基于DSP的光電編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器精檢測

1、精度檢測卡文件狀態(tài)草稿文件 正式文件 更改正式文件文件標(biāo)識：當(dāng)前版本：V1.0作者張國鑫完成日期2013-4-17修改記錄版本日期修改人改動涉及部分或頁碼改動內(nèi)容目 錄1、設(shè)計目標(biāo)12、機(jī)械結(jié)構(gòu)及安裝22.1、旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)及安裝2、旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)2、旋轉(zhuǎn)變壓器輸出方式4、旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝及誤差42.2、光電編碼器的結(jié)構(gòu)及安裝5、光電編碼器的結(jié)構(gòu)5、光電編碼器的安裝62.3、精度檢測實驗安裝方式63、信號接口83.1、旋轉(zhuǎn)變壓器信號線接口83.2、光電編碼器信號線接口103.3、LCD顯示接口114、硬件設(shè)計124.1、DSP資源分配124.2、原理圖12、光電編碼器部分12、旋變解碼芯片

2、部分13、顯示部分13、DSP芯片原理圖144.3、PCB制版154.4、硬件實物圖165、軟件設(shè)計175.1、算法原理175.2、算法流程圖185.3、時序圖19、LCD模塊時序圖19、旋變解碼芯片時序圖19、光電編碼器時序圖20、精度檢測流程圖216、實驗調(diào)試226.1、顯示模塊調(diào)試226.2、光電編碼器調(diào)試266.3、旋變角度采樣調(diào)試32、讀寫調(diào)試32、激勵信號33、旋變角度346.4、精度檢測調(diào)試37、不同轉(zhuǎn)速下的最大誤差37、單次最大誤差研究41、定轉(zhuǎn)速下誤差研究42、檢測頻率及顯示頻率447、討論事項457.1、硬件方面：457.2、軟件方面：457.3、設(shè)計方面：458、改進(jìn)及優(yōu)

3、化461、設(shè)計目標(biāo)旋轉(zhuǎn)變壓器精度檢測系統(tǒng)主要應(yīng)用于潛油項目，目的在于檢測旋轉(zhuǎn)變壓器在電機(jī)上安裝的精度并予以顯示。根據(jù)需要，本次設(shè)計采用ADI公司的AD2S1210旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片（以下簡稱為：旋變解碼芯片）和TI的DSP28069來實現(xiàn)旋變解碼和精度檢測的功能。其中旋變解碼器將絕對式角度信號通過SPI通訊方式發(fā)送至DSP，光電編碼器將增量式角度信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片后發(fā)送至DSP。精度檢測的方法是以光電編碼器為基準(zhǔn)，將光電編碼器采樣的數(shù)據(jù)和旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片得到的數(shù)據(jù)做差，認(rèn)為得到的差值就是旋轉(zhuǎn)變壓器的精度。最后將精度通過LCD顯示。2、機(jī)械結(jié)構(gòu)及安裝2.1、旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)及安裝、旋轉(zhuǎn)變壓器

4、的結(jié)構(gòu)根據(jù)轉(zhuǎn)子電信號引進(jìn)、引出的方式，分為有刷旋轉(zhuǎn)變壓器（如圖2-1）和無刷旋轉(zhuǎn)變壓器（如圖2-2）。有刷點擊的轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷直接引出，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，體積小，但因電刷與滑環(huán)是機(jī)械滑動接觸的，所以旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性差，壽命也較短。圖 2-1有刷旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)圖圖 2-2 無刷旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)圖目前無刷旋轉(zhuǎn)變壓器有兩種結(jié)構(gòu)形式。一種稱作環(huán)形變壓器式無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，另一種稱作磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。（1）環(huán)形變壓器式無刷旋轉(zhuǎn)變壓器（如圖2-3）環(huán)形變壓器式無刷旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上和有刷旋轉(zhuǎn)變壓器一樣。它的一個繞組在定子上，一個在轉(zhuǎn)子上，同心放置。轉(zhuǎn)子上的環(huán)形變壓器繞組和作信號變換的轉(zhuǎn)子繞組相聯(lián)，它

