基于DSP的光电编码器、旋转变压器精度检测

1、精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 精度检测卡文件标识：当前版本：V1.0作者张国鑫文件状态草稿文件 正式文件 更改正式文件完成日期2013-4-17精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 修改记录日期修改人改动涉及部分或页码版本改动内容精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 1目目 录录1、设计目标、设计目标.12、机械结构及安装、机械结构及安装.22.1、旋转变压器的结构及安装 .22.1.1、旋转变压器的结构.22.1.2、旋转变压器输出方式.42.1.3、旋转变压器的安装及误差.42.2、光电编码器的结构及安装 .52.2.1、光电编码器的结构.52.

2、2.2、光电编码器的安装.62.3、精度检测实验安装方式 .63、信号接口、信号接口.83.1、旋转变压器信号线接口 .83.2、光电编码器信号线接口 .103.3、LCD 显示接口 .114、硬件设计、硬件设计.124.1、DSP 资源分配.124.2、原理图 .124.2.1、光电编码器部分.124.2.2、旋变解码芯片部分.134.2.3、显示部分.134.2.4、DSP 芯片原理图.144.3、PCB 制版.154.4、硬件实物图 .165、软件设计、软件设计.175.1、算法原理 .175.2、算法流程图 .185.3、时序图 .195.3.1、LCD 模块时序图.195.3.2、旋

3、变解码芯片时序图.195.3.3、光电编码器时序图.205.3.4、精度检测流程图.216、实验调试、实验调试.226.1、显示模块调试 .226.2、光电编码器调试 .266.3、旋变角度采样调试 .326.3.1、读写调试.326.3.2、激励信号.33精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 26.3.3、旋变角度.346.4、精度检测调试 .376.4.1、不同转速下的最大误差.376.4.2、单次最大误差研究.416.4.2、定转速下误差研究.426.4.3、检测频率及显示频率.447、讨论事项、讨论事项.457.1、硬件方面： .457.2、软件方面： .457.3、设计方

4、面： .458、改进及优化、改进及优化.46精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 11、设计目标、设计目标旋转变压器精度检测系统主要应用于潜油项目，目的在于检测旋转变压器在电机上安装的精度并予以显示。根据需要，本次设计采用 ADI 公司的 AD2S1210 旋转变压器解码芯片（以下简称为：旋变解码芯片）和 TI 的 DSP28069 来实现旋变解码和精度检测的功能。其中旋变解码器将绝对式角度信号通过 SPI 通讯方式发送至 DSP，光电编码器将增量式角度信号经过电平转换芯片后发送至 DSP。精度检测的方法是以光电编码器为基准，将光电编码器采样的数据和旋转变压器解码芯片得到的数据做差

5、，认为得到的差值就是旋转变压器的精度。最后将精度通过 LCD 显示。精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 22、机械结构及安装、机械结构及安装2.1、旋转变压器的结构及安装、旋转变压器的结构及安装2.1.1、旋转变压器的结构、旋转变压器的结构根据转子电信号引进、引出的方式，分为有刷旋转变压器（如图 2-1）和无刷旋转变压器（如图 2-2） 。有刷点击的转子绕组通过滑环和电刷直接引出，其特点是结构简单，体积小，但因电刷与滑环是机械滑动接触的，所以旋转变压器的可靠性差，寿命也较短。图 2-1 有刷旋转变压器结构图图 2-2 无刷旋转变压器结构图目前无刷旋转变压器有两种结构形式。一种称作

6、环形变压器式无刷旋转变压器，另一种称作磁阻式旋转变压器。（1）环形变压器式无刷旋转变压器（如图 2-3）环形变压器式无刷旋转变压器在结构上和有刷旋转变压器一样。它的一个绕组在定子上，一个在转子上，同心放置。转子上的环形变压器绕组和作信号变换的转子绕组相联，它的电信号的输入输出由环形变压器完成。精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 3图 2-3 无刷式旋转变压器（2）磁阻式旋转变压器（如图 2-4）磁阻式旋转变压器的励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内，固定不动。但励磁绕组和输出绕组的形式不一样。两相绕组的输出信号，仍然应该是随转角作正弦变化、彼此相差 90 度电角度的电信号。图 2

7、-4 磁阻式旋转变压器（3）多极旋转变压器（如图 2-5）图 2-5 是共磁路结构，粗、精机定、转子绕组公用一套铁心。粗机，是指单对磁极的旋转变压器，精度低；精机，是指多对磁极的旋转变压器，精度高。图 2-5 多极旋转变压器结构示意精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 42.1.2、旋转变压器输出方式、旋转变压器输出方式根据信号输出的方式，分为正余弦旋转变压器、线性旋转变压器、特种函数旋转变压器。1）正余弦旋转变压器正余弦旋转变压器在定子槽中分别布置有两个空间互成 90的绕组，一个是定子激磁绕组，一个为定子交轴绕组(补偿)，两套绕组的结构是完全相同的。 在转子槽中也分别布置有两个空

