[发明专利]基于FPGA的多种编码器协议自由转换IP核及方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的多种编码器协议自由转换IP核及方法，涉及工业控制技术领域。该IP核包括：外设IP核模块，用于获取上位机写入的控制字；基本IP核模块，用于根据所述控制字，配置自定义IP核模块的控制寄存器，实现对输入、输出协议的选择，从而使能相应的状态机；自定义IP核模块，与外部的编码器及至少一个目的机相连，用于进行编码器数据采集、协议转化并输出数据至相应目的机，且数据采集与数据输出过程，均通过在相应的状态机控制下产生所需接口协议的时序的方式来实现。本发明实现了对编码器数据并行处理、同步采集，以及按需转化输出，不但信息的实时性、同步性较高，而且克服了编码器协议不一致的缺陷。

技术领域

本发明涉及工业控制技术领域，具体来讲是一种基于FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程逻辑门阵列)的多种编码器协议自由转换IP(IntellectualProperty，知识产权)核及方法。

背景技术

目前，编码器应用早已渗透到了工业控制的各个领域，现在市面上的编码器的接口方式有多种，包括常用的增量式A、B、Z相光电码盘式、RS422异步串口式、SSI协议式、Biss_c协议式等。而在一些高精度要求的应用场合，比如：高精度转台、光电经纬仪、红外反扫控制系统等，基于ENDAT2.2协议的海德汉编码器是比较可靠地应用选择。

在传统的伺服驱动控制系统中，都是选择编码器与驱动器协议相匹配的方案，然后再从驱动器中读取当前的位置信息，以供他用。在一般的伺服控制场合，这种模式可以可靠地完成需要的工作或功能，其弊端在于从驱动器中读取位置信息时，会有一定的滞后性，这种延迟滞后，一般为毫秒级，最大可达几十到上百毫秒，当这些位置信息只作为观测信息时，不会对系统功能造成影响。

但是，在一些高精度的应用场合，特别是编码器位置信息有其他的实时应用要求的时候，例如光电经纬仪的应用中，多台瞄向同一目标的光电观测仪，彼此之间的伺服运动编码器位置信息，必须严格实时同步地发送给同一工控机进行处理计算，同步要求必须控制在微秒级别，如此才能最大限度的消除系统误差。传统的伺服控制系统中，从驱动器读取位置信息的模式显然难以保证多台观测仪的编码器位置信息的实时性。再如红外反扫光电应用中，红外传感器中具有一片可转动平面镜，有与伺服运动方向相反短暂转动的功能，以此保证传感器在伺服转动的过程中对于同一目标有足够的曝光时间。但是这种红外传感器，除了需要实时编码器位置信息外，其协议往往是自定义的，并非标准的常见协议。

因此，如何克服传统伺服控制领域中，位置信息多用时，信息的实时性、同步性较差，协议不一致等缺陷，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于FPGA的多种编码器协议自由转换IP核及方法，实现了对编码器数据并行处理、同步采集，以及按需转化输出，不但信息的实时性、同步性较高，而且克服了编码器协议不一致的缺陷。

为达到以上目的，本发明提供一种基于FPGA的多种编码器协议自由转换IP核，包括：通过Avalon总线相互连接的基本IP核模块、外设IP核模块以及自定义IP核模块；

所述外设IP核模块，其用于获取上位机写入的控制字；所述基本IP核模块，其用于根据所述控制字，配置所述自定义IP核模块的控制寄存器，实现对输入、输出协议的选择，从而使能相应的状态机；所述自定义IP核模块，与外部的编码器及至少一个目的机相连，其用于进行编码器数据采集、协议转化并输出数据至相应目的机，且数据采集与数据输出过程，均通过在相应的状态机控制下产生所需接口协议的时序的方式来实现。

在上述技术方案的基础上，所述自定义IP核模块进行编码器数据采集、协议转化并输出数据至相应目的机，且数据采集与数据输出过程均通过在相应的状态机控制下产生所需接口协议的时序的方式来实现，具体包括以下流程：