5、的電信號的輸入輸出由環(huán)形變壓器完成。圖2-3無刷式旋轉(zhuǎn)變壓器（2）磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器（如圖2-4）磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的勵磁繞組和輸出繞組放在同一套定子槽內(nèi)，固定不動。但勵磁繞組和輸出繞組的形式不一樣。兩相繞組的輸出信號，仍然應(yīng)該是隨轉(zhuǎn)角作正弦變化、彼此相差90度電角度的電信號。圖2-4 磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器（3）多極旋轉(zhuǎn)變壓器（如圖2-5）圖2-5是共磁路結(jié)構(gòu)，粗、精機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組公用一套鐵心。粗機(jī)，是指單對磁極的旋轉(zhuǎn)變壓器，精度低；精機(jī)，是指多對磁極的旋轉(zhuǎn)變壓器，精度高。圖2-5多極旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意、旋轉(zhuǎn)變壓器輸出方式根據(jù)信號輸出的方式，分為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線性旋轉(zhuǎn)變壓器、特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器。1

6、）正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器在定子槽中分別布置有兩個空間互成90°的繞組，一個是定子激磁繞組，一個為定子交軸繞組(補(bǔ)償)，兩套繞組的結(jié)構(gòu)是完全相同的。 在轉(zhuǎn)子槽中也分別布置有兩個空間互成90°的繞組，一個正弦輸出繞組，一個余弦輸出繞組，兩套繞組的結(jié)構(gòu)是完全相同的。正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正余弦函數(shù)關(guān)系。2）線性旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓與轉(zhuǎn)角成正比的旋轉(zhuǎn)變壓器叫做線性旋轉(zhuǎn)變壓器。3）特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器特種函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器就是輸出電壓與旋轉(zhuǎn)角度成特殊函數(shù)關(guān)系，該種變壓器通用性小。2.1.3、旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝及誤差 旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝可以分為兩種：（1）旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在

7、機(jī)殼內(nèi)優(yōu)點是：可以縮短電機(jī)和旋變的總長度；缺點是：因電機(jī)漏磁易引起溫升；同時，也不易于產(chǎn)品維護(hù)。（2）旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在機(jī)殼外優(yōu)點是：不易受電機(jī)溫升和電磁干擾影響；同時，也比較便于維護(hù)；缺點是：延長了電機(jī)主體長度。旋轉(zhuǎn)變壓器的安裝誤差一般可分為三種：（1）徑向跳動圖 2-6 徑向跳動誤差應(yīng)在0.03mm以內(nèi)。（2）垂直度圖 2-7 垂直度誤差應(yīng)在0.03mm以內(nèi)。（3）軸向調(diào)整圖 2-8 軸向調(diào)整軸向間隙誤差應(yīng)在±0.25mm以內(nèi)。2.2、光電編碼器的結(jié)構(gòu)及安裝、光電編碼器的結(jié)構(gòu)增量式光電編碼器主要由光源、碼盤（如圖2-9）、檢測光柵、光電檢測器件和轉(zhuǎn)換電路組成（如圖2-10）。圖 2

8、 -9 光電編碼器碼盤圖2-10 光電編碼器結(jié)構(gòu)碼盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期；檢測光柵上刻有A、B 兩組與碼盤相對應(yīng)的透光縫隙，用以通過或阻擋光源和光電檢測器件之間的光線。它們的節(jié)距和碼盤上的節(jié)距相等，并且兩組透光縫隙錯開1/4 節(jié)距，使得光電檢測器件輸出的信號在相位上相差90°電度角。當(dāng)碼盤隨著被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，檢測光柵不動，光線透過碼盤和檢測光柵上的透過縫隙照射到光電檢測器件上，光電檢測器件就輸出兩組相位相差90°電度角的近似于正弦波的電信號，電信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的信號處理，可以得到被測軸的轉(zhuǎn)角或速度信息。、光電編碼器的安裝光電編