8、间互成 90的绕组，一个正弦输出绕组，一个余弦输出绕组，两套绕组的结构是完全相同的。正余弦旋转变压器的输出电压与转子转角成正余弦函数关系。2）线性旋转变压器输出电压与转角成正比的旋转变压器叫做线性旋转变压器。3）特种函数旋转变压器特种函数旋转变压器就是输出电压与旋转角度成特殊函数关系，该种变压器通用性小。2.1.3、旋转变压器的安装及误差、旋转变压器的安装及误差 旋转变压器的安装可以分为两种：（1）旋转变压器安装在机壳内优点是：可以缩短电机和旋变的总长度；缺点是：因电机漏磁易引起温升；同时，也不易于产品维护。（2）旋转变压器安装在机壳外优点是：不易受电机温升和电磁干扰影响；同时，也比较便于维护

9、；缺点是：延长了电机主体长度。旋转变压器的安装误差一般可分为三种：（1）径向跳动图 2-6 径向跳动误差应在 0.03mm 以内。（2）垂直度精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 5图 2-7 垂直度误差应在 0.03mm 以内。（3）轴向调整图 2-8 轴向调整轴向间隙误差应在0.25mm 以内。精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 62.2、光电编码器的结构及安装、光电编码器的结构及安装2.2.1、光电编码器的结构、光电编码器的结构增量式光电编码器主要由光源、码盘（如图 2-9） 、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成（如图 2-10） 。图 2 -9 光电编码器码

10、盘图 2-10 光电编码器结构码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有 A、B 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开 1/4 节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差 90电度角。当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差 90电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。2.2.2、光电编码器的安装、光电编码器的安装光电编码器安

11、装在主轴，与钢辊同步，即钢辊转动一周，光电编码器转动一周。要求转动平稳无震动，高速旋转时不打滑。安装同旋转变压器。精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 72.3、精度检测实验、精度检测实验平台介绍平台介绍多摩川的 TS2640N321E64 是一种新型无刷旋转变压器。作为旋变它们具有固定特征，无刷设计，对噪声、振动、撞击和高温不敏感。旋转变压器的结构属于环形变压器式，输出方式是正余弦。旋转变压器安装在电机的尾轴，在机壳外面。 （图 2-11，图 2-12）图 2-11 多摩川的旋转变压器图 2-12 多摩川的旋转变压器输入电压/频率光电编码器是美国 DYNAPAR 公司的，精度是

12、13 位，即 8192 PPR（脉冲数每转） 。通过一个轴套安装在输出轴。通过支架固定在电机上。如图 2-13：精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 8图 2-13 实验中编码器安装实物图精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 93、信号接口、信号接口3.1、旋转变压器信号线接口、旋转变压器信号线接口旋转变压器的解码芯片用的是 ADI 公司的 AD2S1210。主要功能和特点是：最大跟踪速率：3125rps 精度：-2.5 弧分-+2.5 弧分分辨率：10/12/14/16 可选可选的并行端口和串行端口绝对的位置输出和角度输出仿真增量 AB 相输出兼容 DSP 的 SPI

13、 接口具体引脚以及跟 DSP 连接情况见表 3-1表 3-1 旋变解码芯片引脚功能及与 DSP 连线引脚名称I/O功能描述备注1、48RES0、RES1I分辨率选择、逻辑输入。对 AD2S1210 分辨率进行编程硬件拉高2/CSI片选、低电平有效，保持低电平时，器件使能。DSP I/O3/RDI边沿触发的逻辑输入、/SOE 引脚为高电平时，该引脚用作并行输出 D15D0 的帧同步信号和输出使能信号。/CS 和/RD 保持低电平时、输出缓冲期使能。/SOE 引脚为低电平时，/RD 引脚应保持高电平硬件拉高4/WR、/FSYNCI边沿触发的逻辑输入、/SOE 引脚为高电平时，该引脚用作并行输入 D

14、7D0 的帧同步信号和输入使能信号。/CS 和/WR、/FSYNC保持低电平时、输入缓冲期使能。/SOE 引脚为低电平时，该引脚用作串行数据总线的帧同步信号和使能信号。DSP I/O5、19DGND数字地数字地6DVDD数字电源电压，接 5V电源7CLKINI时钟输入，AD2S1210 的额定输入频率范围为 6.144 MHz 到 10.24 MHz晶振8XTALOUTO晶振输出9/SOEI串行输出使能、逻辑输入。/SOE 低电平时，为串行输出、/SOE 高电平时，为并行输出硬件拉低10/SAMPLEI采样结果，逻辑输入。/SAMPLE 信号有高电平至低电平的转换后，数据从位置和速度DSP I

