專利名稱：多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通訊技術(shù)及信號處理等領(lǐng)域，特別涉及一種多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)裝備如精密數(shù)控機床、工業(yè)機器人等對伺服驅(qū)動系統(tǒng)提出了越來越高的要求。光電編碼器作為伺服驅(qū)動系統(tǒng)中最常用的位置檢測環(huán)節(jié)，絕對式編碼器由機械位置決定的每個位置絕對唯一、抗干擾性強，便于記憶和保存，可以直接讀出絕對位置信息，沒有累積誤差，數(shù)據(jù)的可靠性高，被廣泛應用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度、長度測量和定位控制，如數(shù)控機床和機器人等精度要求比較高的場合。為減小編碼器體積，增強抗干擾能力，絕對式編碼器一般采用串行方式輸出，并由相應的通信協(xié)議進行控制。世界上幾大主要絕對式光電編碼器廠商都有自己的一套通信協(xié)議，如Heidenhain公司EnDat2. 2 協(xié)議，Danaher 公司的 BiSS 協(xié)議，SICK | STEGMANN 公司的 HIPERFACE 協(xié)議等等。用戶要從絕對式編碼器獲取位置信息，就要遵循不同廠家相應的編碼器的通信協(xié)議，因此，專用的編碼器通信協(xié)議就成了絕對式編碼器應用的一個局限，為此各個廠商都提供了一定的解決方案。目前多摩川公司針對多摩川生產(chǎn)的串行輸出的絕對式編碼器的解碼提供了 AU5561和AU5688專用轉(zhuǎn)換芯片，用于實現(xiàn)多摩川生產(chǎn)的串行輸出的絕對式編碼器的解碼。其中，多摩川公司自定義曼徹斯特碼通信協(xié)議，其數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps，通信協(xié)議的數(shù)據(jù)幀包括同步頭、數(shù)據(jù)位、CRC校驗位和終止位，其中數(shù)據(jù)位和CRC檢驗位采用標準曼徹斯特碼編碼，而其同步頭和終止位特殊，同步頭由2. 625us位寬的高電平和0. 5us位寬的低電平組成，終止字由0. 5us位寬的低電平和0. 375us位寬的高電平組成。針對多摩川公司生產(chǎn)的串行輸出曼徹斯特編碼的編碼器，目前需要采用多摩川公司提供的AU5688專用轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼。但多摩川編碼器輸出信號的數(shù)據(jù)幀中包含單圈數(shù)據(jù)、多圈數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，AU5688專用轉(zhuǎn)換芯片只將串行的曼徹斯特碼轉(zhuǎn)換為并行的NRZ碼，需要設(shè)計外部電路對數(shù)據(jù)進行分離。為此，用戶端的解碼板上需要根據(jù)多摩川公司的自定義通信協(xié)議和AU5688專用轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計電路，比如采用26LS32作為與轉(zhuǎn)換芯片的中間接口電路，這使得電路設(shè)計復雜；而且AU5688專用轉(zhuǎn)換芯片通常價格昂貴，其價格約是整個絕對式編碼器價格的四分之一，這在一定程度上增加了開發(fā)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用可編程邏輯器件(FPGA/CPLD)實現(xiàn)多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路，即實現(xiàn)多摩川編碼器的曼徹斯編碼的數(shù)據(jù)解碼、串并轉(zhuǎn)換、CRC校驗和數(shù)據(jù)分離等處理，以便外部控制器的讀取編碼器獲取的信號。本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路，其特征在于采用可編程邏輯器件實現(xiàn)多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路，可編程邏輯器件中至少包括同步頭檢測單元、使能信號產(chǎn)生單元、曼徹斯特碼解碼單元、同步時鐘提取單元、串并轉(zhuǎn)換單元、CRC校驗單元、數(shù)據(jù)寄存器組單元和并行接口單元。