器信号数字化安全传输装置的一种硬件电路示意 图。
[0036] 图13为实现图3中A+B+R增量编码器信号数字化安全传输装置的一种硬件电路 示意图。
【具体实施方式】
[0037] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的A+B+R增量编码器信号数 字化安全传输装置具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0038] 本实用新型的编码器信号数字化安全传输装置及其传输方法用于将编码器输入 信号Asina、Bc〇Sa、R从模拟信号转换为数字信号，所述数字信号以报文的形式通过现场 总线传递给伺服电机驱动器。
[0039] 请参阅图3,本实用新型较佳实施例的编码器信号数字化安全传输装置包括方波 信号转换器31、信号处理器一 32、信号处理器二33、仲裁器34、精细计数器35。
[0040]方波信号转换器31用于将编码器输入信号Asina、Bcosa、R并分别转换成方波 信号；其中，A、B分别表不三相交流电中的A相信号、B相信号，a表不一个信号周期内的 电气角，R表示编码器每圈经历一次的绝对位置参考点。
[0041] 方波信号转换器31可采用差分放大器、比较放大器转变成方波信号，实现相应功 能。具体地，编码器输入信号Asina经过差分放大器311、比较放大器K_A变成相应的方波 信号，同理，编码器输入信号Bcosa经过差分放大器312、比较放大器K_B变成相应的方波 信号；编码器输入信号R经过差分放大器312、比较放大器K_R变成相应的方波信号。
[0042]信号处理器一32表征通道一，用于将转换成方波信号的编码器输入信号Asin a、 Bcos a、R处理成待传输信号一。信号处理器一32包括倍频器一、参考点寄存器一、粗计数 器一、CRC校验器一。倍频器一用于对编码器输入信号Asina、Bcosa进行4倍频。参考 点寄存器一用于记载编码器输入信号R并形成编码器每圈经历一次的绝对位置轨迹一。粗 计数器一用于根据绝对位置轨迹一对4倍频后的编码器输入信号Asina、Bcosa计算出粗 位置值一，并根据所述粗位置值一衍生出速度值一，所述粗位置值一、所述速度值一依次形 成代码一。
[0043] CRC校验器一用于在所述代码一的最低位设置校验码形成所述待传输信号一，所 述待传输信号一的一个周期内容为：粗位置值一、速度值一、状态值一。
[0044] 信号处理器一 32可以采用具有相同功能的CPU1。同理，信号处理器二33可以采 用具有相同功能的CPU2。信号处理器二33表征通道二，用于将转换成方波信号的编码器输 入信号Asina、Bc〇Sa、R处理成待传输信号二。信号处理器二33包括倍频器二、参考点寄 存器二、粗计数器二、CRC校验器二。
[0045]倍频器二用于对编码器输入信号Asina、Bcosa进行4倍频，倍频器一可采用4 倍频电路。参考点寄存器二用于记载编码器输入信号R并形成编码器每圈经历一次的绝对 位置轨迹二。
[0046]粗计数器二用于根据绝对位置轨迹二对4倍频后的编码器输入信号Asina、 Bcosa计算出粗位置值二，并根据所述粗位置值二衍生出速度值二，所述粗位置值二、所述 速度值二依次形成代码二。
[0047] CRC校验器二用于在所述代码二的最低位设置校验码形成所述待传输信号二，所 述待传输信号二的一个周期内容为：粗位置值二、速度值二、状态值二。
[0048] 精细计数器35用于对所述粗位置值一插值细分形成精细位置值，精细计数器35 可以设置，也可以不设置。精细计数器35设置有机械角As计算器和转速n计算器。
[0049]机械角入5计算器根据公式⑴获得机械角入s:
[0050]
[0051] 其中，N为编码器的分辨率，每转信号周期数；
[0052]Z为活动的信号周期数量；
[0053]a为一个信号周期内的电气角
[0054]A5为一个信号周期内的机械角；
[0055] 转速n计算器根据公式（2)获得转速n:
