7多摩川编码器总结.docx

1、7多摩川编码器总结2013.7-多摩川编码器总结2013.7 多摩川编码器总结一、摘要 基于CPLD和DSP实现CPLD与多摩川编码器的通讯，通过对编码器发送请求，得到编码器发回的数据并进行解码，得到绝对位置值。二、学习步骤： 1、熟悉工作环境，掌握Modelsim以及Quartus的使用。 2、阅读多摩川编码器的通讯协议。 3、根据协议编写testbench，并在Modelsim上进行仿真调试。 4、仿真通过后，通过Quartus编译后下载到CPLD上并与编码器通讯，实际情况下运行。 5、完成各项要求的功能。 6、对代码进行优化，尽可能减少资源占用。 7、验收。三、总体结构结构分三部分：多摩

2、川编码器，CPLD，DSP。1、编码器跟CPLD之间通过MAX485电平转换进行连接。2、CPLD与DSP则通过总线进行连接（这一部分结构编写学长已经完成并且提供了端口连接）3、主要工作是CPLD的解码部分。四、通讯协议1、TS5668的技术指标：（物理层）精度：单圈精度: 17位(131 072) 多圈精度: 16位(65 536)最高转速/ ( rmin - 1 )： 6 000】输出：差分NRZ编码二进制传输速度/Mbp s： 2. 5发送、接收电路：差分形式通信方式：主从模式接口：3FG，4sig+ ，5sig-，7VCC，8DGND。4和5为差分信号接口。2、通信步骤如下图：（逻辑链

3、路层）1）CPLD向编码器发送一个控制字CF2）3us后编码器返回数据包。3）CPLD对数据包进行解码，并将得到的数据放在总线上，等待DSP获取。具体流程如下图：3、字的结构：下图分别为CF、DF、CRC字的结构。 1）CF 字的开始位为0，再是010的同步位，以及4位的控制位，1位奇偶校验位（对控制位进行奇偶校验），结束位为1，共十位。 通过不同的Data ID code可以实现不同的功能，具体功能如下表：2）SF 该字包含错误信息，如编码错误和通讯警报。通过检测相应位置上的值，就可以确定编码器的工作状态是否正常。 3）CRC 进行CRC校验时，要对所有数据进行校验。计算时除掉每字的起始位和

4、分隔符。 4）数据传输 正如CF介绍中提到，不同的CF控制命令会对应不同的数据结构传输。主要有三类，而我们用的是Data ID0，绝对数据传输。后面的空格表明没有数据传输。 数据传输中，低位在前，高位在后，每一字都是以0开始以1结束。由于是17位精度编码器，DF2数据位的高7位都是0。五、需求分析 1、启动DSP每隔60us向CPLD发送一个启动脉冲，CPLD捕捉到上升沿后开始向编码器发送CF请求命令。如果CPLD已经处于发送或接受状态，再接收到启动脉冲，不予响应。2、485使能由于CPLD与编码器的通讯需要MAX485进行电平转换，而MAX485是一个半双工器件，因此，需要提供一个端口控制4

5、85的使能端，决定485的读写控制。3、频率要求板子上提供10M频率的时钟，而多摩川编码器的通讯协议需要2.5M频率时钟，因此需要分频。4、异常情况分析考虑到传输过程中的异常情况（比如把“0”传输成“1”，或者反之），以及其他可能会出现的错误情况。1）编码器接受到错误的CF，给出了相应的回应。2）编码器接受到错误的CF，没有回应。3）编码器自身出现错误（在SF中会给出错误类型）。5、与DSP的通讯得到绝对位置值之后，需要将读取的结果发送给DSP，而这一过程需要提供一个端口使CPLD与DSP连接。六、整体设计1、流程图基于多摩川编码器的通讯协议以及需求分析，可以做出以下流程图。有启动脉冲无响应或

6、无正确响应正确完成一周期或错误结束一周期有正确响应2、分配状态根据流程图，可以通过“状态机”来完成各个状态之间的切换，因此，分配状态为：Idle（闲置），Request（请求），Wait（等待），Receive（接收）四个状态。状态机的编写有一段式、两段式和三段式，这里状态比较简单，可以采用结构简单的一段式。（对于复杂的状态机，不推荐使用一段式）具体写法如下：reg1:0 stateparameter Idle = 2b00, Request = 2b01, Wait = 2b10, Receive = 2b11;case (state)Idle: Request: Wait: Receive

7、: 3、闲置状态CPLD处于闲置状态，等待DSP发送命令。当DSP发送启动脉冲后，CPLD检测到上升沿，即由闲置状态进入请求状态，同时，为请求状态做好初始化准备。而在其它状态检测到上升沿时，则不予响应。具体代码如下：1）检测启动脉冲always (posedge start or posedge start_fg1)begin if(start = 1) start_fg = 1b1; if(start_fg1 = 1) start_fg = 1b0;end2）状态更改并为请求状态做好初始化准备Idle: begin txd = 1; if(start_fg = 1b1) begin stat