同步頭檢測單元的輸出端分別與使能信號產(chǎn)生單元和曼徹斯特碼解碼單元的輸入端連接，使能信號產(chǎn)生單元的輸出端分別與曼徹斯特碼解碼單元、同步時鐘提取單元、串并轉(zhuǎn)換單元和CRC校驗單元的輸入端連接，曼徹斯特碼解碼單元和同步時鐘提取單元的輸出端分別與串并轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接，串并轉(zhuǎn)換單元的輸出端分別與CRC校驗單元和數(shù)據(jù)寄存器組單元的輸入端連接，CRC校驗單元的輸出端與數(shù)據(jù)寄存器組單元的輸入端連接，數(shù)據(jù)寄存器組單元的輸出端與并行接口單元的輸入端連接。
使能信號產(chǎn)生單元在接收到同步頭檢測單元發(fā)送的使能信號后產(chǎn)生一系列的使能信號ml、m2和m3 ;使能信號ml控制曼徹斯特碼解碼單元將同步頭檢測單元輸出的標準曼徹斯特碼轉(zhuǎn)換成NRZ碼，使能信號m2控制同步時鐘提取單元產(chǎn)生與標準曼徹斯特碼同步的時鐘信號clklx，使能信號m3控制串并轉(zhuǎn)換單元和CRC校驗單元，通過控制串并轉(zhuǎn)換單元的內(nèi)部移位寄存器將曼徹斯特碼解碼單元輸出的NRZ碼轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，通過控制CRC校驗單元實現(xiàn)對串并轉(zhuǎn)換單元輸出的并行數(shù)據(jù)進行循環(huán)冗余校驗。數(shù)據(jù)寄存器組單元至少由一個數(shù)據(jù)分離器和三個寄存器組成，數(shù)據(jù)分離器用于將多摩川編碼器中的單圈、多圈數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息分離，三個寄存器分別用于存儲單圈數(shù)據(jù)、多圈數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于采用可編程邏輯器件實現(xiàn)多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路，可以替代AU5688專用轉(zhuǎn)換芯片以及采用AU5688專用轉(zhuǎn)換芯片所需的外部電路，即在可編程邏輯器件中實現(xiàn)多摩川編碼器的曼徹斯編碼的數(shù)據(jù)解碼、串并轉(zhuǎn)換、CRC校驗和數(shù)據(jù)分離等處理，以便外部控制器的讀取編碼器獲取的信號。此外，采用可編程邏輯器件可使得整個電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計靈活，可靠性高，實用性強，不但減少采用AU5688專用轉(zhuǎn)換芯片電路的設(shè)計難度和復雜度，而且可滿足用戶對低成本的要求。


圖I是多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路的數(shù)據(jù)寄存器組單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖3是多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路工作流程具體實施例方式本發(fā)明的多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路，如圖I所示，該解碼電路采用可編程邏輯器件實現(xiàn)，可編程邏輯器件中至少包括同步頭檢測單元、使能信號產(chǎn)生單元、曼徹斯特碼解碼單元、同步時鐘提取單元、串并轉(zhuǎn)換單元、CRC校驗單元、數(shù)據(jù)寄存器組單元和并行接口單元。同步頭檢測單元的輸出端分別與使能信號產(chǎn)生單元和曼徹斯特碼解碼單元的輸入端連接，使能信號產(chǎn)生單元的輸出端分別與曼徹斯特碼解碼單元、同步時鐘提取單元、串并轉(zhuǎn)換單元和CRC校驗單元的輸入端連接，曼徹斯特碼解碼單元和同步時鐘提取單元的輸出端分別與串并轉(zhuǎn)換單元的輸入端連接，串并轉(zhuǎn)換單元的輸出端分別與CRC校驗單元和數(shù)據(jù)寄存器組單元的輸入端連接，CRC校驗單元的輸出端與數(shù)據(jù)寄存器組單元的輸入端連接，數(shù)據(jù)寄存器組單元的輸出端與并行接口單元的輸入端連接。