[0056] 精细计数器根据机械角Xs和转速n对所述粗位置值一插值细分形成所述精细位 置值，使所述代码一的一个周期内的内容变更成粗位置值一、速度值一、精细位置值，相应 的所述待传输信号一的一个周期内的内容变更成粗位置值一、速度值一、精细位置值、状态 值一。
[0057] 精细计数器35可以集成在具有信号处理器一32功能的CPU1内，如图3所示，不 带安全功能时，电机转子角度As和速度n的计算：在CPU1内，编码器信号Asin a、Bcos a经由多路复选器MUX A、MUX B和MUX C，以及两个采样保持放大器S&H，12位A/D转换器， Asina、Bcosa瞬时值信号被读取。
[0058] 公式（1:
[0059] 在CPU1内，Asina、Bcosa通过比较器K_A、K_B和粗计数器一 322后获得粗位置 值一，使用精细插补软件算法，计算a角。转子位置（粗位置值一和精插补a)通过总线 被传输到伺服电机的驱动器。
[0060] 转速n的计算方法如下
[0061] CPU1里，参考点寄存器一324提供额外的参考标记。当粗计数器一322计数到参 考标记位置时，CPU1提取寄存器的信息，并存储粗位置值一和精插补a。
[0062] 仲裁器34用于判断两个待传输信号是否相同，如相同则将两个通道中的位置信 息叠加到标准报文字段中输出，形成的数据流通过现场总线或实时以太网传递给伺服电机 驱动器。仲裁器34可以采用具有相同功能的仲裁器，仲裁器可集成在CPU内，也可以选择 带有仲裁器的CPU2,如图3所示。仲裁器34通过switch交换处理信息，信息正确则把两 通道内的位置信息叠加到报文的字段中输出，这就是正确信息的位置值1、位置值2、状态 值1、状态值2 (正确信息如下文介绍）；如果分析的结果是信息错误，则在状态值中输出错 误信息。
[0063]CPU2内有仲裁器，CPU2通过片内的仲裁程序，选择通过总线输出的是CPU1计算的 位置值还是CPU2计算的位置值。被仲裁器选中的信号通过总线输出。CPU2内的参考点寄 存器二334提供零点检测，通过片内软件检查相邻两个参考点之间的信号周期数是否对应 恒定的编码器脉冲数。进入CPU2的方波信号交叉连接，目的为了检测伺服电机反转。
[0064] 综上所述，信号处理器一32可集成为芯片CPU1，信号处理器二33可集成为芯片 CPU2,仲裁器34设置有总线接口并与所述总线接口集成为芯片CPU3。如图4所示。信号处 理器一32与信号处理器二33-同集成为芯片CPU4,仲裁器34设置有总线接口并与所述总 线接口集成为芯片CPU3,如图5所示。信号处理器一32、信号处理器二33、仲裁器34同集 成为芯片CPU5,如图6所示。
[0065] 请再次参阅图4,也就是说在编码器信号处理电路板上，用两颗芯片（CPU1、CPU2) 对编码器信号进行信号处理，每颗芯片各自执行一个程序进程，就是各自一个通道。
[0066] 在每个通道内完成信号输入和信号处理，主要的信号处理有：计数器计数、软件差 值细分、位置值、状态值、CRC校验。每个通道内信号处理的末端是仲裁电路接口，供片选输 出。
[0067] 这种情况下CPU1 =进程1 =通道1 ;CPU2 =进程2 =通道2 ;
[0068] 信号传输电路里用第三颗芯片，CPU3,CPU3里主要负责通过仲裁主站，片选信号， 选中CPU1或者CPU2作为信号输出的信号源，CPU3的另一个功能是片内运行着现场总线或 实时以太网的协议栈软件，MAC，LAYER2,通过此MAC，信号传输到总线接口。
[0069] 请再次参阅图5,也就是说在编码器信号处理电路板上，用一颗芯片（CPU1)对编 码器信号进行信号处理，每颗芯片里有多个核心，多核CPU，每个核心各自执行一个程序进 程，就是各自一个通道。
[0070] 在每个通道内完成信号输入和信号处理，主要的信号处理有：计数器计数、软件差 值细分、位置值、状态值、CRC校验。每个通道内信号处理的末端是仲裁电路接口，供片选输 出。
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