基于BiSS协议的光电编码器通信模块设计

1、基于BiSS协议的光电编码器通信模块设计引言位置编码器是工业自动控制中重要的反馈环节执行元件。位置编码器按工作方式分为绝对式和增量式两种。绝对位置式编码器的数据输出一般采用串行通信的方式1。位置编码器的通信速度，在一定程度上影响闭环系统的时间常数。德国IC-Haus公司提出的BiSS(BidirectionalSynchronousSerial)协议是一种新型的可自由使用的开放式同步串行通信协议2，使用该协议通信波特率可以达到10Mbps，达到RS422接口总线的波特率上限3，是其它一引言 位置编码器是工业自动控制中重要的反馈环节执行元件。位置编码器按工作方式分为绝对式和增量式两种。绝对位置式

2、编码器的数据输出一般采用串行通信的方式1。位置编码器的通信速度，在一定程度上影响闭环系统的时间常数。德国IC-Haus公司提出的BiSS(Bidirectional Synchronous Serial)协议是一种新型的可自由使用的开放式同步串行通信协议2，使用该协议通信波特率可以达到10Mbps，达到RS422接口总线的波特率上限3，是其它一些同类常用串行通信协议(如SSI，EnDat，Hiperface，起止式异步协议)的5倍以上。 注：起止式指一种常用的异步串行通信协议5，每帧数据包括1位起始位、5-8位数据位、1(或0)位奇偶校验位、1(或1.5或2)位停止位。 由表1中可知，BiSS

3、协议通信波特率远远高出其它协议，总线连接方式、报警位、协议长度可调整，工业应用灵活性好，无协议产权成本，全数字接口无模拟器件成本。可见，在通信速度、产品适应性、成本等综合方面，BiSS协议具有很好的发展前景。1、BiSS协议 BiSS协议包括读数模式(sensor mode)和寄存器模式(register mode)两部分的内容。如图1、图2所示，在点对点或总线连接下由主机发送MA(master)信号，编码器返回SL(slave)信号。SL的返回信号是和MA的时钟同步的。在寄存器模式下，MA在提供时钟的同时，需要携带寄存器地址、寄存器值等信息，这是通过不同的占空比实现的：当占空比在10%30%

4、(文中称为低占空比)时，同时表示数据0；当占空比在70%90%(文中称为高占空比)时，同时表示数据1。1.1 读数模式 在读数模式下，通信波特率可达到10Mbps，MA和SL的帧结构如图3所示。其中，MA的REQ(请求)位的时间长度要小于timeoutSENS(可编程的时间参数)，编码器识别为读数模式。在MA的每一个时钟上升沿，SL返回相应的数据位。实际应用中，长距离的导线传输、接口电平转换芯片等带来的总线延时(line delay)，会有SL2的延迟响应波形。由此可估计总线延时为时间长度，即MA时钟上升沿和SL响应位下降沿的时间长度，相应地延迟采样时刻，使通信不受总线延时的影响。编码器的位置信号需要内部采集，转换等过程。当编码器忙不能立刻响应主机的读数请求时，延迟响应start位，此时为SL3的波形，数据处理带来的延时为时间长度。可见，在高波特率的通信状态下，仍能通过估计总线延时和忙延时，准确的进行数据通信。1.2 寄存器模式 在读写寄存器模式下，通信波特率相对较低。文中编码器的寄存器为EEPROM，正常工作上限波特率为250K。MA的REQ位时间长度要大于timeoutSENS，编码器识别为寄存器模式。寄存器地址序列为波形(读寄存器、写寄存器相同)，