示すように、スイッチング電源回路とDC/DC電源チップで構成されています。
図のスイッチング電源は、220V ACグリッド電圧を +5V、 +15V、-15Vに変換します。スイッチング電源は電源グリッド内のさまざまな干渉を除外でき、スイッチング電源の変圧器は220V ACで、出力は + 5V、 + 15V、-15Vが分離され、内部回路はTL431も使用してTL431を使用します。スイッチチューブの伝導パルス幅、そのため、スイッチング電源の干渉、安全性、安定性、電圧調節が優れています。 TPS7333はDC/DCチップです。 +5V DC電圧は、CPLDが使用するために +3.3Vの安定したDC電圧に変換されます。 TPS7333は、変換効率、信頼性、電圧調節が向上しています。 +3.77V- +10Vの電圧範囲で使用できます。 +3.3Vを変換すると、入力電圧が高すぎるため、CPLDが燃え尽きます。
CPLDおよびその周辺回路モジュール
CPLDとその周辺回路モジュールは、主にCPLD、CPLDプログラミングダウンロードインターフェイス回路（JTAGインターフェイス）、DSPインターフェイス回路、アクティブクリスタルオシレーター、レベル変換回路とADM485およびその周辺回路（エンコーダーとの通信を担当するインターフェイス回路）で構成されています。 。図2）。
この設計CPLDは、AlteraのEPM570T144C5を使用しています。 Max IIのコストはMax Iよりも低く、消費電力が少なくなります。デバイスにはより多くのマクロセルがあり、デバイスの遅延は6 ns以内に制御されます。コストの高いパフォーマンスで、EPM570T144C5には570のマクロセルがあります。チップ上のピンの数は144で、そのうち116はI/Oポートで利用可能であるため、このチップのリソースで十分です。 CPLDは、主に絶対エンコーダーとの高速シリアル通信の原因であり、DSPコマンドによって制御され、エンコーダデータおよびその他の情報をDSPに並行して転送します。
JTAGインターフェイスは、主に実行可能ファイルをCPLDにダウンロードし、PCにAltera Company -Quartus IIの開発環境をインストールし、この開発環境で書かれたVHDLプログラムをコンパイルして、コンパイルがエラーなしでないことを確認するために使用されます。関数が実装されています。ダウンロードケーブルをJTAGインターフェイスに接続し、Quartus IIが提供するプログラミングダウンロードツールからCPLDボードをダウンロードします。
DSPインターフェイスは、8つのデータライン、3つのアドレスライン、1つの制御ラインで構成されています。 8つのデータラインは、エンコーダーデータやその他の情報の転送を担当します。 3つのアドレスラインは、DSPコマンドの送信とCPLD端子でのデコードを担当します。 CPLDは、デコードされたコマンドに従って8つのデータ行を介してエンコーダデータまたはその他の情報をDSPに送信します。コントロールラインは、主にCPLDとDSPの同期制御を完了します。
20mのアクティブクリスタルオシレーターは、主にCPLDの参照クロックを提供します。クロック信号の駆動下で、CPLDは2.5MB/sのボーレートを生成してエンコーダーと通信し、一部のロジック制御信号の10m Hzクロックを生成します。 20m Hzのクロック周波数を提供するには、電源から3.3V DC電圧が必要です。
CPLDのコアとI/Oポートには3.3Vの供給電圧が必要であり、ADM485および絶対エンコーダーに必要な供給電圧が必要であるため、レベルシフト回路は主に3.3Vまたは5Vまたは5Vから3.3Vを変換する責任があります。供給電圧とI/Oポートドライバー回路の両方が5Vであるため、レベル変換チップLVC4245Aで3.3Vまたは5Vに5Vまたは5Vに3.3Vに変換する必要があります。
ADM485とその周辺回路は、CPLDと絶対エンコーダ高速通信の間のハードウェア接続です。 ADM485の動作電圧は5Vで、その最大通信速度は5MB/sです。ドッキング通信のために2つのADM485チップを使用すると、通信ラインの干渉防止能力が向上し、最長の伝送距離が1.2kmに達することがあります。周辺回路を図3に示します。点線の右半分は、絶対エンコーダーの周辺回路に属します。プルアップ抵抗とプルダウン抵抗器は1Kオーム、現在の制限抵抗器は220オーム、ADM485 SDATはデータ出力ピンです。 ADM485はSRQがデータ入力ピンであり、ADM485のDEは外部コントロールピン、このピンはCPLDによって制御されます。 RS-485通信プロトコルは半分二重であるため、ADM485はデータの送信またはデータの受信の状態にのみ存在します。 ADM485が高くなると、ADM485はデータ出力状態にあります（つまり、CPLDはデータを受信します）。 ADM485のDEが低レベルの場合、ADM485はデータ入力状態にあります（つまり、CPLDはデータを送信します）。