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摘要：EnDat接口是HEIDENHAIN專為編碼器設計的數字式、全雙工同步串行的數據傳輸協議，具有傳輸速度快、功能強大、連線簡單、抗干擾能力強等優點，是編碼器、光柵尺數據傳輸的通用接口。本文闡述了EnDat接口的特點、功能、時序和數據傳輸、OEM數據存儲，同時介紹了編碼器數據採集後續電路設計方案、基於FPGA模塊設計的原理和原則。
關鍵詞：EnDat、編碼器、數據採集、FPGA
一 概述
絕對式編碼器利用自然二進制、循環二進制（格雷碼）或PRC碼對碼盤上的物理刻線進行光電轉換，將連接軸的轉動角度量轉換成相應的電脈衝序列並以數字量輸出。它具有體積小、精度高、接口數字化及絕對定位等優點，被廣泛應用於雷達、轉檯、機器人、數控機床和高精度伺服系統等諸多領域。絕對式編碼器的數據輸出以同步串行輸出為主，EnDat接口是海德漢專為編碼器設計的數字式、全雙工同步串行接口。它不僅能為增量式和絕對式編碼器傳輸位置值，同時也夠傳輸或更新存儲在編碼器中的信息，或保存新的信息。由於使用了串行傳輸方式，所以只需四條信號線，在後續電子設備的時鐘激勵下，數據信息被同步傳輸。數據類型（位置值、參數、診斷信息等）由後續電子設備發送給編碼器的模式指令選擇決定。
二 EnDat接口介紹
1.EnDat接口的特點
★高性能低成本：通用的接口適用於所有的增量和絕對式編碼器，更經濟的電能消耗，小的尺寸和緊湊的連接方式，快速系統配置，零點可根據偏置值浮動。
★更好的信號質量：編碼器內部特別的優化提高了系統精度，為數控系統提供更好的輪廓精度。
★更好的實用性：自動系統配置功能；數字信號提高了系統的可靠性；監控與診斷信息有利於系統的安全；冗餘碼校驗有利於可靠的信號傳輸。
★提高了系統的安全性：兩個獨立的位置信息及錯誤信息位，數據的校驗和及應答。
★適用於先進的技術發展：（高的分辨率、短的控制週期，最快16M時鐘，安全設計理念）適用於直接驅動技術。
圖1EnDat接口編碼器數據採集原理圖
2.EnDat2.2編碼器性能的提高
★傳輸位置值與附加信息可同時傳輸：附加信息的類型可通過存儲地址選擇碼選擇。
★編碼器數據存儲區域包括編碼器製造商參數、OEM廠商參數、運行參數、運行狀態，便於系統實現參數配置。
★EnDat2.2編碼器實現了全數字傳輸，增量信號的處理在編碼器內部完成（內置14Bit細分），提高了信號傳輸的質量和可靠性，可實現更高的分辨率。
★監控和診斷功能，報警條件包括：光源失效、信號幅值不足、位置計算錯誤、運行電壓太低或太高、電流消耗太大等；當編碼器的一些極限值被接近或超過時提供警告信號。
★更寬的電壓範圍（3.6～14V）和傳輸速率（16M）。
3.時序和OEM數據存儲
在每一幀同步數據傳輸時一個數據包被髮送，傳輸循環從時鐘的第一個下降沿開始測量值被保存，計算位置值。在兩個時鐘脈衝（2T）後，後續電子設備發送模式指令“編碼器傳輸位置值”（帶或不帶附加信息）。
在計算出了絕對位置值後（tcal——-見圖2），從起始位開始編碼器向後續電子設備傳輸數據，後續的錯誤位F1和F2（只存在於EnDat2.2指令中）是為所有的監控功能和故障監控服務的群組信號，他們的生成相互獨立，用來表示可能導致不正確位置信息的編碼器故障。導致故障的確切原因保存在“運行狀態”存儲區，可以被後續電子設備查詢。
從最低位開始，絕對位置值被傳輸，數據的長度由使用的編碼器類型決定。傳輸位置值所需的時鐘脈衝數保存在編碼器製造商的參數中。位置值數據的傳輸以循環冗餘檢測碼結束。
圖2無附加信息的位置值傳輸
位置值如果帶附加信息，緊接在位置值後的是附加信息1和2，他們也各以一個CRC結束。附加信息的內容由存儲區的選擇地址決定，然後在後面的採樣週期裡被傳輸。在後續的傳輸中一直傳輸該信息，直到新的存儲區被選擇。在數據字的結尾，時鐘信號必須置高電平。10us到30us或1.25us到3.75us（EnDat2.2可編程的恢復時間tm）後，數據線回到低電平，然後，新的數據傳輸可在新的時鐘信號下開始。
圖3帶附件信息的位置傳輸
同時，編碼器為參數提供了不同的存儲區，它們可以被後續電子設備讀取，這些區域可以被編碼器製造商、OEM廠商甚至最終用戶寫入。一些特定的區域是可以被寫保護的。不同系列的編碼器支持不同的OEM存儲區和不同的地址範圍。因此，每一個編碼器必須讀取OEM存儲區的分配信息。基於此原因，後續電子電路應基於相對地址編程，而不能使用絕對地址。
三 EnDat接口後續電子設備的電路設計方案
使用者可以根據EnDat接口協議和電路電氣特性自行設計接口電路進行數據採集與處理，同時海德漢也提供了特定的數據處理芯片供用戶選擇。如果用戶自行設計電路，需遵循EnDat接口的電氣特性，並需要掌握EnDat接口的協議，保證嚴格遵循協議的時序要求和數據幀格式。而如果採用海德漢提供的數據處理芯片，則可以簡化設計，用戶只需配置FPGA的寄存器，按照芯片可接受的指令格式發送指令，就可獲得需要的數據。
通過遵循RS一485（差分信號）標準的收發元件，在後續電子設備發出的同步時鐘激勵下，數據（位置值和參數）可以在編碼器和後續電子設備之間雙向傳輸。
四 FPGA+軟件宏
海德漢的合作伙伴MAZet公司針對Xilinx公司的Virtex和Spartan系列及Altera公司的Acex和Cyclone系列提供了EnDat協議的軟件宏，根據客戶需求，MAZet公司還可以提供定製軟核。該軟核實現了EnDat接口的所有功能，用戶可通過6位地址線和16位數據線與微控制器進行8位或16位的數據傳輸。下面是FPGA的模塊圖和電路設計。
圖4FPGA模塊圖
圖5編碼器和後續電路連接模塊圖
五 結束語
海德漢公司的EnDat接口在很多行業已得到廣泛的應用，現在它又被提升到嶄新高度。雙向EnDat2.2接口的時鐘頻率現已提高到16MHz，能滿足直接驅動這類高動態性能要求的應用，特別是電子工業的應用，時鐘頻率從8MHz提高到16MHz不僅將大大縮短讀取位置信息所需時間，還可以大幅縮短控制環的週期。同時簡單、經濟的系統設計為客戶提供了方便，強大的功能和通用性及具有前瞻的安全設計理念引導編碼控制技術不斷向前發展。
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