8、e = Request; E_c = 1; /485使能，1向编码器写数据 start_fg1 = 1b1; end end4、请求状态CPLD处于请求状态时，每一个时钟周期发送一个高低电平。请求命令为：0010000001。发送结束后，进入等待状态，等待编码器响应。 具体代码如下：Request: begin if(i = 8d10) /发送结束 begin state = Wait; start_fg1 = 1b0; E_c = 0; /485使能，0接受编码器数据 CF_r = 10d0; txd = 1; i = 0; end else begin txd = CF9-i; i = i

9、+1b1; end end5、等待状态CPLD处于等待状态时，等待编码器相应。编码器一旦发送低电平过来，为避免传输干扰，设定了一个头部检测。头部检测的方式为，每次左移并接受一个数据，检测开始的头4位，如果头4位正确，则进入到接受状态；如果头4位不正确，则继续左移并接受数据，在指定时间内，如果没有成功接受到数据，则认为这一次通讯失败，并给出错误类型erro = 2d3，同时数据位报全1（数据位默认为全1），并且进入到闲置状态，等待下一次的请求命令。在最初设计时，这里加入了一个“超时重发”的功能，即通讯失败后进入请求状态，重新发送请求命令，再次进入到等待状态，并且允许超时重发3次，3次都失败后则执

10、行前面提到的错误处理办法。只是后来由于时间以及资源的闲置，把这一个模块删掉了，如果资源以及时间允许的话，可以考虑加上这一模块。具体代码如下： Wait: begin txd = 1; E_b = 1; if(CF_r3:0 = 4b0010) /头检测 begin state = Receive; i = 0; CF_r = (CF_r 1)|re; i = 4; end else begin CF_r = (CF_r 1)|re; if(i = 4d14) begin state = Idle; erro = 2d3; end else i = i+1b1; end end6、接受状态这一状

11、态是编码器的主要工作状态，同时由于接收的信息比较多，也是处理起来比较麻烦的一部分。首先，利用计数器计数10次，读出CF信息，并且保存到CRC_buf里；再次利用计数器计数10次，读出SF信息，也保存在CRC_buf里；再利用计数器计数30次，取出位置信息，这里需注意一点，编码器发回的位置信息是低位在前，高位在后，因此，在接受数据时，需要将其调整一下。最后，利用计数器计数10次，读出CRC的信息。接收完数据后，就进行CRC校验。由于这一部分工作是同组另一位学长完成，这里不做具体阐述。如果CRC校验通过，则输出位置信息；如果CRC校验不通过，则输出错误信息，并且报全1。以上是正常情况，同时还需要对

12、CF进行检查。如果发回的CF与发送出去的CF不同，则出错。出错的话，按照协议，编码器可能会发回一个最长的数据包，与实际情况不符。因此，也算作一种错误。另外，SF的错误信息是编码器自身的错误，根据要求，如果有这种错误的话，需要断电处理。因此，检测到这种错误时，给出错误信息，并不需要额外处理。代码如下：Receive: begin if(i 9) begin CF_r = (CF_r 1)|re; i = i+1b1; end else if(i = 9) /CF检验 begin if(CF_r = CF) begin CRC_buf = CRC_buf|CF_r8:1,40d0; CF_r =

13、(CF_r 1)|re; i = i+1b1; end else begin state = Idle; i = 0; erro = 2d0; end end else if(i 19) begin CF_r = (CF_r 1)|re; i = i+1b1; end else if(i = 19) begin if(CF_r4 | CF_r3) /检测SF，出错应该断电处理 begin erro = 2d2; i = i+1b1; end else begin CRC_buf = CRC_buf|CF_r8:1,32d0; DATA1 1)|re, 29d0; i = i+1b1; end

14、end else if(i 49) begin DATA1 1)|re, 29d0; i = i+1b1; end else if(i 59) begin CF_r = (CF_r 1)|re; i = i+1b1; end else begin DATA123:0 = DATA128:21,DATA118:11,DATA18:1; for(i=0;i7;i=i-1b1) begin CRC_buf47:40=CRC_buf46:40,(CRC_buf47CRC_buf39); CRC_buf39:0=CRC_buf38:01; /shift end if (!CRC_buf47:40) DA

15、TA=DATA123:0; state = Idle; E_b = 0; i = 0; end end、错误状况汇总对于运行状态中，可能出现的一些错误情况进行了一些汇总。首先，根据错误的处理方式进行分类。1）下一周期可以恢复正常的情况：A、CF错误。返回的CF与发送的CF不相同，此时按照程序逻辑继续运行。B、通讯失败。CPLD发送请求命令后，编码器没有相应。C、CRC错误。CRC校验不通过，此时按照程序逻辑继续运行。2）下一周期不能恢复，需要断电处理：SF错误。 、代码优化经验积累 代码在实现了预定功能之后，需要的就是资源优化了。在网上搜索了一些资料，并根据自己优化的情况，做了一些总结。 应该说，具体情况要具体分析，不过，也会有一些共性的问题。1）寄存器的位数尽可能少。在一开始编写过程中，可能会有一些寄存器冗余。因此在资源优化时，要注意将这些冗余寄存器减掉。2）尽可能不要用不等比较。在if判断时，有时会用到不等比较，如if(i9)。这种情况下，尽量通过改变逻辑判断改成等于比较。3）合理利用缓存寄存器。对于位数较多的寄存器，直接进行处理可能会占用较多资源。这时，可以多设立一些小寄存器，先行储存下来，进行处理之后，再赋值给大的寄存器。