ams AS5311 12-Bit linearer Inkremental-Positionssensor mit ABI- und PWM-Ausgang – Benutzerhandbuch
Allgemeine Beschreibung
Der AS5311 ist ein kontaktloser, hochauflösender magnetischer Linearencoder für präzise lineare Bewegungen und außeraxiale Drehbewegungen mit einer Auflösung von bis zu <0.5 µm. Es handelt sich um ein System-on-Chip, das integrierte Hall-Elemente, ein analoges Frontend und digitale Signalverarbeitung auf einem einzigen Chip vereint und in einem kleinen 20-poligen TSSOP-Gehäuse untergebracht ist.
Zur Erfassung der Dreh- bzw. Linearbewegung wird ein mehrpoliger Magnetstreifen oder -ring mit einer Pollänge von 1.0 mm benötigt. Der Magnetstreifen wird in einem Abstand von typisch 0.3 mm über dem IC platziert.
Die absolute Messung liefert eine sofortige Anzeige der Magnetposition innerhalb eines Polpaars mit einer Auflösung von 488 nm pro Schritt (12 Bit über 2.0 mm). Diese digitalen Daten sind als serieller Bitstrom und als PWM-Signal verfügbar.
Darüber hinaus steht ein Inkrementalausgang mit einer Auflösung von 1.95 µm pro Schritt zur Verfügung. Pro Polpaar wird einmal ein Indeximpuls erzeugt (einmal pro 2.0mm). Die Verfahrgeschwindigkeit im Inkrementalbetrieb beträgt bis zu 650mm/Sekunde.
Ein interner VoltagDer Regler ermöglicht den Betrieb des AS5311 mit 3.3 V oder 5 V. Je nach Anwendung akzeptiert der AS5311 sowohl mehrpolige Streifenmagnete als auch mehrpolige Ringmagnete, sowohl radial als auch axial magnetisiert.
Weitere technische Details finden Sie im AS5311-Datenblatt, das Sie auf der Website von ams herunterladen können. webWebsite.
Abbildung 1:
AS5311 + Mehrpoliger Streifenmagnet
Die AS5311-Adapterplatine
Board Beschreibung
Die Adapterplatine AS5311 ist eine einfache Schaltung, mit der sich der Linearencoder AS5311 schnell testen und auswerten lässt, ohne dass eine Prüfvorrichtung oder Leiterplatte gebaut werden muss.
Die Platine kann als eigenständige Einheit verwendet oder an einen Mikrocontroller angeschlossen werden. Für den eigenständigen Betrieb ist lediglich eine 5-V- oder 3V3-Stromversorgung erforderlich. Die Position des Magneten in einem Polpaar (2 mm Länge) kann am PWM-Ausgang abgelesen werden und die relative Position an den inkrementellen AB-Index-Ausgängen.
Abbildung 2:
AS5311 Adapterplatine
Montage der AS5311-Adapterplatine
Der AS5311 verwendet magnetische Multipolstreifen- oder Ringmagnete mit einer Pollänge von 1.0 mm. Der Luftspalt zwischen dem Magneten und dem AS5311-Gehäuse sollte im Bereich von 0.2 mm bis 0.4 mm liegen. Der Magnethalter darf nicht ferromagnetisch sein.
Zur Herstellung dieses Teils eignen sich am besten Materialien wie Messing, Kupfer, Aluminium und Edelstahl.
