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Guide de l'utilisateur

Introduction

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L'encodeur incrémental est le capteur le plus couramment utilisé pour le contrôle orienté champ (FOC) du courant continu sans balais à aimant permanent (BLDC) ou du moteur synchrone à aimant permanent (PMSM). Ce capteur donne la position angulaire relative en sortie sous forme d'impulsions. Un codeur en quadrature produit généralement deux sorties dont les impulsions sont déphasées de 90°, comme le montre la figure 1. Le déphasage entre les deux signaux A et B représente le sens de rotation. La logique de l'interface du codeur utilise la détection des fronts montants et descendants de A et B, comme le montre la figure 2. Cela donne une résolution quatre fois supérieure à la résolution du codeur et produit une très haute résolution à partir d'un codeur à faible coût.
La figure suivante montre les signaux du codeur dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse.
Figure 1. Signaux du codeur dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse des aiguilles d'une montreInterface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - dans le sens inverse des aiguilles d'une montreLa figure suivante montre la détection des fronts des impulsions du codeur pour une résolution plus élevée.
Figure 2. Détection de bord des impulsions du codeur pour une résolution plus élevéeInterface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Impulsions d'encodeur pour une résolution plus élevéeAprès la détection des bords, des compteurs sont utilisés pour obtenir une position angulaire du rotor en termes d'angle électrique afin qu'il puisse être directement utilisé pour le FOC. La valeur Angle_count_max représente le nombre total de bords qui seront détectés lors d'une rotation mécanique du rotor. La sortie d'angle va de 0 à 262143, où 262143 représente 360°. La variation de l'angle de sortie par rapport aux bords est représentée sur la figure 3 pour la vitesse positive et sur la figure 4 pour la vitesse négative. La vitesse de sortie est calculée en fonction du taux de changement de position angulaire.

Trois paramètres permettent de configurer l'interface du codeur :MICROCHIP v4.2 Encoder Interface - configurer l'interface de l'encodeur

La figure suivante montre la sortie Theta pour le sens positif.
Figure 3. Sortie thêta pour la direction positiveInterface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Direction positiveLa figure suivante montre la sortie Theta pour la direction négative.

Figure 4. Sortie thêta pour la direction négativeInterface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Sortie thêta pour direction négative

Résumé (Poser une question)
Le tableau suivant fournit un résumé des caractéristiques IP de l'interface du codeur.

Version de base Ce document s'applique à l'interface d'encodeur v4.2.
Familles d'appareils pris en charge • SoC PolarFire®
• PolarFire
• RTG4™
• IGLOO®2
• SmartFusion® 2
Flux d'outils pris en charge Nécessite Libero® SoC v11.8 ou versions ultérieures.
Licences Un code RTL crypté complet est fourni pour le noyau, permettant au noyau d'être instancié avec SmartDesign. La simulation, la synthèse et la mise en page peuvent être réalisées avec le logiciel Libero.
Encoder Interface est sous licence avec RTL crypté qui doit être acheté séparément. Pour plus d'informations, voir Interface d'encodeur.

Caractéristiques (Poser une question)
L'interface de l'encodeur présente les fonctionnalités clés suivantes :

  • Calcule la position angulaire relative
  • Calcule la sortie de vitesse filtrée

Implémentation d'IP Core dans Libero Design Suite (Poser une question)
Le noyau IP doit être installé dans le catalogue IP du logiciel Libero® SoC. Cela se fait automatiquement via la fonction de mise à jour du catalogue IP dans le logiciel Libero SoC, ou le noyau IP peut être téléchargé manuellement à partir du catalogue.
Une fois le cœur IP installé dans le catalogue IP du logiciel Libero SoC, le cœur peut être configuré, généré et instancié dans l'outil SmartDesign pour être inclus dans la liste des projets Libero.
Utilisation et performances des appareils (Poser une question)
Le tableau suivant répertorie l'utilisation du périphérique utilisé pour l'interface d'encodeur.
Tableau 1. Utilisation de l'interface du codeur

Détails de l'appareil Ressources Performances (MHz) RAM Blocs mathématiques puces globales
Famille Appareil LUT DFF LSRAM µSRAM
SoC PolarFire® MPFS250T 398 285 200 0 0 2 0
Feu polaire MPF300T 387 285 200 0 0 2 0
Smart Fusion® 2 M2S150 400 285 140 0 0 2 0

Interface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Symbole Important: 

  1. Les données de ce tableau sont capturées à l'aide de paramètres de synthèse et de mise en page typiques. La source d'horloge de référence CDR a été définie sur Dédié avec les autres valeurs du configurateur inchangées.
  2. L'horloge est limitée à 200 MHz lors de l'exécution de l'analyse temporelle pour atteindre les performances.

