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基于FPGA和ARM设计EnDat2.2接口电路

作　者: 孙大海
导　师: 艾华
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 光学工程
关键词: EnDat2.2 编码器增量式绝对式 FPGA S3C2440ARM9 Linux
分类号: TN762
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 5次
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内容摘要

绝对式光电编码器作为一种数字化位置检测装置，已经广泛应用于现代工业、国防等测控技术领域。绝对式编码器的数据传输需要遵循一定的串行协议，国内外许多编码器公司都开发出了各自的绝对式编码器通信协议，其中德国Heidenhain公司推出的EnDat2.2协议因其高速率、高智能、高可靠性和成本低而得到全球各大数控厂商的青睐，其丰富的功能和通用性以及前瞻的安全设计方法使EnDat2.2接口成为编码器行业的标准协议。针对数控系统对EnDat2.2接口系统的需求和替代厂家昂贵接口板卡，本文使用FPGA和ARM9设计出双路的编码器接口电路，并在LC181光栅尺上进行了应用和测试。本文分别介绍增量式和绝对式编码器的工作原理和数据传输方式，分析和比较了两种编码器的优缺点，得出了绝对式光电编码器数据传输可靠性高，适合高速、高精度的系统的结论。然后详细分析了与EnDat2.2接口协议相关的硬件电路、电气标准、数据帧格式等。并在FPGA的软件开发环境Quartus ii11.0下，用Verilog HDL语言实现了双路EnDat2.2的编码器接口电路，在ModelSim上进行了时序仿真和调试。使用S3C2440ARM9作为主控器件，4.7寸触摸屏作为人机交互接口，在硬件平台上移植了linux操作系统，并完成对FPGA设备驱动的设计和用户操作程序的开发。最后通过实验调试实现了编码器位置值的实时显示，使串口的波特率达到2Mb/s，每秒可以传输50帧的目标。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外发展现状  11-13
  1.3 论文的主要研究内容  13-16
第2章光电编码器的分类及原理  16-22
  2.1 光电编码器的分类  16
  2.2 增量式光电编码器  16-18
  2.3 绝对式光电编码器  18-19
  2.4 增量式编码器与绝对式光电编码器的比较  19-22
第3章 EnDat2.2 通信协议的介绍  22-36
  3.1 EnDat2.2 接口电路的电气连接  22-23
  3.2 EnDat2.2 绝对式光电编码器通信协议的模式指令  23-25
  3.3 EnDat2.2 绝对式光电编码器通信协议的时序逻辑  25-30
  3.4 绝对式光电编码器内部参数的访问过程  30-33
  3.5 EnDat2.2 绝对式光电编码器通信协议特点  33-36
第4章 EnDat2.2 通信接口电路设计方案  36-48
  4.1 EnDat2.2 接口通信的需求分析  36-37
  4.2 硬件总体架构设计  37-38
  4.3 嵌入式微处理器的选择  38-40
  4.4 触摸屏选择  40-42
  4.5 FPGA 概述  42-44
  4.6 EnDat2.2 的硬件通信接口的建立  44-48
第5章 FPGA 接口电路设计  48-68
  5.1 FPGA 设计流程  48-49
  5.2 Quartus II 11.0 软件简介  49-50
  5.3 Endat2.2 接口的总体设计  50-53
  5.4 发送模块设计  53-55
  5.5 接收模块设计  55-58
  5.6 AHB 系统总线的设计和 RAM 内部寄存器功能介绍  58-62
  5.7 CRC 校验的原理和 FPGA 上的算法设计  62-64
  5.8 顺序控制器的设计  64-68
第6章设备驱动程序设计和用户界面开发  68-88
  6.1 嵌入式 Linux 操作系统的概述和设计方案  68-70
  6.2 交叉编译环境的搭建  70-71
  6.3 Linux 启动程序 BootLoader 的移植  71-72
  6.4 Linux 内核的移植  72-75
  6.5 硬件平台根文件系统的创建  75-77
  6.6 针对 FPGA 设备驱动的设计  77-82
  6.7 应用程序开发  82-88
第7章结论与展望  88-92
  7.1 实验结论  88-90
  7.2 展望  90-92
参考文献  92-96
在学期间学术成果情况  96-97
指导教师及作者简介  97-98
致谢  98

基于FPGA和ARM设计EnDat2.2接口电路

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