15、/O精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 10积分器传送到位置和速度寄存器。故障寄存器也会进行更新。11DB15、SDOO/SOE 引脚为高电平时，该引脚用做DB15。/SOE 引脚为低电平时，该引脚用做SDO。在 SCLK 的各个上升沿输出数据。SDO12DB14、SDII/O/SOE 引脚为高电平时，该引脚用做DB14。/SOE 引脚为低电平时，该引脚用做SDI。在 SCLK 的各个下降沿输入数据。SDI13DB13、SCLKI/O并行模式下，该引脚用作 DB13，串行模式下，该引脚用做 SCLK，用做串行时钟输入。 SCLK14 17DB12 DB9O数据输出引脚硬件拉高18

16、VDRIVEI逻辑电源输入，此引脚的电源电压决定逻辑接口的工作电压，对此引脚去耦接至DGND。电压范围为 2.35.25V接 3.3V20DB8O数据输出引脚硬件拉高21 28DB7 DB0I/O由/CS、/RD、/WR、/FSYNC 引脚控制数据输入输出硬件拉高29AO增量式编码器仿真输出 ADSP I/O30BO增量式编码器仿真输出 BDSP I/O31NMONorth Marker 增量式仿真输出32DIRO逻辑输出，DIR 输出指示输入旋转的方向，旋转角度不断增大时，为高电平33/RESETI复位，逻辑输入。需要复位芯片。接复位芯片34LOTO跟踪丢失，逻辑输出35DOSO信号降级、当

17、旋变输入超过规定的 DOS 正弦、余弦阀值时，或当正弦输入电压与余弦输入电压失配时，就会检测到信号降级。DOS 引脚为低电平。36A1I选择模式DSP I/O37A0I选择模式DSP I/O38EXCO激励频率、片上振荡器向旋变提供正弦波激励信号（EXC）及互补信号（/EXC）39/EXCO互补激励信号40AGND模拟地模拟地41SINI差分对 SIN/SINLO 的正模拟输入42SINLOI差分对 SIN/SINLO 的负模拟输入43AVDD模拟电源模拟电源44COSLOI差分对 COS/COSLO 的负模拟输入45COSI差分对 COS/COSLO 的正模拟输入46REFBYP基准电压旁路

18、47REFOUT基准电压输出精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 11旋转变压器输出线（图 3-1） （表 3-2）：图 3-1表 3-2PINFUNCTIONCable Wire Color1EXCYellow/White2/EXCRed/White3COSLORed4COSBlack5SINLOYellow6SINBlue连线为：旋转变压器解码芯片 AD2S1210 的 EXC 和EXC 引脚通过一个缓冲电路连接旋转变压器的激励输入端，旋转变压器的正余弦信号输出端分别连接到旋转变压器解码芯片 AD2S1210 的 SINLO、SIN、COSLO、COS 引脚。精度检测卡 V1.

19、0中科德润研发中心电机与控制部 123.2、光电编码器信号线接口、光电编码器信号线接口光电编码器的输出线一共 16 根，见表 3-3：表 3-3 光电编码器输出线PINFUNCTIONCable Wire Color1VCCRed2UBrown3GNDBlack4VGray5ABlue6WWhite7A-Blue/Black8NONENONE9BGreen10U-Brown/Black11B-Green/Black12V-Gray/Black13ZViolet14W-White/Black15Z-Violet/Black16NONENONE其中电源线连接到 DSP 控制板的电源接口，A、A-通

20、过光耦 HCPL0630 再通过电平转换芯片连接到 DSP 的 EQep1_A 引脚。B、B-通过光耦 HCPL0630 再通过电平转换芯片连接到 DSP 的 EQep1_B 引脚。精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 133.3、LCD 显示接口显示接口LCD 的引脚见表 3-4表 3-4 LCD12864 引脚说明引脚号引脚名称方向功能说明1GND -模块的电源地2VCC-模块的电源正端3V0-LCD 驱动电压输入端4RS(CS)H/L并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号5R/W(SID)H/L并行的读写选择信号；串行的数据口6E(CLK)H/L并行的使能信号；串行的同步时

21、钟7DB0H/L数据 08DB1H/L数据 19DB2H/L数据 210DB3H/L数据 311DB4H/L数据 412DB5H/L数据 513DB6H/L数据 614DB7H/L数据 715PSBH/L并/串行接口选择：H-并行；L-串行16NC空脚17/RST H/L复位，低电平有效18VOUT-倍压输出脚 （VDD=+3.3V 有效）19LED_A-背光源正极（LED+3V）20LED_K-背光源负极（LED-OV）精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 144、硬件设计、硬件设计4.1、DSP 资源分配资源分配DSP28069 资源：（具体参数见芯片 DATASHEET 和资

