基于DSP的绝对式光电编码器串行接口设计

由图可见，绝对式光电编码器的输入时钟信号(CLOCK)和输出数据信号(DATA)均为差分信号，其数据传输符合EIA RS 22标准，是符合RS 422协议的电平，因而需将其转换成可以输入单片机或者DSP的电平。能完成这种转换的芯片很多，大致有两类：全双工和半双工，由编码器读数时序图，可数据的输出在时钟信号下降沿转换，在时钟信号上升沿传送，因此应选用全双工的转换芯片。本文选用MAX488芯片作为绝对式光电编码器与DSP芯片MS320F2812通信的接口芯片，它由5 V电压供电，是一种适用于RS 422和RS 485的低功率收发器，它的芯片中包含一个驱动器和一个接收器，并且可以2．5 Mb／s速率进行传输。绝对式光电编码器与DSP芯片TMS320F2812通信的接口电路图如图3所示。

在该电路中，用DSP的GPIOF7(CANRXA)口来模拟产生绝对式编码器读数时所需的同步时钟信号，用GPIOF6(CANTXA)口接收数据，同时为了减少电路前后的干扰以及实现与DSP接口3．3 V电平的匹配，在电路中使用了两路高速光耦器件进行光电隔离，并实现电平转换。

4 软件设计
高精度多圈绝对式编码器可以同时输出多圈位置信息(nMT位)和单圈位置信息(nST位)，其数据发送时序关系，如图4所示，当编码器接收到发送周期的第一个时钟信号下降沿时，读取(nMT+nST)位字长的绝对位置值存入数据缓存器。数据缓存器中数据随着时钟信号的下降沿串行同步发送数据，第一个发出的数据位是绝对位置值的最高位(MSB)，最后一个发出的数据位是绝对位置值的最低位(LSB)。

一般SSI标准信号为25位，若不足25位要用零补齐，本文用到的编码器为单圈16位4 096圈的高精度编码器，总位数28位，它遵循的SSI传输格式如图5所示。

由图5可知，对于单圈位数和多圈位数超过25位的编码器，在编写通信程序时，需要产生32个CLOCK时序才可以将编码器的所有数据传输并接收完毕。由硬件电路可知，利用DSP的GPIOF7(CANRXA)口来模拟产生绝对式编码器读数时所需的同步时钟信号，用GPIOF6(CANTXA)口接收数据，具体通信过程如流程图6所示。
在整个流程过程中，产生CLOCK同步时钟时序以及数据处理是关键部分。整个实现过程如下：
(1)GPIOF7产生一个高到低跳变的电平，并适当延时，此时启动数据开始转换；
(2)GPIOF7产生一个低到高跳变的电平，并适当延时，此时已将最高有效位数据MSB传送至数据口，并读取数据到数据寄存器GPFDAT；
(3)连续产生32个同步时钟CLOCK信号，依次将传输32位数据到数据寄存器GPFDAT，本文读取数据方法是按位读取，每次在新加数据时，将前数据左移1位然后再加，直到完成所有数据位读取完毕；
(4)GPIOF7产生一个低到高跳变的电平，高电平保持时间相对前面CLOCK同步时钟时序长一点，数据转换完毕。
下面给出InitGpio(void)函数的部分与本文有关的代码。


5 实验结果
实验结果如图7所示，由图可见，CH2通道为32个CLOCK时序图，CH1通道为32个CLOCK时序下对应输出的DATA数据波形图，该绝对式编码器单圈数值为0～25 536，经4 096圈可输出范围0～268 435 456数值，检测精度为0．001 5％，运行稳定可靠。

6 结语
本文提供了一种基于DSP芯片TMS320F2812的通用I／O口与绝对式编码器SSI接口之间通信的硬件原理图、软件流程、程序实现步骤和部分代码。采用软件控制DSP的I／O口模拟时钟信号的方法，成功地解决了绝对式编码器SSI接口与微处理器通信的技术瓶颈，具有良好的通用性、易于实现，已成功应用于电机伺服控制系统，为微处理器与其他串行外设的通信提供了设计参考，具有一定的实用价值。