20137多摩川编码器总结

1、2013.7 多摩川编码器总结一、摘要基于CPLD和DSP实现CPLD与多摩川编码器的通讯，通过对编码器发送请求，得到编码器发回的数据并进行解码，得到绝对位置值。二、学习步骤：1、熟悉工作环境，掌握Modelsim以及Quartus的使用。2、阅读多摩川编码器的通讯协议。3、根据协议编写testbench，并在Modelsim上进行仿真调试。4、仿真通过后，通过Quartus编译后下载到CPLD上并与编码器通讯，实际情况下运行。5、完成各项要求的功能。6、对代码进行优化，尽可能减少资源占用。7、验收。三、总体结构结构分三部分：多摩川编码器，CPLD，DSP。1、编码器跟CPLD之间通过MAX4

2、85电平转换进行连接。2、CPLD与DSP则通过总线进行连接（这一部分结构编写学长已经完成并且提供了端口连接）3、主要工作是CPLD的解码部分。四、通讯协议1、TS5668的技术指标：（物理层）精度：单圈精度: 17位(131 072)多圈精度: 16位(65 536)最高转速/ ( r·min - 1 )： 6 000】输出：差分NRZ编码二进制传输速度/Mbp s： 2. 5发送、接收电路：差分形式通信方式：主从模式接口：3FG，4sig+ ，5sig-，7VCC，8DGND。4和5为差分信号接口。2、通信步骤如下图：（逻辑链路层）1）CPLD向编码器发送一个控制字CF2）3us

3、后编码器返回数据包。3）CPLD对数据包进行解码，并将得到的数据放在总线上，等待DSP获取。具体流程如下图：3、字的结构：下图分别为CF、DF、CRC字的结构。 1）CF 字的开始位为0，再是010的同步位，以及4位的控制位，1位奇偶校验位（对控制位进行奇偶校验），结束位为1，共十位。 通过不同的Data ID code可以实现不同的功能，具体功能如下表：2）SF 该字包含错误信息，如编码错误和通讯警报。通过检测相应位置上的值，就可以确定编码器的工作状态是否正常。 3）CRC 进行CRC校验时，要对所有数据进行校验。计算时除掉每字的起始位和分隔符。4）数据传输正如CF介绍中提到，不同的CF控制

4、命令会对应不同的数据结构传输。主要有三类，而我们用的是Data ID0，绝对数据传输。后面的空格表明没有数据传输。 数据传输中，低位在前，高位在后，每一字都是以0开始以1结束。由于是17位精度编码器，DF2数据位的高7位都是0。五、需求分析 1、启动DSP每隔60us向CPLD发送一个启动脉冲，CPLD捕捉到上升沿后开始向编码器发送CF请求命令。如果CPLD已经处于发送或接受状态，再接收到启动脉冲，不予响应。2、485使能由于CPLD与编码器的通讯需要MAX485进行电平转换，而MAX485是一个半双工器件，因此，需要提供一个端口控制485的使能端，决定485的读写控制。3、频率要求板子上提供

5、10M频率的时钟，而多摩川编码器的通讯协议需要2.5M频率时钟，因此需要分频。4、异常情况分析考虑到传输过程中的异常情况（比如把“0”传输成“1”，或者反之），以及其他可能会出现的错误情况。1）编码器接受到错误的CF，给出了相应的回应。2）编码器接受到错误的CF，没有回应。3）编码器自身出现错误（在SF中会给出错误类型）。5、与DSP的通讯得到绝对位置值之后，需要将读取的结果发送给DSP，而这一过程需要提供一个端口使CPLD与DSP连接。六、整体设计1、流程图基于多摩川编码器的通讯协议以及需求分析，可以做出以下流程图。闲置有启动脉冲无响应或无正确响应发送CF正确完成一周期或错误结束一周期等待响

6、应有正确响应接收数据处理数据2、分配状态根据流程图，可以通过“状态机”来完成各个状态之间的切换，因此，分配状态为：Idle（闲置），Request（请求），Wait（等待），Receive（接收）四个状态。状态机的编写有一段式、两段式和三段式，这里状态比较简单，可以采用结构简单的一段式。（对于复杂的状态机，不推荐使用一段式）具体写法如下：reg1:0 stateparameter Idle = 2'b00,Request = 2'b01,Wait = 2'b10,Receive = 2'b11;case (state)Idle: Request: Wait: R

7、eceive: 3、闲置状态CPLD处于闲置状态，等待DSP发送命令。当DSP发送启动脉冲后，CPLD检测到上升沿，即由闲置状态进入请求状态，同时，为请求状态做好初始化准备。而在其它状态检测到上升沿时，则不予响应。具体代码如下：1）检测启动脉冲always (posedge start or posedge start_fg1)beginif(start = 1)start_fg <= 1'b1;if(start_fg1 = 1)start_fg <= 1'b0;end2）状态更改并为请求状态做好初始化准备Idle:begintxd <= 1;if(start