22、源分配表）共 58 个复用 GPIO 口；两路 SPI；两路 EQEP；16 路 AD 采样通道；12 路 EPWM 输出口；一路 CAN 总线；一路 SCI；一路 IIC；需求：旋变解码芯片需要一路 SPI 和 7 个普通 PGIO 口；光电编码器需要一路 EQEP；LCD 显示模块需要用到 11 个普通 GPIO 口；开关输入量需要 2 个 GPIO 口。此次实验将 DSP 的 SPIA 模块以及 7 个普通 GPIO 口用于转变解码芯片AD2S1210；DSP 的 EQEP1 模块用于光电编码器；11 个普通 GPIO 口用于 LCD 显示模块。2 个普通 GPIO 口用于开关量输入。除

23、去以上开销，DSP 还剩下 16 个普通 GPIO 口、一个 SPI 模块、一个 EQEP 模块。可以用于精度检测卡的扩展。精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 154.2、原理图、原理图4.2.1、光电编码器部分、光电编码器部分图 4-1 光电编码器部分电路如图 4-1 所示，最左边的是标定卡接口，通过该接口输入 A+、A-、B+、B-、C+、C-三组信号，这三组信号经过光耦 HCPL0630，再将 5V 的信号送入电平转换芯片。有电平转换芯片将 5V 的信号降压成 3.3V 的信号，然后将信号送至 DSP。4.2.2、旋变解码芯片部分、旋变解码芯片部分DGNDDVDD5VAVD

24、D5VRES1/RD/WR/SOE/SAM PLEDGNDRES0SINSINLOCOSCOSLOEXC/EXCDGND/CSRES11/CS2/RD3/WR-/FSYNC4DGND5DVDD6CLKin7XTALout8/SOE9/SAM PLE10DB15-SDO11DB14-SDI12DB13-SCLK13DB1214DB1115DB1016DB917Vdrive18DGND19DB820DB721DB622DB523DB424DB325DB226DB127DB028A29B30NM31DIR32/RESET33LOT34DOS35A136A037EXC38/EXC39AGND40SIN

25、41SINLO42AVdd43COSLO44COS45REFBYP46REFOUT47RES048AD2S1210U8AD2s1210DB4DB5DB6DB7DB8DB9DB10DB11DB12DB0DB1DB2DB3ABNMDIR/RESETLOTDOSA1A0EXC/EXCGND1RESET2VCC3U9STC809-3.3V4.7KR143DVDD3.3VDGND4.7KR119DGND4.7KR121DVDD3.3VDVDD3.3V4.7KR120DVDD3.3V4.7KR129DVDD3.3V123Y2CSTCE8M 00G52-R0SPIA_CLKSPIA_SOM ISPIA_SI

26、M O0.01uFC7510uFC780.01uFC744.7uFC770.01uFC860.1uFC8510uFC8810uFC89AGNDAGND1234JP10H-40.1uFC90、图 4-2 旋变解码芯片部分的电路精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 16+12VGND1EXC/EXCC3B1E2Q17NPN_BC846BSINSINLOCOSCOSLOC3B1E2Q18PNP_BC856B123456J8D1D2D3D4OUT_A0-IN_A1+IN_A2V-3V+7OUT_B6-IN_B5+IN_B4U7AD8662C3B1E2Q20PNP_BC856BC3B1E2Q

27、19NPN_BC846B、12JP11H-233uFC870R1360R13733uFC840.1uFC83AVDD12VAGNDAVDD12VAVDD12VAVDD12VAVDD12VAGNDAGNDAGNDAGNDAGND0.1uFC8010KR11722KR11810KR1307.5KR1284.7RR1442.2KR1413.3RR1393.3RR1400.01uFC910.01uFC930.01uFC940.01uFC964.7RR1454.7RR1274.7RR1263.3RR1243.3RR1232.2KR1382.2KR1222.2KR1257.5KR116100pFC7910

28、KR115100pFC81图 4-3 激励信号缓冲电路将旋变解码芯片产生的激励信号通过一个缓冲电路（图 4-3）送至旋转变压器，然后将旋转变压器输出的正余弦信号送回至旋变解码芯片 AD2S1210。旋变解码芯片通过对输入得到的正余弦信号，计算出电机主轴当前的绝对角度及电机的转速。然后将角度和转速通过 SPI 通讯送至 DSP。4.2.3、显示部分、显示部分123456789101112JP7Header 2X6GPIO_10GPIO_41GPIO_27GPIO_0GPIO_1GPIO_2GPIO_3GPIO_40GPIO_56GPIO_57GPIO_58、I/O、LCD图 4-4 LCD 预留

29、 GPIO 口DSP 留出 11 个普通 GPIO 口供 LCD 使用，其中 8 路为并口数据线，3 路为控制信号。具体原理图参见项目工程文件。精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 174.2.4、DSP 芯片原理图芯片原理图图 4-5 DSP28069 芯片原理图GPIO42/EPWM 8A/ TZ1/COM P1OUT1GPIO23/EQEP1I/M FSXA/SCIRXDB2VDD3VSS4VDDIO5GPIO20/EQEP1A/M DXA/COM P1OUT6GPIO21/EQEP1B/M DRA/COM P2OUT7GPIO43/EPWM 8B/TZ2 /COM P2OU