Abbildung 3:
Montage und Abmessungen der AS5311-Adapterplatine
AS5311-Adapterplatine und Pinbelegung
Abbildung 4:
AS5311 Adapterplatinenanschlüsse und Encoder-Pinbelegung
Tabelle 1:
Pin-Beschreibung
| Pinnwand | Pin-Nr.: AS5311 | Symbol | Typ | Beschreibung |
| JP1 – 1 | 8 | Masse | S | Negatives Angebotsvolumentage (VSS) |
| JP1 – 2 | 12 | DO | PUNKT | Data OAusgabe der synchronen seriellen Schnittstelle |
| JP1 – 3 | 13 | CLK | DI, ST | Takteingang der synchronen seriellen Schnittstelle; Schmitt-Trigger-Eingang |
| JP1 – 4 | 14 | CSn | DI_PU,ST | CHüfte Select, aktiv niedrig; Schmitt-Trigger-Eingang, interner Pull-up-Widerstand (~50kW). Muss niedrig sein, um inkrementelle Ausgänge zu aktivieren |
| JP1 – 5 | 18 | 3V3 | S | 3V-Reglerausgang; intern geregelt von VDD5V. Anschluss an VDD5V für 3V Versorgungsspannungtage. Nicht extern laden. |
| JP1 – 6 | 19 | 5V | S | Positives Versorgungsvolumentage, 3.0 bis 5.5 V |
| JP1 – 7 | 9 | Prg | DI_PD | OTP ProgRamming-Eingang für die Werksprogrammierung. Verbindung mit VSS |
| JP2 – 1 | 8 | Masse | S | Negatives Angebotsvolumentage (VSS) |
| JP2 – 2 | 2 | Mag Inc | DO_OD | Magnetfeld MagNüstern INCrease; active low, zeigt eine Abstandsverringerung zwischen Magnet und Geräteoberfläche an |
| JP2 – 3 | 3 | Mag Dez | DO_OD | Magnetfeld MagNüstern DEZrease; aktiv niedrig, zeigt eine Abstandszunahme zwischen Gerät und Magnet an. |
| JP2 – 4 | 4 | A | DO | Inkrementeller Ausgang A |
| JP2 – 5 | 5 | B | DO | Inkrementeller Ausgang B |
| JP2 – 6 | 7 | Ind | DO | Inkrementeller Ausgabeindex. |
| JP2 – 7 | 15 | PWM | DO | Pulse Width MModulation von ca. 244Hz; 1µs/Schritt |
Betrieb
Standalone-PWM-Ausgangsmodus
Ein PWM-Signal (JP2 Pin #7) ermöglicht die Messung des 12-Bit-Absolutpositionswerts innerhalb eines Polpaars (2.0 mm). Der Wert wird in ein pulsweitenmoduliertes Signal mit 1 µs Pulsbreite pro Schritt und 5 V Pulsspannung kodiert.tagEr kann an den Capture-/Timer-Eingang eines Mikrocontrollers angeschlossen werden, um den Winkelwert zu dekodieren.
Die absolute serielle Ausgabe zählt innerhalb eines Polpaares von 0…4095 und wiederholt sich mit jedem weiteren Polpaar.
Der PWM-Ausgang beginnt mit einer Impulsbreite von 1 µs, erhöht die Impulsbreite mit jedem Schritt von 0.488 µm und erreicht am Ende jedes Polpaars eine maximale Impulsbreite von 4097 µs. Weitere Einzelheiten zum PWM-Ausgang finden Sie im Datenblatt des AS5311.
Die PWM-Frequenz wird intern auf eine Genauigkeit von 5% (10% über den gesamten Temperaturbereich) getrimmt
Abbildung 6:
PWM-Arbeitszyklus abhängig von der Magnetposition
Verwendung der seriellen Schnittstelle mit MCU
Die umfassendste und genaueste Lösung für eine MCU zum Ablesen des Winkels eines Magneten ist die serielle Schnittstelle.
Der 12-Bit-Wert des Winkels wird direkt gelesen und einige andere Indikatoren, wie Informationen zur magnetischen Feldstärke oder Alarmbits, können gleichzeitig gelesen werden.
Die Verbindung zwischen MCU und Adapterplatine kann mit 3 Drähten hergestellt werden.
Serielle 3-Draht-Schnittstelle
Die serielle Schnittstelle ermöglicht die Datenübertragung der 12-Bit absoluten linearen Positionsinformation (innerhalb eines Polpaars = 2.0 mm). Die Datenbits D11:D0 stellen die Positionsinformation mit einer Auflösung von 488 nm (2000 µm / 4096) pro Schritt dar. CLK muss an der fallenden Flanke von CSn hoch sein.
Wenn CLK an der abfallenden Flanke von CSn niedrig ist, stellen die ersten 12 Bits die Betragsinformation dar, die proportional zur magnetischen Feldstärke ist.
Abbildung 7:
Bidirektionale serielle Verbindung
Kit-Inhalt
Tabelle 2:
Kit-Inhalt
| Name | Beschreibung | Menge |
| AS5311-TS_EK_AB | AS5311 Linearencoder-Adapterplatine | 1 |
| AS5000-MS10-H075-100 | Multipol Magnetstreifen | 1 |
AS5311 Adapterplatinenhardware
Nachfolgend finden Sie das Schema und Layout der Adapterplatine.
5311-TS_EK_AB-1.1 Schaltpläne
Abbildung 8:
Schaltpläne der AS5311-AB-1.1-Adapterplatine
AS5311-TS_EK_AB-1.1 PCB-Layout
Abbildung 9:
AS5311-AB-1.1-Adapterplatinenlayout
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