8、_fg = 1'b1)beginstate <= Request;E_c <= 1;/485使能，1向编码器写数据start_fg1 <= 1'b1;endend4、请求状态CPLD处于请求状态时，每一个时钟周期发送一个高低电平。请求命令为：0010000001。发送结束后，进入等待状态，等待编码器响应。 具体代码如下：Request: beginif(i = 8'd10)/发送结束beginstate <= Wait;start_fg1 <= 1'b0;E_c <= 0;/485使能，0接受编码器数据CF_r <= 1

9、0'd0;txd <= 1;i <= 0;endelsebegintxd <= CF9-i;i <= i+1'b1;endend5、等待状态CPLD处于等待状态时，等待编码器相应。编码器一旦发送低电平过来，为避免传输干扰，设定了一个头部检测。头部检测的方式为，每次左移并接受一个数据，检测开始的头4位，如果头4位正确，则进入到接受状态；如果头4位不正确，则继续左移并接受数据，在指定时间内，如果没有成功接受到数据，则认为这一次通讯失败，并给出错误类型erro <= 2'd3，同时数据位报全1（数据位默认为全1），并且进入到闲置状态，等待下一次的

10、请求命令。在最初设计时，这里加入了一个“超时重发”的功能，即通讯失败后进入请求状态，重新发送请求命令，再次进入到等待状态，并且允许超时重发3次，3次都失败后则执行前面提到的错误处理办法。只是后来由于时间以及资源的闲置，把这一个模块删掉了，如果资源以及时间允许的话，可以考虑加上这一模块。具体代码如下：Wait:begintxd <= 1;E_b <= 1;if(CF_r3:0 = 4'b0010)/头检测begin state <= Receive;i <= 0;CF_r <= (CF_r << 1)|re;i <= 4;endelsebe

11、ginCF_r <= (CF_r << 1)|re;if(i = 4'd14)beginstate <= Idle;erro <= 2'd3;endelsei <= i+1'b1;endend6、接受状态这一状态是编码器的主要工作状态，同时由于接收的信息比较多，也是处理起来比较麻烦的一部分。首先，利用计数器计数10次，读出CF信息，并且保存到CRC_buf里；再次利用计数器计数10次，读出SF信息，也保存在CRC_buf里；再利用计数器计数30次，取出位置信息，这里需注意一点，编码器发回的位置信息是低位在前，高位在后，因此，在接受数据

12、时，需要将其调整一下。最后，利用计数器计数10次，读出CRC的信息。接收完数据后，就进行CRC校验。由于这一部分工作是同组另一位学长完成，这里不做具体阐述。如果CRC校验通过，则输出位置信息；如果CRC校验不通过，则输出错误信息，并且报全1。以上是正常情况，同时还需要对CF进行检查。如果发回的CF与发送出去的CF不同，则出错。出错的话，按照协议，编码器可能会发回一个最长的数据包，与实际情况不符。因此，也算作一种错误。另外，SF的错误信息是编码器自身的错误，根据要求，如果有这种错误的话，需要断电处理。因此，检测到这种错误时，给出错误信息，并不需要额外处理。代码如下：Receive:beginif

13、(i < 9) beginCF_r <= (CF_r << 1)|re;i <= i+1'b1;endelse if(i = 9) /CF检验beginif(CF_r = CF)beginCRC_buf <= CRC_buf|CF_r8:1,40'd0;CF_r <= (CF_r << 1)|re;i <= i+1'b1;endelsebeginstate <= Idle;i <= 0;erro <= 2'd0;endendelse if(i < 19) beginCF_r &l

14、t;= (CF_r << 1)|re;i <= i+1'b1;endelse if(i = 19) beginif(CF_r4 | CF_r3)/检测SF，出错应该断电处理beginerro <= 2'd2;i <= i+1'b1;endelsebeginCRC_buf <= CRC_buf|CF_r8:1,32'd0;DATA1 <= (DATA1 >> 1)|re, 29'd0;i <= i+1'b1;end endelse if(i < 49)begin DATA1 <

15、= (DATA1 >> 1)|re, 29'd0; i <= i+1'b1;endelse if(i < 59)beginCF_r <= (CF_r << 1)|re;i <= i+1'b1;end elsebegin DATA123:0 = DATA128:21,DATA118:11,DATA18:1;for(i=0;i<24;i=i+1)begin CRC_buf31-i=DATA1i;endCRC_buf = CRC_buf|CF_r8:1;for(i=47;i>7;i=i-1'b1)begin

16、CRC_buf47:40=CRC_buf46:40,(CRC_buf47CRC_buf39);CRC_buf39:0=CRC_buf38:0<<1;/shift end if (!CRC_buf47:40)DATA=DATA123:0; state <= Idle;E_b <= 0;i <= 0;endend、错误状况汇总对于运行状态中，可能出现的一些错误情况进行了一些汇总。首先，根据错误的处理方式进行分类。1） 下一周期可以恢复正常的情况：A、 CF错误。返回的CF与发送的CF不相同，此时按照程序逻辑继续运行。B、 通讯失败。CPLD发送请求命令后，编码器没有相应。C、 CRC错误。CRC校验不通过，此时按照程序逻辑继续运行。2） 下一周期不能恢复，需要断电处理：SF错误。、代码优化经验积累代码在实现了预定功能之后，需要的就是资源优化了。在网上搜