問：CUI編碼器的串行協(xié)議選項

根據(jù)應用情況，控制器或變速電機驅動器可能需要測量轉子速度、位置和方向的任意組合。旋轉編碼器是針對這類應用很合適的設備，它可以是相對于參考點給出位置的增量類型，也可以是表示每個轉子位置的唯一編碼的絕對編碼器。盡管這兩種類型的工作原理相似，但絕對式編碼器能夠在系統(tǒng)開啟后立即確定轉子位置，而無需初始化，并且在意外斷電時可以跟蹤位置。

位置檢測通常使用光學傳感(計數(shù)和比較編碼輪上的標記)或電子傳感(檢測編碼輪轉動時的電容變化)來執(zhí)行。選擇電容式編碼器，如CUI的AMT系列絕對式編碼器，可以消除因編碼輪上的由于污垢、油脂，或錯誤及虛假照明而導致的光學錯誤。CUI的專利電容技術確保了高可靠性和低維護。

編碼器通信協(xié)議選項

在編碼器的選型時，另一個需要重點考慮的因素是編碼器如何連接到主機系統(tǒng)，尤其是要選擇最合適的通信接口。供應商可以提供各種輸出的編碼器，從簡單的TTL電平輸出到工業(yè)以太網(wǎng)或專有標準。而大家所熟悉的串行接口標準，是最流行和最廣泛使用的標準之一，其包括RS-485(又名TIA/EIA-485)、SPI(串行外圍接口)和SSI(同步串行接口)。設計者如何選型主要取決于主機系統(tǒng)上可用的接口，以及協(xié)議延遲、最大數(shù)據(jù)速率、編碼器和主機之間的連接距離，以及所需的抗擾度等因素。

串行外圍接口(SPI )

SPI支持由時鐘信號協(xié)調的雙向同步交互。同步通信由于消除了對建立公共數(shù)據(jù)速率或傳輸位數(shù)的需要，簡化了主設備和從設備之間的交互。主輸出-從輸入(MOSI)和主輸入-從輸出(MISO)數(shù)據(jù)連接允許全雙工通信。大量主機控制器都內(nèi)置了SPI端口。再加上調整數(shù)據(jù)速率的能力，使得SPI成為一種非常便利的連接接口，只需最少的額外網(wǎng)絡電路即可實現(xiàn)。

主機通過斷言適當?shù)男酒x擇信號從給定的從機請求數(shù)據(jù)，從機可以立即響應。這使得CUI的SPI編碼器(如AMT22系列等)能夠極其快速地向主機提供位置反饋。當通過SPI連接訪問AMT22時，AMT22給出當前位置，可以指示其設置零點或使用擴展命令重置編碼器。該編碼器2 MHz的最大時鐘速度允許數(shù)據(jù)轉移到輸入緩沖區(qū)，以便在1500ns內(nèi)開始讀取。

圖1：具有共享時鐘信號、MOSI和MISO以及獨特芯片選擇線的典型SPI配置

SPI連接是單端的，最適合一米以下的短連接距離。不過，其可以通過動態(tài)調整數(shù)據(jù)速率，允許設備以較慢的速度在更長的距離內(nèi)運行。

RS-485接口

如果編碼器距離主機較遠，或者工作環(huán)境中存在明顯的電氣噪聲，RS-485差分信號可以提供更高的防錯誤或抗干擾免能力。RS-485通信是異步的，因此不需要時鐘信號。這種方案需要一個專用的RS-485收發(fā)器，根據(jù)距離的不同，通信速度可高達10 Mbps甚至更高。

RS-485的數(shù)據(jù)通過雙絞線進行交換，雙絞線必須使用相當于電纜特性阻抗的電阻正確端接，該電阻通常位于電纜的每一端。可以有多個編碼器連接到RS-485串行總線，理想情況下，使用電纜和編碼器之間的連接要盡可能短。

圖2：帶有主機和多個編碼器的典型RS-485配置

CUI的AMT21系列編碼器專為連接RS-485串行總線而設計，其使用四個引腳連接，包括電源、接地和兩個差分連接。其默認協(xié)議是8N1(8個數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，1個停止位)，其中兩個較低的位定義給編碼器的命令，其余位包含編碼器地址。這允許多達64個編碼器共享總線。當控制器輸入編碼器地址和命令以讀取總線上的位置數(shù)據(jù)(或多圈編碼器的圈數(shù))時，目標編碼器會在三微秒內(nèi)響應。該編碼器還有兩個擴展命令用于設置零位和重置編碼器。

同步串行接口(SSI )

SSI通常是一種同步單工單向主從通信協(xié)議，使用差分信令，沒有芯片選擇信號。這使得與編碼器的連接變得簡單且成本較低，其具有動態(tài)速度調節(jié)功能，同時差分連接也提供了較高的抗噪特性。

CUI的AMT23系列絕對編碼器是適用于SSI的產(chǎn)品，其通過單端通信和使用芯片選擇連接讓主機激活總線上的單個編碼器，因此可以節(jié)省一根導線。與SPI不同，這種方案主機不發(fā)送命令，編碼器僅通過在總線上放置位置數(shù)據(jù)來響應，簡化了主機和編碼器之間的接口。CUI設備的SSI接口與具有芯片選擇功能的現(xiàn)成SSI控制器兼容。該方案典型的連接長度和噪聲性能與SPI類似。

圖3：典型的三線SSI配置，具有共享的時鐘和數(shù)據(jù)線以及獨特的芯片選擇線

本文小結

CUI多樣的絕對編碼器產(chǎn)品組合為工程師提供了靈活的選項，可以根據(jù)實際應用選擇合適的編碼器，并簡化與主機系統(tǒng)的互連。當需要長距離連接或高抗噪性能時，差分RS-485接口是一個更好的選擇，它同時可以實現(xiàn)高速通信。此外，SPI易于設計實現(xiàn)，對于網(wǎng)絡的需求較少，并且大量市面上的通用微控制器都支持這一接口。最后，SSI的同步通信和減少布線的特點也使其成為編碼器方案設計時一種簡單、低成本的選擇，由于其采用差分信號還提供了額外的抗噪特性。

原文標題：電機控制編碼器選型：三種常見串行接口配置，哪一個適合你?

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審核編輯：湯梓紅