F28335增强型正交编码模块EQEP

《手把手教你学DSP——基于TMS320F28335》配套视频资料第十讲增强型正交编码模块EQEP南京研旭电气科技有限公司公司网站：天猫旗舰店：yanxusmpj.tmall.com学习论坛：交流邮箱：[e-mail]本课程是依照南京研旭电气科技有限公司推出的TMS320F28335至尊板来进行详细讲解的，如果在学习过程中遇到任何疑问欢迎与我们进行联系沟通。本教程是依照南京研旭电气科技有限公司推出的TMS320F28335至尊板来进行详细讲解的。本书详细地阐述了TMS320F28335DSP处理器内部各功能模块的硬件结构、工作原理、资源分配、功能特点以及应用等内容，同时每个模块都配了实验教程，方便学生掌握提高。本书配套资料包括：书中所有实例例程、烧写软件工具、配套PPT、配套视频以及常用的调试工具软件，读者可以在研旭电气提供的交流论坛（）相关版块或网站免费获取。本书可作为DSP开发应用的入门级教材，也可作为其他层次DSP开发应用人员的参考手册。第十讲：增强型正交编码模块EQEP1、正交编码器QEP概述2、F28335增强型正交编码模块EQEP3、QEP寄存器4、EQEP的应用在运动控制系统中，不仅仅需要获取实时的速度信息，有时候为了精确控制，也需要位置信息以及运动方向信息，F28335中的eQEP模块通过应用正交编码器不仅仅可以获得速度信息，也可以获得方向信息以及位置信息。光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或者数字量的传感器,可以高精度测量被测物的转角或直线位移量，是目前应用最多的传感器之一。正交编码器QEP概述图10.1它具有分辨率高、精度高、结构简单、体积小、使用可靠、易于维护、性价比高等优点。在数控机床、机器人、雷达、光电经纬仪、地面指挥仪、高精度闭环调速系统、伺服系统等诸多领域中得到了广泛的应用。典型的光电编码器由码盘（Disk）、检测光栅（Mask）、光电转换电路（包括光源、光敏器件、信号转换电路）、机械部件等组成。如图10.1所示。一般来说，根据光电编码器产生脉冲的方式不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类。按编码器运动部件的运动方式来分，可以分为旋转式和直线式两种。由于直线式运动可以借助机械连接转变为旋转式运动，反之亦然。因此，只有在那些结构形式和运动方式都有利于使用直线式光电编码器的场合才予使用。旋转式光电编码器容易做成全封闭型式，易于实现小型化，传感长度较长，具有较长的环境适用能力，因而在实际工业生产中得到广泛的应用。增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。一般来说，增量式光电编码器输出A、B两相互差90°电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的Z相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。正交编码器QEP概述正交编码器QEP概述一、采用增量型光电编码器来判别电机转速方向的基本原理增量型编码器一般安装在电机或其他旋转机构的轴上，在码盘旋转过程中，输出两个信号称为QEPA与QEPB，两路信号相差90°，这就是所谓的正交信号，当电机正转时，脉冲信号A的相位超前脉冲信号B的相位90°，此时逻辑电路处理后可形成高电平的方向信号Dir。当电机反转时，脉冲信号A的相位滞后脉冲信号B的相位90°，此时逻辑电路处理后的方向信号Dir为低电平。因此根据超前与滞后的关系可以确定电机的转向。其转速辩相的原理如图10.4所示。二、光电编码器电机测速的基本原理可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。