9、碼器安裝在主軸，與鋼輥同步，即鋼輥轉(zhuǎn)動一周，光電編碼器轉(zhuǎn)動一周。要求轉(zhuǎn)動平穩(wěn)無震動，高速旋轉(zhuǎn)時不打滑。安裝同旋轉(zhuǎn)變壓器。2.3、精度檢測實驗平臺介紹多摩川的TS2640N321E64是一種新型無刷旋轉(zhuǎn)變壓器。作為旋變它們具有固定特征，無刷設(shè)計，對噪聲、振動、撞擊和高溫不敏感。旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)屬于環(huán)形變壓器式，輸出方式是正余弦。旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在電機(jī)的尾軸，在機(jī)殼外面。（圖2-11，圖2-12）圖 2-11 多摩川的旋轉(zhuǎn)變壓器圖 2-12 多摩川的旋轉(zhuǎn)變壓器輸入電壓/頻率光電編碼器是美國DYNAPAR公司的，精度是13位，即8192 PPR（脈沖數(shù)每轉(zhuǎn)）。通過一個軸套安裝在輸出軸。通過支架固定在電

10、機(jī)上。如圖2-13：圖 2-13 實驗中編碼器安裝實物圖3、信號接口3.1、旋轉(zhuǎn)變壓器信號線接口旋轉(zhuǎn)變壓器的解碼芯片用的是ADI公司的AD2S1210。主要功能和特點是：l 最大跟蹤速率：3125rps l 精度：-2.5弧分-+2.5弧分l 分辨率：10/12/14/16可選l 可選的并行端口和串行端口l 絕對的位置輸出和角度輸出l 仿真增量AB相輸出l 兼容DSP的SPI接口具體引腳以及跟DSP連接情況見表3-1表 3-1旋變解碼芯片引腳功能及與DSP連線引腳名稱I/O功能描述備注1、48RES0、RES1I分辨率選擇、邏輯輸入。對AD2S1210分辨率進(jìn)行編程硬件拉高2/CSI片選、低電

11、平有效，保持低電平時，器件使能。DSP I/O3/RDI邊沿觸發(fā)的邏輯輸入、/SOE引腳為高電平時，該引腳用作并行輸出D15D0的幀同步信號和輸出使能信號。/CS和/RD保持低電平時、輸出緩沖期使能。/SOE引腳為低電平時，/RD引腳應(yīng)保持高電平硬件拉高4/WR、/FSYNCI邊沿觸發(fā)的邏輯輸入、/SOE引腳為高電平時，該引腳用作并行輸入D7D0的幀同步信號和輸入使能信號。/CS和/WR、/FSYNC保持低電平時、輸入緩沖期使能。/SOE引腳為低電平時，該引腳用作串行數(shù)據(jù)總線的幀同步信號和使能信號。DSP I/O5、19DGND數(shù)字地數(shù)字地6DVDD數(shù)字電源電壓，接5V電源7CLKINI時鐘輸

12、入，AD2S1210的額定輸入頻率范圍為6.144 MHz到10.24 MHz晶振8XTALOUTO晶振輸出9/SOEI串行輸出使能、邏輯輸入。/SOE低電平時，為串行輸出、/SOE高電平時，為并行輸出硬件拉低10/SAMPLEI采樣結(jié)果，邏輯輸入。/SAMPLE信號有高電平至低電平的轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)從位置和速度積分器傳送到位置和速度寄存器。故障寄存器也會進(jìn)行更新。DSP I/O11DB15、SDOO/SOE引腳為高電平時，該引腳用做DB15。/SOE引腳為低電平時，該引腳用做SDO。在SCLK的各個上升沿輸出數(shù)據(jù)。SDO12DB14、SDII/O/SOE引腳為高電平時，該引腳用做DB14。/SO

13、E引腳為低電平時，該引腳用做SDI。在SCLK的各個下降沿輸入數(shù)據(jù)。SDI13DB13、SCLKI/O并行模式下，該引腳用作DB13，串行模式下，該引腳用做SCLK，用做串行時鐘輸入。SCLK14 17DB12 DB9O數(shù)據(jù)輸出引腳硬件拉高18VDRIVEI邏輯電源輸入，此引腳的電源電壓決定邏輯接口的工作電壓，對此引腳去耦接至DGND。電壓范圍為2.35.25V接3.3V20DB8O數(shù)據(jù)輸出引腳硬件拉高21 28DB7 DB0I/O由/CS、/RD、/WR、/FSYNC引腳控制數(shù)據(jù)輸入輸出硬件拉高29AO增量式編碼器仿真輸出ADSP I/O30BO增量式編碼器仿真輸出BDSP I/O31NMO