30、T8GPIO4/EPWM 3A9GPIO5/EPWM 3B/SPISIM OA/ECAP110XRS11TRST12VDDIO13VDD14VSS15ADCINA716ADCINA6/COM P3A/AIO617ADCINA518ADCINA4/COM P2A/AIO419ADCINA320ADCINA2/COM P1A/AIO221ADCINA122ADCINA023VREFHI24VDDA25VSSA26VREFLO27ADCINB028ADCINB129ADCINB2/COMP1B/AIO1030ADCINB331ADCINB4/COMP2B/AIO1232ADCINB533ADCINB

31、6/COMP3B/AIO1434ADCINB735VSS36VDD37VDDIO38GPIO25/ECAP2/EQEP2B/SPISOMIB39GPIO31/CANTXA/EQEP2S/EPWM8A40GPIO30/CANRXA/EQEP2I/EPWM7A41GPIO50/EQEP1A/MDXA/TZ142GPIO29/SCITXDA/SCLA/TZ343GPIO12/TZ1/SCITXDA/SPISIMOB44TEST245VDD3VFL46VSS47GPIO51/EQEP1B/MDRA/TZ248GPIO9/EPWM5B/SCITXDB/ECAP349GPIO28/SCIRXDA/SDAA

32、/TZ250GPIO18/SPICLKA/SCITXDB/XCLKOUT51GPIO17/SPISOM IA/TZ352GPIO52/EQEP1S/M CLKXA/TZ353GPIO8/EPWM 5A/ADCSOCAO54GPIO16/SPISIM OA/TZ255GPIO44/M FSRA/SCIRXDB/EPWM 7B56GPIO7/EPWM 4B/SCIRXDA/ECAP257GPIO6/EPWM 4A/EPWM SYNCI/EPWM SYNCO58X259X160VDDIO61VSS62VDD63GPIO19/XCLKIN/SPISTEA /SCIRXDB/ECAP164GPIO53/

33、EQEP1I/M FSXA65GPIO3966GPIO38/XCLKIN/TCK67GPIO34/COM P2OUT/COM P3OUT68GPIO54/SPISIM OA/EQEP2A/HRCAP169GPIO37/TDO70GPIO35/TDI71GPIO36/TM S72GPIO11/EPWM 6B/SCIRXDB/ECAP173GPIO10/EPWM 6A/ADCSOCBO74GPIO55/SPISOM IA/EQEP2B/HRCAP275GPIO41/EPWM7B/SCIRXDB76GPIO27/HRCAP2/EQEP2S/SPISTEB/USB0DM77GPIO26/ECAP3/E

34、QEP2I/SPICLKB/USB0DP78VDDIO79VSS80VDD81GPIO40/EPWM7A/SCITXDB82GPIO3/EPWM2B/SPISOMIA/COMP2OUT83GPIO2/EPWM2A84GPIO56/SPICLKA/EQEP2I/HRCAP385GPIO1/EPWM1B/COMP1OUT86GPIO0/EPWM1A87GPIO15/ECAP2/SCIRXDB/SPISTEB88GPIO57/SPISTEA/EQEP2S/HRCAP489VREGENZ90VDD91VSS92VDDIO93GPIO58/MCLKRA/SCITXDB/EPWM7A94GPIO13/TZ

35、2/SPISOMIB95GPIO14/TZ3/SCITXDB/SPICLKB96GPIO24/ECAP1/EQEP2A/SPISIMOB97GPIO22/EQEP1S/MCLKXA/SCITXDB98GPIO32/SDAA/EPWMSYNCI/ADCSOCAO99GPIO33/SCLA/EPWMSYNCO/ADCSOCBO100U5TM S320F28069_3COM1f2g3e4d5COM6c8DP7b9a10DS3SM 420361KSEG1SEG2SEG3SEG4SEG5SEG6SEG7SEG8DVDD3.3VDVDD3.3VSEG1SEG2COM1f2g3e4d5COM6c8DP7b9

36、a10DS1SM 420361KSEG1SEG2SEG3SEG4SEG5SEG6SEG7SEG8COM1f2g3e4d5COM6c8DP7b9a10DS2SM 420361KSEG1SEG2SEG3SEG4SEG5SEG6SEG7SEG8COM1f2g3e4d5COM6c8DP7b9a10DS4SM 420361KSEG1SEG2SEG3SEG4SEG5SEG6SEG7SEG8COM1f2g3e4d5COM6c8DP7b9a10DS7SM 420361KSEG1SEG2SEG3SEG4SEG5SEG6SEG7SEG8COM1f2g3e4d5COM6c8DP7b9a10DS5SM 420361K

