Schwerpunkte

Motorsteuerungs-Encoder-Anwendungen

Für eine bessere Datenkommunikation

04. Dezember 2017, 12:02 Uhr   |  Von Richard Anslow und Jens Sorenson


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

EnDat-2.2-Testaufbau

Der EnDat-2.2-Testaufbau ist in Bild 4 zu sehen. Der EnDat-Slave ist der Standard-Servomotor AKM22 von Kollmorgen mit einem auf der Welle angebrachten EnDat-Encoder des Typs ENC1113. Drei Leitungspaare (Daten, Takt und Stromversorgung) verbinden Encoder und Transceiver-Board.

Es gibt zwei Transceiver und eine Stromversorgung für den Encoder am EnDat-PHY. Einer der Transceiver wird für den Takt, der andere für die Datenleitung verwendet. Der EnDat-Master ist mit dem ADSP-CM40x und einer Kombination aus Standard-Peripherie und Software realisiert. Beide Übertragungs- und Empfangs-Ports sind mit flexiblen SPORTs implementiert.

Bild 4. Experimenteller EnDat-2.2-Testaufbau.
© Analog Devices

Bild 4. Experimenteller EnDat-2.2-Testaufbau.

Das EnDat-Protokoll besteht aus einer Reihe unterschiedlicher Frames mit variierender Länge, wobei alle Frames auf der gleichen Sequenz basieren (Bild 5). Zunächst gibt der Master einen Befehl an den Slave, worauf dieser den Befehl verarbeitet und die notwendigen Berechnungen durchführt. Abschließend sendet der Slave das Resultat zurück zum Master.

Das Signal Tx CLK ist der vom Prozessor ADSP-CM40x erzeugte Übertragungstakt. Aufgrund von Verzögerungen im System sind die Daten des Encoders phasenverschoben zu Tx CLK, bevor sie zurück zum Prozessor gelangen.

Um Transportverzögerungen (tdelay) zu kompensieren, erzeugt der Prozessor auch einen Empfangstakt (Rx CLK), der gegenüber Tx CLK um tdelay verzögert ist. Das Signal Rx CLK in Phase mit den vom Slave erhaltenen Daten zu bringen, ist eine effiziente Möglichkeit zum Kompensieren von Transportverzögerungen.

Bild 5. EnDat-Übertragungs-/Empfangs-Sequenz.
© Analog Devices

Bild 5. EnDat-Übertragungs-/Empfangs-Sequenz.

Die Taktsignale vom Prozessor sind kontinuierlich, während das EnDat-Protokoll verlangt, dass der Takt nur während der Kommunikation an den Encoder angelegt werden darf. Zu allen anderen Zeiten muss die Taktleitung auf High-Potenzial liegen. Um dies zu bewältigen, erzeugt der Prozessor ein Takt-Enable-Signal (CLK EN), das am Daten-Enable-Anschluss des ADM3065E eingespeist wird.

Nach genau zwei Taktperioden (2T) beginnt der Master mit dem Austakten des Befehls an Tx DATA, der Befehl ist 6 bit lang. Um die Datenrichtung durch den Transceiver zu steuern, setzt der Prozessor Bit Tx/Rx EN während der Übertragung auf High-Potenzial.

Während der Slave eine Reaktion vorbereitet, tritt das System in einen Wartezustand ein, in dem der Master weiterhin Taktsignale ausgibt, aber die Datenleitung inaktiv ist. Sobald der Slave bereit ist zu reagieren, wird die Datenleitung Rx Data auf High-Potenzial gezogen und unmittelbar danach die Reaktion gesendet.

Nach dem Erhalt der n-bit-Reaktion stoppt der Master den Takt, indem er das Signal CLK EN auf Low-Potenzial bringt. Gleichzeitig nimmt das Signal ENC CLK High-Potenzial an. Der Halb-Duplex-Datenfluss auf der gemeinsamen Datenleitung ist als ENC Data gezeigt.

Experimentelle Ergebnisse

Bild 6. EnDat-Datenaustausch.
© Analog Devices

Bild 6. EnDat-Datenaustausch.

Bild 6 zeigt Testergebnisse des EnDat-Systems. Die im Test verwendete Taktfrequenz beträgt 8 MHz. Die Verzögerungskompensation wird durch Phasenverschiebung des Empfangstaktes ­erzielt. Beim unteren Signal handelt es sich um den Befehl vom EnDat-Master.

Der im Bild gezeigte Befehl ist die Sende-Position mit zwei Nullen, gefolgt von sechs Einsen und am Ende weiteren zwei Nullen. Insgesamt hat der Befehl eine Länge von 10 bit. Die Reaktion vom Encoder zeigt das dritte Signal von oben. Die kombinierte Datenleitung ist im zweiten Signal von oben zu sehen. Das Signal ganz oben ist das an den Encoder angelegte Taktsignal.

Die Autoren:

Richard Anslow

Richard Anslow, Analog Devices
© Analog Devices

beschäftigt sich als Product Application Engineer bei Analog Devices mit der Entwicklung isolierter Schnittstellen-Lösungen für die Industrie. Sein besonderes Augenmerk gilt dabei den Kommunikationsschnittstellen und der ­Isolationsfestigkeit in den Bereichen Automatisierung, Energietechnik sowie Luft- und Raumfahrt. Sowohl seinen ­Bachelor als auch seinen Master of Engineering absolvierte er an der irischen Universität Limerick.

Jens Sorenson

Jens Sorenson, Analog Devices
© Analog Devices

ist als System Application Engineer bei Analog Devices tätig. Dort befasst er sich mit Motorsteuerungslösungen für industrielle Anwendungen. Steuerungsalgorithmen, Leistungselektronik und Steuerungsprozesse gehören zu seinen Spezialgebieten. Im Laufe seiner Karriere arbeitete Sorenson auch bereits an der Entwicklung von Motorsteuerungen und Leistungselektronik für Automotive-Anwendungen.

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1. Für eine bessere Datenkommunikation
2. EMV-Verhalten
3. EnDat-2.2-Testaufbau

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