14、North Marker增量式仿真輸出32DIRO邏輯輸出，DIR輸出指示輸入旋轉(zhuǎn)的方向，旋轉(zhuǎn)角度不斷增大時，為高電平33/RESETI復(fù)位，邏輯輸入。需要復(fù)位芯片。接復(fù)位芯片34LOTO跟蹤丟失，邏輯輸出35DOSO信號降級、當(dāng)旋變輸入超過規(guī)定的DOS正弦、余弦閥值時，或當(dāng)正弦輸入電壓與余弦輸入電壓失配時，就會檢測到信號降級。DOS引腳為低電平。36A1I選擇模式DSP I/O37A0I選擇模式DSP I/O38EXCO激勵頻率、片上振蕩器向旋變提供正弦波激勵信號（EXC）及互補(bǔ)信號（/EXC）39/EXCO互補(bǔ)激勵信號40AGND模擬地模擬地41SINI差分對SIN/SINLO的正模擬輸入

15、42SINLOI差分對SIN/SINLO的負(fù)模擬輸入43AVDD模擬電源模擬電源44COSLOI差分對COS/COSLO的負(fù)模擬輸入45COSI差分對COS/COSLO的正模擬輸入46REFBYP基準(zhǔn)電壓旁路47REFOUT基準(zhǔn)電壓輸出旋轉(zhuǎn)變壓器輸出線（圖 3-1）（表3-2）：圖 3-1表3-2PINFUNCTIONCable Wire Color1EXCYellow/White2/EXCRed/White3COSLORed4COSBlack5SINLOYellow6SINBlue連線為：旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片AD2S1210的EXC和EXC引腳通過一個緩沖電路連接旋轉(zhuǎn)變壓器的激勵輸入端，旋轉(zhuǎn)變

16、壓器的正余弦信號輸出端分別連接到旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片AD2S1210的SINLO、SIN、COSLO、COS引腳。3.2、光電編碼器信號線接口光電編碼器的輸出線一共16根，見表3-3：表 3-3 光電編碼器輸出線PINFUNCTIONCable Wire Color1VCCRed2UBrown3GNDBlack4VGray5ABlue6WWhite7A-Blue/Black8NONENONE9BGreen10U-Brown/Black11B-Green/Black12V-Gray/Black13ZViolet14W-White/Black15Z-Violet/Black16NONENONE其中電

17、源線連接到DSP控制板的電源接口，A、A-通過光耦HCPL0630再通過電平轉(zhuǎn)換芯片連接到DSP的EQep1_A引腳。B、B-通過光耦HCPL0630再通過電平轉(zhuǎn)換芯片連接到DSP的EQep1_B引腳。3.3、LCD顯示接口LCD的引腳見表3-4表 3-4 LCD12864引腳說明引腳號引腳名稱方向功能說明1GND -模塊的電源地2VCC-模塊的電源正端3V0-LCD 驅(qū)動電壓輸入端4RS(CS)H/L并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選信號5R/W(SID)H/L并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口6E(CLK)H/L并行的使能信號；串行的同步時鐘7DB0H/L數(shù)據(jù)08DB1H/L數(shù)據(jù)19DB2

18、H/L數(shù)據(jù)210DB3H/L數(shù)據(jù)311DB4H/L數(shù)據(jù)412DB5H/L數(shù)據(jù)513DB6H/L數(shù)據(jù)614DB7H/L數(shù)據(jù)715PSBH/L并/串行接口選擇：H-并行；L-串行16NC空腳17/RST H/L復(fù)位，低電平有效18VOUT-倍壓輸出腳 （VDD=+3.3V 有效）19LED_A-背光源正極（LED+3V）20LED_K-背光源負(fù)極（LED-OV）4、硬件設(shè)計4.1、DSP資源分配DSP28069資源：（具體參數(shù)見芯片DATASHEET和資源分配表）l 共58個復(fù)用GPIO口；l 兩路SPI；l 兩路EQEP；l 16路AD采樣通道；l 12路EPWM輸出口；l 一路CAN總線；l