37、SEG1SEG2SEG3SEG4SEG5SEG6SEG7SEG8COM1f2g3e4d5COM6c8DP7b9a10DS6SM 420361KSEG1SEG2SEG3SEG4SEG5SEG6SEG7SEG8COM1f2g3e4d5COM6c8DP7b9a10DS8SM 420361KSEG1SEG2SEG3SEG4SEG5SEG6SEG7SEG8DVDD3.3VDVDD3.3VDVDD3.3VDVDD3.3VDVDD3.3VDVDD3.3VSEG3SEG4SEG5SEG6SEG7SEG8SEG1_OUTSEG2_OUTSEG3_OUTSEG4_OUTSEG6_OUTSEG7_OUTSEG5_O

38、UTSEG8_OUTGRD1GRD2GRD3GRD4GRD5GRD6GRD7GRD8C3B1E2Q1NPN_FHT8050C3B1E2Q2NPN_FHT8050C3B1E2Q3NPN_FHT8050C3B1E2Q4NPN_FHT8050C3B1E2Q5NPN_FHT8050C3B1E2Q6NPN_FHT8050C3B1E2Q7NPN_FHT8050C3B1E2Q8NPN_FHT8050GRD1_OUTGRD2_OUTGRD3_OUTGRD4_OUTGRD6_OUTGRD7_OUTGRD5_OUTGRD8_OUTDGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDGNDGRD1GRD2GR

39、D3GRD4GRD5GRD6GRD7GRD8L LE ED D显显示示模模块块300RR1300RR2300RR3300RR4300RR17300RR18300RR20300RR19300RR30300RR29300RR28300RR27300RR33300RR34300RR35300RR36DGNDDVDD5VAVDD5VRES1/RD/WR/SOE/SAM PLEDGNDRES0SINSINLOCOSCOSLOEXC/EXCDGND/CSRES11/CS2/RD3/WR-/FSYNC4DGND5DVDD6CLKin7XTALout8/SOE9/SAM PLE10DB15-SDO11DB14

40、-SDI12DB13-SCLK13DB1214DB1115DB1016DB917Vdrive18DGND19DB820DB721DB622DB523DB424DB325DB226DB127DB028A29B30NM31DIR32/RESET33LOT34DOS35A136A037EXC38/EXC39AGND40SIN41SINLO42AVdd43COSLO44COS45REFBYP46REFOUT47RES048AD2S1210U8AD2s1210DB4DB5DB6DB7DB8DB9DB10DB11DB12DB0DB1DB2DB3ABNMDIR/RESETLOTDOSA1A0EXC/EXCG

41、ND1RESET2VCC3U9STC809-3.3V4.7KR143DVDD3.3VDGND4.7KR119DGND4.7KR121DVDD3.3VDVDD3.3V4.7KR120DVDD3.3V4.7KR129DVDD3.3V123Y2CSTCE8M 00G52-R0SPIA_CLKSPIA_SOM ISPIA_SIM O0.01uFC7510uFC780.01uFC744.7uFC770.01uFC860.1uFC8510uFC8810uFC89AGNDAGNDAGND0.1uFC92DVDD5V0.1uFC9810uFC95AVDD5V0R1510R152DGND10uFC971234J

42、P10H-40.1uFC90+12VGND1EXC/EXCC3B1E2Q17NPN_BC846BSINSINLOCOSCOSLOC3B1E2Q18PNP_BC856B123456J8D1D2D3D4OUT_A0-IN_A1+IN_A2V-3V+7OUT_B6-IN_B5+IN_B4U7AD8662C3B1E2Q20PNP_BC856BC3B1E2Q19NPN_BC846B、12JP11H-233uFC870R1360R13733uFC840.1uFC83AVDD12VAGNDAVDD12VAVDD12VAVDD12VAVDD12VAGNDAGNDAGNDAGNDAGND0.1uFC8010KR

43、11722KR11810KR1307.5KR1284.7RR1442.2KR1413.3RR1393.3RR1400.01uFC910.01uFC930.01uFC940.01uFC964.7RR1454.7RR1274.7RR1263.3RR1243.3RR1232.2KR1382.2KR1222.2KR1257.5KR116100pFC7910KR115100pFC81DVDD5V12DS9F1SR035VIN3GND1VOUT2LM 1117U6LM 1117DVDD3.3V820RR1140.1uFC7312JP9H-210uFC76DGNDDGND10uFC72、1234567891

44、01112JP7Header 2X612023456789101112131415161718192221J1Connector 20A+B+B-A-C+C-4.7KR1334.7KR1341234S3SW-DIP2820RR149820RR150DGNDGPIO_34TDO1234567891011121314J7JTAGTCK4.7KR1422.2KR1464.7KR135DVDD3.3VTM STDITDOEM U0EM U1DGNDDGND/TRST0.1uFC82DGNDDVDD3.3VJTAG 、4.7KR1314.7KR1321234S2SW-DIP2820RR147820RR1