使能信號產(chǎn)生單元在接收到同步頭檢測單元發(fā)送的使能信號后，產(chǎn)生一系列的使能信號ml、m2和m3，使能信號ml控制曼徹斯特碼解碼單元將同步頭檢測單元輸出的標準曼徹斯特碼轉(zhuǎn)換成NRZ碼，使能信號m2控制同步時鐘提取單元產(chǎn)生與標準曼徹斯特碼同步的時鐘信號clklx，使能信號m3控制串并轉(zhuǎn)換單元和CRC校驗單元，通過控制串并轉(zhuǎn)換單元的內(nèi)部移位寄存器將曼徹斯特碼解碼單元輸出的NRZ碼轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，通過控制CRC校驗單元實現(xiàn)對串并轉(zhuǎn)換單元輸出的并行數(shù)據(jù)進行循環(huán)冗余校驗。數(shù)據(jù)寄存器組單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，數(shù)據(jù)寄存器組單元至少由一個數(shù)據(jù)分離器和三個寄存器組成，數(shù)據(jù)分離器用于將多摩川編碼器中的單圈、多圈數(shù)據(jù)和狀態(tài)信 息分離，三個寄存器分別用于存儲單圈數(shù)據(jù)、多圈數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，即寄存器I存儲單圈數(shù)據(jù)、寄存器2存儲多圈數(shù)據(jù)、寄存器3存儲狀態(tài)信息。多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路工作流程的具體實施例如圖3所示，步驟如下(I)對可編程邏輯器件中解碼電路的各單元進行復位；(2)檢測編碼器信號數(shù)據(jù)幀的同步頭同步頭檢測單元在時鐘信號的上升沿檢測編碼器信號的數(shù)據(jù)幀，并通過一定算法識別出同步頭，獲取同步頭信息，作為解碼開始的判斷；(3)如果同步頭檢測單元檢測到同步頭，則產(chǎn)生標志同步頭信息的使能信號，并去除編碼器信號數(shù)據(jù)幀的同步頭及終止位，獲得標準曼徹斯特碼數(shù)據(jù)，進行步驟(4);如果沒有檢測到同步頭，則執(zhí)行步驟(2)重新繼續(xù)檢測編碼器信號數(shù)據(jù)幀的同步頭；(4)使能信號產(chǎn)生單元在接收到同步頭檢測單元發(fā)送的使能信號后產(chǎn)生一系列的使能信號ml、m2和m3 ;使能信號ml控制曼徹斯特碼解碼單元，使能信號m2控制同步時鐘提取單元，使能信號m3控制串并轉(zhuǎn)換單元和CRC校驗單元；(5)在使能信號ml的控制下，曼徹斯特碼解碼單元對同步頭檢測單元輸出的標準曼徹斯特碼進行采樣，識別前半碼元；當前半碼元為低電平時，解碼數(shù)據(jù)為“0”，當前半碼元為高電平時，解碼數(shù)據(jù)為“1”，從而得到串行的NRZ碼。在使能信號m2的控制下，同步時鐘提取單元通過內(nèi)部計數(shù)器產(chǎn)生與標準曼徹斯特碼同步的時鐘信號clklx ；(6)在同步的時鐘信號clklx和使能信號m3的控制下，串并轉(zhuǎn)換單元通過內(nèi)部移位寄存器將曼徹斯特碼解碼單元解碼輸出的串行NRZ碼轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)并輸出；(7)在使能信號m3的控制下，CRC校驗單元對串并轉(zhuǎn)換單元輸出的編碼器數(shù)據(jù)進行循環(huán)冗余校驗，產(chǎn)生標志校驗結(jié)果的CRC信號，并存儲在數(shù)據(jù)寄存器組單元中的寄存器3中；(8)根據(jù)CRC信號作出判斷，如果CRC信號為低電平，說明編碼器信號中的數(shù)據(jù)傳輸正確，則執(zhí)行步驟(9);如果CRC信號為高電平，說明數(shù)據(jù)傳輸錯誤，則執(zhí)行步驟⑴；(9)接收到并行數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)寄存器組單元中的數(shù)據(jù)分離器將并行數(shù)據(jù)中的單圈數(shù)據(jù)、多圈數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息分離，分別存儲到三個寄存器中寄存器I存儲單圈數(shù)據(jù)、寄存器2存儲多圈數(shù)據(jù)、寄存器3存儲狀態(tài)信息；至此，完成了對多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的一個數(shù)據(jù)幀的解碼、串并轉(zhuǎn)換、CRC校驗和數(shù)據(jù)分離等處理；(10)由并行接口單元輸出數(shù)據(jù)，并重新執(zhí)行步驟(2)進行下一個數(shù)據(jù)幀的處理。