19、一路SCI；l 一路IIC；需求：l 旋變解碼芯片需要一路SPI和7個普通PGIO口；l 光電編碼器需要一路EQEP；l LCD顯示模塊需要用到11個普通GPIO口；l 開關(guān)輸入量需要2個GPIO口。此次實驗將DSP的SPIA模塊以及7個普通GPIO口用于轉(zhuǎn)變解碼芯片AD2S1210；DSP的EQEP1模塊用于光電編碼器；11個普通GPIO口用于LCD顯示模塊。2個普通GPIO口用于開關(guān)量輸入。除去以上開銷，DSP還剩下16個普通GPIO口、一個SPI模塊、一個EQEP模塊?？梢杂糜诰葯z測卡的擴(kuò)展。4.2、原理圖、光電編碼器部分圖4-1 光電編碼器部分電路如圖4-1所示，最左邊的是標(biāo)定卡接口

20、，通過該接口輸入A+、A-、B+、B-、C+、C-三組信號，這三組信號經(jīng)過光耦HCPL0630，再將5V的信號送入電平轉(zhuǎn)換芯片。有電平轉(zhuǎn)換芯片將5V的信號降壓成3.3V的信號，然后將信號送至DSP。、旋變解碼芯片部分圖 4-2旋變解碼芯片部分的電路圖 4-3 激勵信號緩沖電路將旋變解碼芯片產(chǎn)生的激勵信號通過一個緩沖電路（圖 4-3）送至旋轉(zhuǎn)變壓器，然后將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正余弦信號送回至旋變解碼芯片AD2S1210。旋變解碼芯片通過對輸入得到的正余弦信號，計算出電機(jī)主軸當(dāng)前的絕對角度及電機(jī)的轉(zhuǎn)速。然后將角度和轉(zhuǎn)速通過SPI通訊送至DSP。、顯示部分圖 4-4 LCD預(yù)留GPIO口DSP留出11個

21、普通GPIO口供LCD使用，其中8路為并口數(shù)據(jù)線，3路為控制信號。具體原理圖參見項目工程文件。、DSP芯片原理圖圖 4-5 DSP28069芯片原理圖圖 4-6 精度檢測卡原理圖圖4-6 為精度檢測卡的全部原理圖，當(dāng)初設(shè)計的時候考慮到用LED數(shù)碼管顯示精度，由于考慮到DSP的另外一個SPI模塊可能用于其他編碼器或外設(shè)模塊（例：手操器），所以用DSP的16個GPIO來控制8個LED數(shù)碼管的顯示。該種方法編程比較繁瑣，可顯示的內(nèi)容有限，后選擇用LCD來代替顯示部分。4.3、PCB制版圖 4-7 PCB正面圖 4-8 PCB反面圖 4-7和圖 4-8為PCB板的正面和反面3D模擬圖。PCB布局具體參

22、數(shù)為：l PCB設(shè)計為2層板；l DSP部分的信號線走線寬度為10mil；l 旋變解碼芯片部分的信號走線寬度為20mil；l 電源線走線寬度為40mil；l 信號線走線過孔最小為：內(nèi)徑10mil，直徑20mil；l 電源線走線過孔最小為：內(nèi)徑20mil，直徑50mil；l 模擬電路和數(shù)字電路分開；l 除了DSP芯片管腳附近的走線間距為0.25mm，所有信號線走線間距在15mil以上。4.4、硬件實物圖5V供電接口旋變12V供電光電編碼器接口數(shù)碼管顯示旋轉(zhuǎn)變壓器接口JTAG接口LCD接口圖 4-9 實物圖5、軟件設(shè)計5.1、算法原理首先分別求得光電編碼器當(dāng)前的角度讀數(shù)和旋轉(zhuǎn)變壓器當(dāng)前的角度讀數(shù)，