45、48DVDD3.3V2.2KR472.2KR482.2KR492.2KR502.2KR512.2KR522.2KR532.2KR542.2KR612.2KR632.2KR652.2KR672.2KR692.2KR702.2KR712.2KR72ADCINA0ADCINA1ADCINA2ADCINA3ADCINA4ADCINA5ADCINA6ADCINA7ADCINB0ADCINB1ADCINB2ADCINB3ADCINB4ADCINB5ADCINB6ADCINB7AGND1AGND1AVDD3.3V2.2uFC552.2uFC572.2uFC582.2uFC662.2uFC712.2uFC69

46、2.2uFC632.2uFC68DVDD3.3VDVDD3.3VDVDD3.3VDVDD3.3VDVDD3.3VDVDD3.3VDVDD3.3V2.2uFC562.2uFC592.2uFC652.2uFC702.2uFC672.2uFC64DGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDGND123Y1CSTCE8M 00G52-R0DGNDX1X2、GND1RESET2VCC3U4STC809T-3.3V4.7KR46DVDD3.3VDGNDS1SW-PB1.5KR55/TRSTTCKTDITM STDO2.2KR402.2KR412.2KR42EQEP_1AEQEP_1BEQEP_1ID

47、VDD3.3VVCCA1DIR2A13A24A35A46A57A68A79A810GND11GND12VCCB24VCCB23OE22B121B220B319B418B517B616B715B814GND13U2SN74LVC8T245A+B+ANDOE11ANDOE24CATHODE12CATHODE23GND5VO26VO17VCC8PC2HCPL-0630B-A-300RR9300RR10300RR11300RR12820RR24820RR21DVDD5V0.1uFC2DGNDANDOE11ANDOE24CATHODE12CATHODE23GND5VO26VO17VCC8PC1HCPL-

48、0630300RR5300RR6820RR23DVDD5V0.1uFC1SPIB_SOM I_INEQEP_1A_INEQEP_1B_INEQEP_1I_INC-C+SOM IEQEP_1AEQEP_1BEQEP_1IDVDD5V0.1uFC28DGND10pFC1410pFC2010pFC1310pFC1910pFC910pFC5110pFC3710pFC4110pFC47DGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDVDD5VDVDD5VDVDD3.3VDVDD3.3V2.2KR622.2KR642.2KR662.2KR75DVDD3.3VSPIB_CLKSPIB_SIMOSP

49、IB_SOMISPIB_STEDGNDDVDD3.3V0.1uFC31DGND10pFC2310pFC2410pFC4210pFC4810pFC52EQEP_2AEQEP_2BEQEP_2I2.2KR582.2KR592.2KR60SEG1_OUTSEG2_OUTSEG3_OUTSEG4_OUTSEG6_OUTSEG7_OUTSEG5_OUTSEG8_OUT2.2KR392.2KR432.2KR442.2KR45/XRS2.2KR772.2KR792.2KR812.2KR832.2KR852.2KR87DVDD3.3VGRD4_OUTGRD1_OUTGRD2_OUTGRD3_OUTGRD5_O

50、UTGRD8_OUTGRD6_OUTGRD7_OUT2.2KR892.2KR912.2KR93AGND10.1uFC6110uFC62AVDD3.3V0R560R57DVDD3.3VDGNDSPIA_CLKSPIA_SOM ISPIA_SIM O2.2KR1132.2KR1122.2KR109DVDD3.3VDOSLOTA1A0/WR/CS/SAM PLE2.2KR1102.2KR1112.2KR1082.2KR1072.2KR1062.2KR1052.2KR1042.2KR103GPIO_342.2KR962.2KR952.2KR942.2KR992.2KR982.2KR972.2KR102

51、2.2KR1012.2KR100GPIO_10GPIO_11GPIO_10GPIO_112.2KR902.2KR8812023456789101112131415161718192221J2Connector 202A+2B+2B-2A-2C+2C-VCCA1DIR2A13A24A35A46A57A68A79A810GND11GND12VCCB24VCCB23OE22B121B220B319B418B517B616B715B814GND13U3SN74LVC8T2452A+2B+ANDOE11ANDOE24CATHODE12CATHODE23GND5VO26VO17VCC8PC4HCPL-06

52、302B-2A-300RR13300RR14300RR15300RR16820RR26820RR22DVDD5V0.1uFC4DGNDANDOE11ANDOE24CATHODE12CATHODE23GND5VO26VO17VCC8PC3HCPL-0630300RR7300RR8820RR25DVDD5V0.1uFC3EQEP_2A_INEQEP_2B_INEQEP_2I_IN2C-2C+EQEP_2AEQEP_2BEQEP_2IDVDD5V0.1uFC29DGND10pFC1610pFC2210pFC1510pFC2110pFC1010pFC5310pFC3810pFC4310pFC49DGN

53、DDGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDVDD5VDVDD5VDVDD3.3VDVDD3.3VDGNDDVDD3.3V0.1uFC32DGND10pFC2510pFC2610pFC4410pFC5010pFC54SIM OCLKSTESPIB_STE_INSPIB_CLK_INSPIB_SIM O_INJ6J5J4J3SPIB_SOM ISPIB_SIM OSPIB_CLKSPIB_STEVCCA1DIR2A13A24A35A46A57A68A79A810GND11GND12VCCB24VCCB23OE22B121B220B319B418B517B616B715B814GND13U

