[發明專利]一種基于三通方式的Endat信號采集卡

有效

• 申請號: 201310193348.2
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN103324116A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 陶濤;范勝乾;梅雪松;趙飛;姜歌東
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發明涉及工業測控領域，特別涉及工業測控領域中采用三通方式用于獲取Endat信號的采集卡。

背景技術

隨著數控技術的發展，絕對式光電編碼器和光柵由于其信息獲取方便、傳輸距離長、工作噪音小等優點，使得它越來越多得被使用在數控系統中監測機床運動。面對這一發展趨勢，國內外同行業的很多公司都開發出了面向絕對式測量元件的接口協議，其中德國海德漢公司推出的Endat接口因其質量高、成本低而得到全球各大數控廠商的青睞，被廣泛用于高精度、高性能的數控領域中。

Endat接口是海德漢專為編碼器設計的數字式、全雙工同步串行接口。它不僅能傳輸絕對式或增量式編碼器的位置值，也能傳輸或更新保存在編碼器中的信息。由于采用了串行傳輸方式，所以只需要4條信號線，在后續電子設備的時鐘激勵下，數據信息被同步傳輸。其中，Endat2.2接口時鐘高達8M，這將大大縮短讀取位置值的時間，可以滿足直接驅動的這類高動態性能要求的應用，這些優點都使它在高檔機床領域應用越來越廣。

目前，由于數控系統并未完全開放，并不能直接從伺服端口獲得信息。但是可以通過三通方式將信號引出，然后后續電子設備對信號進行處理，獲得機床相應信息。對于Endat接口信號，由于數據信息已經按一定格式進行了編碼，所以需要嚴格按照Endat時序進行解碼，這無疑加大了信息獲取難度。在目前報道的文獻中，并沒有通過三通方式獲取Endat信號的采集卡或設備，所以開發此類型的采集卡，將具有重要的科學研究價值和工程意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于三通方式的Endat信號采集卡，該信號采集卡可以采集數控機床Endat格式信號。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

該采集卡包括差分信號處理單元、可編程邏輯器件、單片機、擴展接口電路、數據緩存單元、通信接口電路以及電源轉換穩壓電路；所述差分信號處理單元包括與三通信號的引出端相連的差分信號轉單端信號電路以及與差分信號轉單端信號電路相連的信號濾波處理電路；可編程邏輯器件分別與信號濾波處理電路、數據緩存單元、擴展接口電路以及單片機相連；通信接口電路的一端與單片機相連，另一端設置有用于連接計算機的USB接口；電源轉換穩壓電路分別與差分信號處理單元、可編程邏輯器件、單片機、擴展接口電路、數據緩存單元以及通信接口電路相連。

所述可編程邏輯器件內部配置生成內部解碼模塊、內部采樣時鐘產生模塊和單片機通信接口三個模塊；內部解碼模塊按照時序對Endat信號進行解碼，并將解碼后的數據存儲到數據緩存單元；內部采樣時鐘產生模塊根據計算機設置的采樣頻率，通過對可編程邏輯器件的工作時鐘進行分頻得到所需內部采樣時鐘，在采樣時鐘上升沿，將數據緩存單元中的最新數據讀出后送到單片機通信接口，然后給單片機發出中斷，等待單片機將數據讀取到計算機中。

在解碼階段中，內部解碼模塊首先配置用于接收模式指令的長度為6Bit的移位寄存器，然后根據接收到的模式指令判斷Endat版本；然后進行接收初始化，配置長度為56Bit的寄存器，前48Bit存儲Endat位置值，后8Bit存儲CRC校驗值，在解碼階段，移位接收數據，CRC校驗正確后存儲到數據緩存單元中。

所述擴展接口電路與可編程邏輯器件相互通信，將可編程邏輯器件內部產生的采樣時鐘引出，同時擴展接口電路也提供外部時鐘輸入端口。

所述單片機采用的是C8051F340單片機，計算機通過通信接口電路將參數寫入到單片機中，單片機根據寫入參數類型完成系統的啟停、傳輸數據以及參數設置工作；在傳輸數據階段，數據通過通信接口電路中的USB接口發送到計算機中，一個USB通信周期由計算機發送控制信息、單片機發送數據以及計算機接收數據三個階段完成。

所述差分信號轉單端信號電路包括AM26LS32芯片，差分信號處理單元利用AM26LS32芯片將通過三通信號的引出端引入采集卡的Endat信號由差分信號轉換成單端信號，然后利用信號濾波處理電路依次對單端信號進行RC低通濾波處理以及波形整理，使單端信號轉換成LVTTL格式。

本發明的有益效果體現在：本發明首先通過信號預處理，濾除外部干擾信號；然后通過相應的信號解碼模塊，完成復雜的Endat時序解碼，并對數據進行CRC校驗，準確有效地獲取到了Endat信號，成功解決了在未開放式數控系統中，Endat信號的獲取難題。

本發明所具有的優點：

1.采樣精度高。本發明對輸入信號進行相應的信號預處理，有效地避免了外部噪聲對系統的影響，大大提高了采集卡的采樣精度。