摘要：本文簡要講述了多摩川串行絕對值編碼器的特點及數據通訊采用AU5561、可編程FPGA及采用微控制器高速串口的實現編碼器數據通訊的三種方案。

多摩川絕對值編碼器：

日本多摩川（TAMAGAWA)精機株式會社成立與1938年。多摩川屬于技術立足與地域立足型企業，會社成立70多年來作為精密機械和多種檢測機械工具與傳感器制造商，從航空、宇宙、國防工業、到電機傳感器等民用工業設備，其一直保持世界領先的地位。

在編碼器領域，多摩川有40多年的制造研究歷史，其超精密的角度檢測儀，角度計測分解能夠達到0.001秒，角度的再現能夠實現0.005秒。多摩川單圈17bit多圈16bit的絕對值編碼器已投放市場多年，在中國國產機器人及數控自動化領域應用廣泛，現已向國內推出解析度高達單圈23bit多圈16bit的絕對值編碼器：”TS5700N8401”。

多摩川絕對值編碼器TS5700N8401編碼器簡介：機械結構與國內傳統使用的OIH48錐軸編碼器一致，可直接安裝替代。能夠實現單圈23bit多圈16bit總計39bit的高解析度。

工作電源電壓5V，主電源掉電情況下，依靠電池電路部分測量多圈數據變化，電池電流消耗低至60μA。

數據通訊是基于485硬件接口標準NRZ協議，通訊波特率為2.5M的串行通訊。CRC循環循環冗余校驗數據，避免數據出錯導致異常的問題發生。通訊距離可達到20米。

編碼器具備狀態自檢功能，對于電池欠壓、失效、編碼器計數錯誤、過速度、碼盤故障等可通過編碼器狀態位讀取出來。

控制器或驅動器可通過單獨的指令對單圈數據或多圈重置零位，可清除故障標志位。

內置768字節EEPROM,可擦寫一萬次以上，可寫于電機相關信息，對于伺服驅動器對電機參數的自動識別提供了可行的途徑。

多摩川串行絕對編碼器通訊數據結構：

串行波特率：2.5M

起始位：1bit

停止位：1bit

數據位：8bit

對于讀取編碼器單圈、多圈、全部數據、及復位狀態只需發送一個字節控制數據。

編碼器應答數據：包括接收到的控制字，及編碼器狀態字、編碼器ID（能夠識別編碼器基本類型），及編碼器數據。最后一個字節為對前面所有的數據進行CRC校驗。

對于編碼器內部EEPROM數據讀取需發送三個字節數據，讀取EEPROM數據控制字、EEPROM數據地址、CRC效驗碼。

編碼器應答數據或寫入數據結構包括EEPROM數據控制字、EEPROM數據地址、EEPROM數據、CRC效驗碼。

讀取一次編碼器全部數據需要60μS左右。為伺服電機提供高速度位置響應提供了可能。

多摩川串行絕對值編碼器數據通訊實現的三種方案：

1.通過多摩川智能接收芯片AU5561N1實現：

AU5561芯片可以解碼TS5647、TS5648、TS5667、TS5668、TS5669、TS5700系列的編碼器。可以將40位到110位串行信號轉換并行信號，能夠提供中斷信號與CPU同步并，可以和16位或32位CPU或DSP總線街道口連接實現數據連接。它也可以工作在沒有CPU的模式，手動模式下讀取編碼器(單回轉、多回轉、及報警狀態為）數據。

2.通過FPGA方式實現：

VHDL主要用于描述數字系統的結構，行為，功能和接口。VHDL的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統）分成外部（或稱可是部分,及端口)和內部（或稱不可視部分），既涉及實體的內部功能和算法完成部分。

多摩川可提供VHDL硬件編程源代碼AU5982，幫助客戶快速實現將編碼器串行數據轉換為并行數據對編碼器的數據通訊。

3.通過CPU高速串口DMA實現編碼器數據通訊：

常規8位及16微處理器串口波特率通常最高只有256Kbit左右，而多摩川常規絕對值編碼器需要的波特率為2.5M，部分編碼器波特率為5M。所以只有少數高速32位微控制器支持。

這里以意法半導體的STM32F429為例講解如何使用DMA通過串口實現編碼數據通訊。

DMA一種高速的數據傳輸操作，允許在外部設備和存儲器之間直接讀寫數據，既不通過CPU，也不需要CPU干預。整個數據傳輸操作在一個稱為"DMA控制器"的控制下進行的。CPU除了在數據傳輸開始和結束時做一點處理外，在傳輸過程中CPU可以進行其他的工作。這樣，在大部分時間里，CPU和輸入輸出都處于并行操作。因此，使整個系統的效率大大提高。

CPU的通用串行接口USART3作為編碼器通訊接口，485發送接受使能端口使用PE11IO口控制。

USART1端口參數設置如下：

波特率：2.5M

開始位：1位

停止位：1位

數據位：8位

校驗位：無

發送：使能

接收：使能

串口DMA發送：使能

串口DMA接收：使能

串口DMA通道發送端設置：

外設地址：串口數據寄存器

內存地址：發送數據內存地址

DMA傳輸方向：從存儲器到外設

DMA數據傳輸長度：實際發送數據字節數

外設數據字長：1個字節

內存數據字長：1個字節

設置DMA的內存遞增模式：為增量模式

DAM數據傳輸完成中斷：開

串口DMA通道接收端設置：

外設地址：串口數據寄存器

內存地址：發送數據內存地址

DMA傳輸方向：從外設存儲器到

DMA數據傳輸長度：實際接收數據字節數

外設數據字長：1個字節

內存數據字長：1個字節

設置DMA的內存遞增模式：為增量模式

DAM數據傳輸完成中斷：開

具體數據通訊流程如下：

總結：第一種方案使用AU5561串行轉并行芯片適合系統無FPGA芯片廠商，常規伺服驅動器廠商可以采用第二種方案采用FPGA多摩川提供源代碼，第三種方案適合MCU支持高速串口、DMA功能的產品。