文档介绍：一种SSI接口光电编码器数据并行采集设计方法
靳红涛, 赵勇进, 陈朝基, 张斌
中国兵器工业第二零八研究所北京 102202
摘要:SSI接口即同步串行接口具有传输速度快、连线简单、抗干扰能力强等优点,因而在光电编码器上得到了越来越广泛的应用,但其与计算机接口的连接实现较为复杂,在一定程度上影响了SSI接口光电编码器的推广和应用。基于复杂可编程逻辑器件CPLD开发的SSI接口模块SSI208P,实现了SSI接口编码器数据的高速并行采集。本文对SSI208P模块进行了详细介绍,并给出了硬件设计和软件设计思路及实现方法。
关键词:SSI 光电编码器串并转换高速采集
1 概述
光电角度编码器利用光电转换原理,将连接轴的转动角度量转换成相应的电脉冲序列并以数字当量输出,具有体积小、精度高、接口数字化等优点,被广泛应用于雷达、机器人、数控机床和高精度伺服系统等诸多领域。光电编码器的数据输出有并行和串行两种接口,串行方式又分为同步串行接口(Synchronous Serial Interface,简称SSI)和异步串行接口两种。SSI方式比异步串行方式速度快很多,因此SSI接口以及在SSI基础上发展起来的Endat、BISS等接口在光电编码器上得到越来越广泛的应用。
单片机、DSP、PC104、工控机等工控领域常用的控制器一般不提供SSI接口,市场上常见的SSI转换器多是将SSI信号转换成通用异步串行信号,通信速率低、价格高、不易安装,此外SSI光电编码器供应商一般也不提供接口转换器,这些因素在一定程度上限制了SSI光电编码器的应用。本文给出了一种SSI接口数据高速并行采集、低成本实现方法。
2 SSI接口介绍
SSI接口光电编码器采用主机主动读取方式,是以2对符合RS-422电平的信号线进行信号传输,1对数据(Data)线,1对同步时钟(Clock)线。SSI同步时钟频率决定数据传输速率,其范围较宽,~2MHz,可以根据传输距离远近选择相应的传输速率。SSI数据传输时序如图1所示。在同步时钟控制下,从最高有效位(MSB)开始传输数据,在时钟信号的第一个下降沿,编码器的当前位置值被储存,在随后的时钟上升沿,存储的数据被送出。不传输数据时,时钟信号和数据信号都为高电平。图中T为同步时钟周期,Tm 为脉冲序列结束保持低电平时间,Tp 为时钟脉冲序列间隔(Tp≥Tm),D1~Dn为角位置数据,MSB为最高有效位,LSB为最低有效位。
图1 SSI接口数据传输时序图
3 SSI208P通用接口模块
由中国兵器工业第二零八研究所基于CPLD研制的SSI208P模块,内部封装了SSI同步时钟发生模块、数据串并转换模块、接口控制逻辑模块、输出控制模块以及收发驱动(TTL-RS422电平转换)模块等功能模块,其功能框图如图2所示。
图2 SSI208P模块功能框图
SSI208P模块完成了SSI接口与并口的转换和封装,对SSI接口数据的读取操作就变得类似于对A/D、D/A或存储器读取数据的操作,非常简单。SSI208P模块通信速率可配置为250KHz、500KHz、1MHz、2MHz,当通信速率配置为2MHz时,对于16位精度的编码器,系统数据更新率不低于100KHz,可以满足高速伺服控制系统的需求。
管脚配置
SSI208P