23、然后求得光電編碼器當(dāng)前角度和前一刻角度的差值= - 以及旋轉(zhuǎn)變壓器當(dāng)前的角度和前一刻角度的差值= - 。接著將每次求得的差值求和： = +，= + 。最后將光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器的差值累加值相減就是誤差值。ERROR = 。5.2、算法流程圖開始旋轉(zhuǎn)變壓器故障檢測是否存在故障是讀旋轉(zhuǎn)變壓器當(dāng)前角度讀光電編碼器當(dāng)前角度計算光電編碼器角度差值= > 0 ?否否= > 32768 ?是是= 65536 = + 否計算旋轉(zhuǎn)變壓器角度差值= > 0 ?否= > 32768 ?是是= 65536 = + 否Num = Num + 1Num > 16 ?Err = - 否是Er

24、r < 0 ?Err = ErrErr> 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= 5.3、時序圖、LCD模塊時序圖LCD顯示器的型號是LCM12864R。具體功能如下：l 可以顯示漢字及圖形；l 內(nèi)置8192 個漢字（16 * 16 點陣）；l 128個字符（8 * 16 點陣）；l 64 * 256 點陣顯示RAM；l 配置LED 背光；l 具有光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等功能。該LCD的通訊方式有：8 位或4 位并行以及3 位串行。

25、這次實驗用到的是8 位并行。時序圖如下：圖 5-1 并口通訊模式寫入時序圖圖 5-2并口通訊模式讀數(shù)時序圖對于LCD操作，可以將相應(yīng)的地址和數(shù)據(jù)發(fā)送至LCD，也可以將之前寫入的數(shù)據(jù)讀出來。但對于這次的精度檢測實驗來說，只需要將檢測出來的數(shù)據(jù)發(fā)送至LCD并顯示即可，只需要簡單的配置LCD，然后將地址和數(shù)據(jù)發(fā)送到LCD，用不到回讀操作。從寫入時序圖中看出，對于寫入操作R/W信號可以持續(xù)保持拉低狀態(tài)。RS信號：當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時拉高，發(fā)送指令時拉低。使能信號為一個有效的下降沿。數(shù)據(jù)信號為八個GPIO口同時輸出。、旋變解碼芯片時序圖實驗用的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片是ADI公司的AD2S1210，該芯片的最大跟蹤速

26、率3125RPS，分辨率為10/12/14/16，由用戶設(shè)置。時序圖如下：圖 5-3 串口通訊模式寫入時序圖圖 5-4 串口通訊模式讀數(shù)時序圖時序圖中A0、A1為工作模式的設(shè)定，如圖6-13：圖 6-13 配置模式設(shè)置l /CS為片選信號，根據(jù)時序圖，片選信號可以一直保持低電平。l WR/FSYNC信號為低電平寫入有效信號。、光電編碼器時序圖實驗用的光電編碼器是美國DYNAPAR公司的，精度是13位的，即8192PPR。光電編碼器模塊，硬件電路連接對了，配置好相應(yīng)的寄存器，然后將讀數(shù)從相應(yīng)的寄存器中讀數(shù)來就可以了。EQEP模塊采集的是脈沖的上升沿、下降沿，也就是對脈沖4倍頻。所以電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈的

27、精度是215，即32768。脈沖計數(shù)時序圖如下：圖 5-5 光電編碼器計數(shù)時序圖時序圖中，PHASEA和PHASEB為光電編碼器發(fā)送的脈沖，COUNT和UP/DN信號實際上是不存在的，它是DSP根據(jù)PHASEA和PHASEB信號計算出來的結(jié)果。COUNT信號表示當(dāng)PHASEA信號超前PHASEB信號90度時（即順時針旋轉(zhuǎn)），DSP每檢測到一個脈沖的上升沿或下降沿將計數(shù)增加1，當(dāng)PHASEA信號落后PHASEB信號90度時（即逆時針旋轉(zhuǎn)），DSP每檢測到一個脈沖的上升沿或下降沿將計數(shù)減少1。UP/DN信號表示當(dāng)PHASEA信號超前PHASEB信號90度時（即順時針旋轉(zhuǎn)）為高電平，當(dāng)PHASEA信