在此說明書中，應當指出，以上實施例僅是本發(fā)明較有代表性的例子。顯然，本發(fā) 明不局限于上述具體實施例，還可以做出各種修改、變換和變形。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應認為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路，其特征在于采用可編程邏輯器件實現(xiàn)多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路，所述可編程邏輯器件中至少包括同步頭檢測單元、使能信號產(chǎn)生單元、曼徹斯特碼解碼單元、同步時鐘提取單元、串并轉(zhuǎn)換單元、CRC校驗單元、數(shù)據(jù)寄存器組單元和并行接口單元； 所述同步頭檢測單元的輸出端分別與使能信號產(chǎn)生單元和曼徹斯特碼解碼單元的輸入端連接，所述使能信號產(chǎn)生單元的輸出端分別與曼徹斯特碼解碼單元、同步時鐘提取單元、串并轉(zhuǎn)換單元和CRC校驗單元的輸入端連接，所述曼徹斯特碼解碼單元和同步時鐘提取單元的輸出端分別與串并轉(zhuǎn)換單元的 輸入端連接，所述串并轉(zhuǎn)換單元的輸出端分別與CRC校驗單元和數(shù)據(jù)寄存器組單元的輸入端連接，所述CRC校驗單元的輸出端與數(shù)據(jù)寄存器組單元的輸入端連接，所述數(shù)據(jù)寄存器組單元的輸出端與并行接口單元的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路，其特征在于所述使能信號產(chǎn)生單元在接收到同步頭檢測單元發(fā)送的使能信號后，產(chǎn)生一系列的使能信號ml、m2和m3,使能信號ml控制曼徹斯特碼解碼單元將同步頭檢測單元輸出的標準曼徹斯特碼轉(zhuǎn)換成NRZ碼，使能信號m2控制同步時鐘提取單元產(chǎn)生與標準曼徹斯特碼同步的時鐘信號clklx，使能信號m3控制串并轉(zhuǎn)換單元和CRC校驗單元，通過控制串并轉(zhuǎn)換單元的內(nèi)部移位寄存器將曼徹斯特碼解碼單元輸出的NRZ碼轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，通過控制CRC校驗單元實現(xiàn)對串并轉(zhuǎn)換單元輸出的并行數(shù)據(jù)進行循環(huán)冗余校驗。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路，其特征在于所述數(shù)據(jù)寄存器組單元至少由一個數(shù)據(jù)分離器和三個寄存器組成，所述數(shù)據(jù)分離器用于將多摩川編碼器中的單圈、多圈數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息分離，所述三個寄存器分別用于存儲單圈數(shù)據(jù)、多圈數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路，其采用可編程邏輯器件實現(xiàn)多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼電路，可編程邏輯器件中至少包括同步頭檢測單元、使能信號產(chǎn)生單元、曼徹斯特碼解碼單元、同步時鐘提取單元、串并轉(zhuǎn)換單元、CRC校驗單元、數(shù)據(jù)寄存器組單元和并行接口單元。本發(fā)明可以替代已有的專用轉(zhuǎn)換芯片，采用可編程邏輯器件實現(xiàn)對多摩川編碼器的曼徹斯特編碼的解碼、串并轉(zhuǎn)換、CRC校驗和數(shù)據(jù)分離等處理，具有設(shè)計靈活，可靠性高，實用性強等特點。該電路可運用于通訊技術(shù)、信號處理、伺服控制等領(lǐng)域，實現(xiàn)對多摩川編碼器信號的檢測與處理，具有很好的實際應用價值。
文檔編號H03M5/12GK102629875SQ20121012062
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者劉雪, 潘海鴻, 羅海國, 鐘文, 陳琳, 韋慶情, 黃炳瓊 申請人:廣西大學