具体的测速方法有M法、T法和M/T法3种。M法又称之为测频法，其测速原理是在规定的检测时间Tc内，对光电编码器输出的脉冲信号计数的测速方法，例如光电编码器是N线的，则每旋转一周可以有4N个脉冲，因为两路脉冲的上升沿与下降沿正好是编码器信号4倍频。现在假设检测时间是Tc，计数器的记录的脉冲数是M1，则电机的每分钟的转速为:NTcMn115正交编码器QEP概述在实际的测量中，时间Tc内的脉冲个数不一定正好是整数，而且存在最大半个脉冲的误差。如果要求测量的误差小于规定的范围，比如说是小于百分之一，那么M1就应该大于50。在一定的转速下要增大检测脉冲数M1以减小误差，可以增大检测时间Tc，但考虑到实际的应用中检测时间很短，例如伺服系统中的测量速度用于反馈控制，一般应在0.01秒以下。由此可见，减小测量误差的方法是采用高线数的光电编码器。M法测速适用于测量高转速，因为对于给定的光电编码器线数N，测量时间Tc条件下，转速越高，计数脉冲M1越大，误差也就越小。T法也称之为测周法，该测速方法是在一个脉冲周期内对时钟信号脉冲进行计数的方法。例如时钟频率为,计数器记录的脉冲数为，光电编码器是N线的，每周输出4N个脉冲，那么电机的每分钟的转速为：为了减小误差，希望尽可能记录较多的脉冲数，因此T法测速适用于低速运行的场合。但转速太低，一个编码器输出脉冲的时间太长，时钟脉冲数会超过计数器最大计数值而产生溢出;另外，时间太长也会影响控制的快速性。与M法测速一样，选用线数较多的光电编码器可以提高对电机转速测量的快速性与精度。215NMfnclk第十讲：增强型正交编码模块EQEP1、正交编码器QEP概述2、F28335增强型正交编码模块EQEP3、QEP寄存器4、EQEP的应用F28335增强型正交编码模块EQEP1、EQEP引脚F28335有两路eQEP模块，每个模块有4个引脚，分别是：ØQEPA/XCLK和QEPB/XDIR这两个引脚被使用在正交时钟模式或者直接计数模式。正交时钟模式：正交编码器提供两路相位差为90°的脉冲，相位关系决定了电机旋转的方向信息，脉冲的个数可以决定电机的绝对位置信息。超前或者顺时针旋转时，A路信号超前B路信号，滞后或者逆时针旋转时，B路信号超前A路信号。正交编码器使用这两路输入引脚可以产生正交时钟和方向信号。直接计数模式：在直接计数模式中，方向和时钟信号直接来自外部，此时QEPA引脚提供时钟输入，QEPB引脚提供方向输入。ØEQEPI：索引或者起始标记正交编码器使用索引信号来确定一个绝对的起始位置，此引脚直接与正交编码器的索引输出端相连，当此信号到来时，可以将位置计数器复位清零，也可以初始或者锁存位置计数器的值。ØQEPS：锁存输入引脚锁存引脚输入的主要作用就是当规定事件信号到来时，初始或者锁存位置计数器的值，此引脚通常和传感器或者限制开关相连，来通知电机已经达到了预定位置。F28335增强型正交编码模块EQEP2、EQEP功能描述EQEP主要包括以下几个功能单元：通过GPIOMUX寄存器编程锁定QEPA或者QEPB功能；正交解码单元（QDU）；位置计数器和位置计算控制单元（PCCU）；正交边沿捕获单元，用于低速测量（QCAP）；用于速度/频率测量的时基单元（UTIME）；用于检测的看门狗模块；见下图10.2F28335增强型正交编码模块EQEPGPIO功能选择EQEPxA/XCLKEQEPxB/XDIREQEPxIEQEPxSEQEPxSOEEQEPxSOUTEQEPxSINEQEPxIOEEQEPxIOUTEQEPxXIINEQEPxBINEQEPxAIN正交解码单元QDU位置计数/控制单元PCCUQCLKQDIRQIQSPCSOUTQEINTQFRCQCLRQPOSCTL16QPOSCMP32QPOSCNTQPOSINITQPOSMAX32QPOSLATQPOSSLATQPOSILATPIEQWDOG16UTIMEQWDTMRQWDPRDQUPRDQUTMR1632正交捕获单元QCAPQCPRDQCTMRQCAPCTL1616公用寄存器QEPCTLQEPSTSQFLGQCTMRLATQCPRDLATEQEPxINTBUSTOCUP系统时钟图10.2F28335增强型正交编码模块EQEP3、EQEP正交解码单元（QDU）在正交计数模式下，正交解码模块产生位置计数器时钟信号和方向信号，位置计数器的计数模式由QDECCTL寄存器中的QSRC位决定，主要有如下4种模式：Ø正交-计数模式Ø直接-计数模式Ø向上-计数模式；Ø向下-计数模式正交-计数模式：在正交-计数模式下，正交解码器产生方向信号和时钟信号送给位置计数器。方向解码---通过确定QEPA和QEPB两个脉冲信号，哪一个超前，来解码出旋转方向逻辑，并且将此方向逻辑更新到QEPSTS的QDF位。表10.1给出了方向解码逻辑的真值表。图10.7给出了方向解码的状态机。TMS320F2833X系列DSP中的QEP还有相位错误检测机制，当QEPA和QEPB信号同步到来时，QEP中的相位错误标志会置位，而且会申请中断。时钟解码---QEP中的解码模块，会对QEPA和QEPB脉冲的上升沿及下降沿进行计数，所以最后解码的时钟频率将会是实际输入QEPA或者QEPB的4倍。F28335增强型正交编码模块EQEP相位错误标识：在正常操作条件下，正交输入QEPA与QEPB在相位上相差90°，边沿信号是不会同时到达的，当同时检测到两者的边沿信号时，QFLG寄存器的相位错误标识(PHE)置位。图10.3中状态机的虚线就代表产生的相位错误的可能。反向计数：在正常正交计数操作时，QEPA输入送到正交解码器的QA输入，QEPB输入到正交解码器的QB输入。反向计数通过设置QDECCTLL寄存器的Swap位被使能，此时正交解码器的输入取反，从而计数方向也取反。图10.3F28335增强型正交编码模块EQEP方向计数模式：有些位置编码器提供了方向和时钟输出代替正交输出，此种情况下，我们就可以使用方向-计数模式。此时QEPA只能作为时钟输入，QEPB只能作为方向输入。如果方向为高时，那么计数器会在QEPA输入的上升沿时递增计数，当方向为低时，那么计数器会在QEPA输入的上升沿自动递减计数。递增计数模式：计数器的方向信号被硬件规定为递增计数，此时位置计数器根据QDECCTL中的XCR位规定，对QEPA信号计数或者2倍关系计数。递减计数模式：计数器的方向信号被硬件规定为递减计数，此时位置计数器根据QDECCTL中的XCR位规定，对QEPA信号计数或者2倍关系计数。QEP输入极性选择每个QEP输入可以通过QDECCTL寄存器的8~5位决定极性。位置比较同步输出增强型的QEP包括一个位置比较单元，主要用于产生位置比较同步信号。当位置计数器的值与位置比较寄存器QPOSCMP的值相等时，我们可以把QEPI或者QEPS配置为输出引脚，用于产生同步信号输出。具体配置请看QDECCTL[SOEN]和QDECCTL[SPSEL]。F28335增强型正交编码模块EQEP4、EQEP位置计数和控制单元（PCCU）位置计数和控制单元提供了两个配置寄存器QEPCTL和QPOSCTL。用于设置位置计数器操作模式、位置计数器初始化/锁存模式和产生同步信号的位置比较逻辑。位置计数操作模式位置计数器的值可以有不同的方式进行捕获。在有些系统中，位置计数器连续累加计数，位置计数器是按照当前的参考位置提供计数信息。举个例子，在安装正交编码器的打印机中，通过将打印机头移动到起始位置从而使计数器复位，也即打印机头在起始位置时为参考位置。而在有些系统中，位置计数器通过索引脉冲实现每次索引脉冲到来时，位置计数器就自动复位，位置计数器提供了相对于索引脉冲的相对位置信息。位置计数器可以配置为如下几种模式：Ø在索引事件到来时，位置计数器复位；Ø在