28、號落后PHASEB信號90度時（即逆時針旋轉(zhuǎn)）為低電平。5.3.4、精度檢測流程圖開始系統(tǒng)初始化、GPIO口初始化、中斷初始化、定時器初始化上電等待1秒EQep模塊初始化、旋變模塊初始化、LCD顯示模塊初始化顯示歡迎界面定時器開等待中斷定時器中斷1采樣及精度處理定時器中斷2顯示精度6、實驗調(diào)試6.1、顯示模塊調(diào)試、LCD12864讀寫調(diào)試LCD12864寫時序圖：數(shù)據(jù)R/W信號使能信號RS信號圖 6-1寫入時序圖圖中：l RS信號為數(shù)據(jù)/指令信號：高電平表示該狀態(tài)下寫入LCD的為數(shù)據(jù)，低電平表示該狀態(tài)下寫入LCD的為指令。l R/W信號為讀/寫信號：高電平表示該狀態(tài)下為讀數(shù)據(jù)，低電平表示該狀態(tài)

29、下為寫數(shù)據(jù)。l 使能信號：LCD檢測到使能信號的下降沿，便將數(shù)據(jù)/指令讀入/輸出。l 數(shù)據(jù)信號表示GPIO口輸出或讀入的數(shù)據(jù)：高電平表示邏輯，低電平表示邏輯。LCD12864讀時序圖：數(shù)據(jù)使能信號RS信號R/W信號圖 6-2 寫入時序圖圖中：l RS信號為數(shù)據(jù)/指令信號：高電平表示該狀態(tài)下寫入LCD的為數(shù)據(jù)，低電平表示該狀態(tài)下寫入LCD的為指令。l R/W信號為讀/寫信號：高電平表示該狀態(tài)下為讀數(shù)據(jù)，低電平表示該狀態(tài)下為寫數(shù)據(jù)。l 使能信號：LCD檢測到使能信號的下降沿，便將數(shù)據(jù)/指令讀入/輸出。l 數(shù)據(jù)信號表示GPIO口輸出或讀入的數(shù)據(jù)：高電平表示邏輯，低電平表示邏輯。、顯示效果顯示效果截圖

30、：圖 6-3 漢字顯示 圖 6-4 英文顯示圖 6-5 英文和數(shù)字顯示6.2、光電編碼器調(diào)試不同轉(zhuǎn)速下的脈沖波形和角度波形：角度輸出Phase-BPhase-A圖 6-6 當(dāng)轉(zhuǎn)速為100RPM時的脈沖及角度波形正轉(zhuǎn)光電編碼器為8192PPR，從圖中可以計算出一個脈沖的周期為68個us，一分鐘約為882352個脈沖數(shù)，一圈8192個脈沖，那么一共是107轉(zhuǎn)。跟轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)每分鐘幾乎一樣。圖中一個角度周期為1.2秒，DSP采集脈沖的上升沿和下降沿，電機(jī)轉(zhuǎn)動一周一共采集脈沖數(shù)為8192 * 4 = 32768 。DA卡為16位的，一周為65536，所以一周相當(dāng)于轉(zhuǎn)動2周，一周0.6秒，轉(zhuǎn)速正好為10

31、0轉(zhuǎn)。圖 6-7 當(dāng)轉(zhuǎn)速為100RPM時的脈沖及角度波形反轉(zhuǎn)圖 6-8 當(dāng)轉(zhuǎn)速為500RPM時的脈沖及角度波形正轉(zhuǎn)圖 6-9 當(dāng)轉(zhuǎn)速為500RPM時的脈沖及角度波形反轉(zhuǎn)圖 6-10 當(dāng)轉(zhuǎn)速為1000RPM時的脈沖及角度波形正轉(zhuǎn)圖 6-11 當(dāng)轉(zhuǎn)速為1000RPM時的脈沖及角度波形反轉(zhuǎn)圖 6-12 當(dāng)轉(zhuǎn)速為1500RPM時的脈沖及角度波形正轉(zhuǎn)圖 6-13 當(dāng)轉(zhuǎn)速為1500RPM時的脈沖及角度波形反轉(zhuǎn)從以上截圖可以驗證光電編碼器器件無故障，數(shù)據(jù)采集及角度輸出正確。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，以及在不同轉(zhuǎn)速下，光電編碼器和數(shù)據(jù)采集、角度顯示都正確無誤。6.3、旋變角度采樣調(diào)試實驗用的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片是ADI