54、1SN74LVC8T245SPIB_SOM I_OUTSOM I、DVDD5V0.1uFC27DGND10pFC810pFC1210pFC510pFC710pFC1110pFC610pFC4510pFC3410pFC3310pFC3510pFC39DGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDGNDDVDD5VDVDD3.3VDVDD3.3VDGNDDVDD3.3V0.1uFC30DGND10pFC1710pFC1810pFC3610pFC4010pFC46SIM O、CLK、STE、SPIB_STE_OUTSPIB_CLK_OUTSPIB_SIM O_OUT1234JP1H-41234J

55、P6Header 2X2B1_OUTB2_OUTB3_OUTB4_OUT1234JP3Header 2X2A1_OUTA3_OUTA2_OUTA4_OUTB1_OUTB3_OUTB2_OUTB4_OUT10KR371234JP2H-410KR3110KR3210KR381234JP5Header 2X21234JP4Header 2X2a2a3a4a2a3a4a5a5b2b3b4b5b2b3b4b5GPIO_39GPIO_392.2KR92GPIO_41GPIO_27GPIO_41GPIO_27GPIO_0GPIO_1GPIO_2GPIO_3GPIO_40GPIO_56GPIO_0GPIO_1

56、GPIO_2GPIO_3GPIO_40GPIO_562.2KR842.2KR822.2KR862.2KR782.2KR762.2KR802.2KR74GPIO_57GPIO_570R73DGNDGPIO_582.2KR68DVDD3.3VGPIO_581234JP8H-4DVDD3.3VDVDD5VDGNDDVDD3.3V2、I/O、LCD、E QE P、SPI、SPI、E QE P、1、2、3、E QE P4、SPI、5、11、I/O、LCD10uFC60DGNDDGNDA1_OUTA3_OUTA2_OUTA4_OUTC3B1E2Q10PNP_FHT8550C3B1E2Q9PNP_FHT85

57、50C3B1E2Q11PNP_FHT8550C3B1E2Q12PNP_FHT8550C3B1E2Q16PNP_FHT8550C3B1E2Q15PNP_FHT8550C3B1E2Q14PNP_FHT8550C3B1E2Q13PNP_FHT8550图 4-6 精度检测卡原理图图 4-6 为精度检测卡的全部原理图，当初设计的时候考虑到用 LED 数码管显示精度，由于考虑到 DSP 的另外一个 SPI 模块可能用于其他编码器或外设模块（例：手操器） ，所以用 DSP 的 16 个 GPIO 来控制 8 个 LED 数码管的显示。该种方法编程比较繁琐，可显示的内容有限，后选择用 LCD 来代替显示部分。

58、精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 184.3、PCB 制版制版图 4-7 PCB 正面图 4-8 PCB 反面图 4-7 和图 4-8 为 PCB 板的正面和反面 3D 模拟图。PCB 布局具体参数为：PCB 设计为 2 层板；DSP 部分的信号线走线宽度为 10mil；旋变解码芯片部分的信号走线宽度为 20mil；电源线走线宽度为 40mil；信号线走线过孔最小为：内径 10mil，直径 20mil；电源线走线过孔最小为：内径 20mil，直径 50mil；模拟电路和数字电路分开；除了 DSP 芯片管脚附近的走线间距为 0.25mm，所有信号线走线间距在 15mil 以上。精

59、度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 194.4、硬件实物图、硬件实物图图 4-9 实物图LCD 接口JTAG 接口旋转变压器接口数码管显示光电编码器接口旋变 12V 供电5V 供电接口精度检测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 205、软件设计、软件设计5.1、算法原理、算法原理首先分别求得光电编码器当前的角度读数 和旋转变压器当前的角度读数 ，然后求得光电编码器当前角度和前一刻角度的差值 = - 以及旋转变压器当前的角度和前一刻角度的差值 = - 。接着将每次求得的差值求和： = +，= + 。最后将光电编码器和旋转变压器的差值累加值相减就是误差值。ERROR = 。精度检

60、测卡 V1.0中科德润研发中心电机与控制部 215.2、算法流程图、算法流程图开始旋转变压器故障检测是否存在故障是读旋转变压器当前角度 读光电编码器当前角度 计算光电编码器角度差值 = 0 ?否否= 32768 ?是是= 65536 = + 否计算旋转变压器角度差值 = 0 ?否= 32768 ?是是= 65536 = + 否Num = Num + 1Num 16 ?Err = - 否是Err Err_N?Err_N = ErrErr Err_P?Err_P = ErrErr_PP = Err_N + Err_P否否否是是 = 0= 0更新角度 =更新角度 = 精度检测卡 V1.0中科德润研发