32、公司的AD2S1210，該芯片的最大跟蹤速率3125RPS，分辨率為10/12/14/16，由用戶設(shè)置。實驗用的是16位分辨率。、讀寫調(diào)試旋變解碼芯片通訊圖：寫入數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)CLKWR/FSYNC圖 6-14 發(fā)送數(shù)據(jù)截圖圖中：l 讀出數(shù)據(jù)為DSP通過SPI接收到的數(shù)據(jù)；l 寫入數(shù)據(jù)為DSP通過SPI發(fā)送的數(shù)據(jù)；l CLK為SPI的發(fā)送時鐘，當(dāng)前模式為每次發(fā)送位數(shù)據(jù)；l R/FSYNC為邊沿觸發(fā)邏輯信號，每個下降沿為串行數(shù)據(jù)同步信號。、激勵信號 旋變輸出激勵信號及輸入正余弦信號如圖：正弦余弦信號激勵信號圖6-15 旋變輸出激勵信號及輸入正余弦信號從圖中可以看出，這些信號的頻率為10KHz，上電

33、默認(rèn)的頻率。當(dāng)分辨率為16位時，旋變解碼芯片可提供的激勵頻率為2KHz10KHz，現(xiàn)將頻率設(shè)置為5KHz。如圖：圖6-16 旋變輸出激勵信號及輸入正余弦信號從圖中可以看出激勵信號的頻率為5Khz，可以驗證寫入數(shù)據(jù)正確。、旋變角度 圖 6-17旋變輸出角度100RPM正轉(zhuǎn)圖 6-18旋變輸出角度100RPM反轉(zhuǎn)圖 6-19旋變輸出角度500RPM正轉(zhuǎn)圖 6-20旋變輸出角度500RPM反轉(zhuǎn)圖 6-21旋變輸出角度1000RPM正轉(zhuǎn)圖 6-22旋變輸出角度1000RPM反轉(zhuǎn)圖 6-23旋變輸出角度1500RPM正轉(zhuǎn) 圖 6-24旋變輸出角度1500RPM反轉(zhuǎn)從上面幾張圖中可以驗證，電機(jī)轉(zhuǎn)速與示波器

34、實測頻率相同。所以驗證轉(zhuǎn)速上讀正確。6.4、精度檢測調(diào)試、不同轉(zhuǎn)速下的誤差精度誤差的計算方法是分別將旋變和光電走過的單位角度累加，然后相減得出誤差值通過DA卡輸出。圖 6-25電機(jī)沒有轉(zhuǎn)動時的電源噪聲AC值圖 6-26電機(jī)500轉(zhuǎn)下的電源噪聲AC值通過上面兩張截圖，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電機(jī)沒有轉(zhuǎn)動時的噪聲PP值為25毫伏，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，噪聲為47毫伏。圖 6-27 誤差輸出（100轉(zhuǎn))圖 6-28 誤差輸出（500轉(zhuǎn)) 圖 6-29 誤差輸出（1000轉(zhuǎn))從以上幾張截圖中，發(fā)現(xiàn)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下輸出誤差幾乎沒有變化，原因為誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于噪聲幅值。為了明顯地顯示誤差的波動范圍，將誤差放大600倍。圖 6-30 誤

35、差輸出（10轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)）圖 6-31 誤差輸出（50轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)）圖 6-32 誤差輸出（100轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)）圖 6-33 誤差輸出（500轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)）圖 6-34 誤差輸出（1000轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)）圖 6-35 誤差輸出（1500轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)）圖 6-36 誤差輸出（10轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)）圖 6-37 誤差輸出（50轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)）圖 6-38 誤差輸出（100轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)）圖 6-39 誤差輸出（500轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)）圖 6-40 誤差輸出（1000轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)）圖 6-41 誤差輸出（1500轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)）表6-1 誤差輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)速（RPM）正轉(zhuǎn)PP值（V）反轉(zhuǎn)PP值（V）103.53.5504.85.21006.06.05005.04.410006.76.815003.