Description fonctionnelle

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La figure suivante montre le schéma fonctionnel de l'interface du codeur.
Figure 1-1. Schéma fonctionnel au niveau du système de l'interface du codeurInterface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Interface d'encodeur

Le bloc d'interface du codeur convertit les signaux reçus de QA, QB en l'angle et la vitesse correspondants. Le bloc compte les bords de l'encodeur jusqu'à ce que la valeur angle_count_max_i soit atteinte, puis recommence à compter à partir de zéro. L'angle généré est mis à l'échelle à 262144 en le multipliant par angle_factor_i. La vitesse est mesurée en comptant le nombre d'événements d'encodeur sur une période de temps constante définie par l'entrée speed_window_i. Un filtre est utilisé pour filtrer le bruit de quantification provenant de la mesure de vitesse. La constante de temps du filtre peut être configurée à l'aide de la valeur filter_factor_i à l'aide de l'équation suivante :
Constante de temps du filtre = Période de temps entre les impulsions successives du midmatch pwm _ i × 2 filter_factor_i

L'entrée sensor_reset_i est utilisée pour trouver l'angle électrique du moteur en injectant un courant constant pendant une courte durée.
Lorsque le moteur s'est aligné sur l'angle injecté, la sortie du codeur est initialisée à 90° ou 270° en fonction du sens de rotation initial. Le comptage des fronts du codeur devrait démarrer après la détection du front descendant de l'entrée sensor_reset_i.
L'entrée clear_buffer_i peut être utilisée pour réinitialiser le tampon du filtre, car le tampon du filtre est censé être réinitialisé lorsque le moteur s'arrête.
L'entrée direction_config_i est utilisée pour détecter initialement la direction du moteur. Une fois que le moteur démarre, la direction du moteur est détectée à partir des signaux du codeur et utilisée pour générer l'angle.

Paramètres d'interface du codeur et signaux d'interface

(Poser une question)
Cette section traite des paramètres du configurateur GUI de l'interface du codeur et des signaux d'E/S.

2.1 Signaux d'entrées et de sorties (Poser une question)
Le tableau suivant répertorie les ports d'entrée et de sortie de l'interface d'encodeur.

Nom du signal Direction Description
réinitialiser_i Saisir Signal de réinitialisation asynchrone faible actif
sys_clk_i Saisir Horloge système
fil_trig_i Saisir Entrée de déclenchement du filtre. Une impulsion de synchronisation d'une largeur de cycle d'horloge doit être fournie à cette entrée. La périodicité de l'impulsion détermine le samptemps long.
direction_config_i Saisir Bit de configuration de direction – utilisé au moment de l’étalonnage pour aligner le rotor. Lorsque 1, aligne le rotor pour un démarrage dans le sens inverse des aiguilles d'une montre ou lorsque 0, aligne le rotor pour un démarrage dans le sens des aiguilles d'une montre.
clear_buffer_i Saisir Efface généralement le tampon du filtre lorsque le moteur est arrêté.
Une impulsion d’une largeur de cycle d’horloge doit être entrée à chaque fois que le moteur s’arrête.
sensor_reset_i Saisir Signal de réinitialisation du capteur :
Lorsqu'il est défini sur 1, l'angle du rotor est réinitialisé à l'équivalent de 90° ou 270°, comme déterminé par l'entrée direction_config_i.
Lorsqu'il est réglé sur 0 (zéro), fonctionnement normal.
qa_i Saisir Entrée codeur A
qb_i Saisir Entrée codeur B
speed_factor_i Saisir Multiplicateur de mise à l'échelle de sortie de vitesse
angle_factor_i Saisir Multiplicateur de mise à l'échelle de sortie d'angle
angle_count_max_i Saisir Valeur maximale du nombre d'angles en termes d'événements d'impulsions du codeur.
speed_window_i Saisir La fenêtre temporelle pour le calcul de la vitesse, spécifiée en multiples de 10 µs. Une fenêtre de temps plus grande donne une meilleure résolution de vitesse mais une latence plus élevée. Une fenêtre de temps plus petite doit être utilisée pour une réponse à vitesse dynamique élevée.
filtre_factor_i Saisir Valeur du facteur de filtre pour le filtre – si la valeur est n, la constante de temps du filtre est 2 ^ n fois le samptemps de maintien du filtre défini par filt_trig_i.
dir_o Sortir Signal de direction généré sur la base des signaux d’entrée du codeur.
speed_done_o Sortir Indique que le calcul de la vitesse est prêt pour le filtrage (à la fin de la fenêtre de vitesse). Une impulsion d'une largeur de cycle sys_clk_i est générée.
speed_filter_done_o Sortir Indique que la sortie de vitesse après le filtrage est valide (au port de sortie omega_out_o). Une impulsion d'une largeur de cycle sys_clk_i est générée.
omega_out_o Sortir Sortie de vitesse du rotor après filtrage – convient pour une utilisation comme retour de vitesse dans le fonctionnement du contrôle de vitesse.
angle_out_o Sortir Sortie d'angle électrique adaptée au FOC.
line_count_o Sortir Spécifie la position du rotor en termes de nombre de lignes d'encodeur (incréments) depuis la dernière réinitialisation du capteur. Convient pour une utilisation avec des opérations de contrôle de position.

Diagrammes de synchronisation

(Poser une question)
Cette section traite du chronogramme de l'interface du codeur.
La figure suivante montre le chronogramme de l'interface du codeur.
Figure 3-1. Diagramme de synchronisation de l'interface du codeurInterface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Diagramme de synchronisation de l'interface d'encodeur

Banc d'essai

(Poser une question)
Un banc de test unifié est utilisé pour vérifier et tester l'interface de l'encodeur appelée banc de test utilisateur. Testbench est fourni pour vérifier la fonctionnalité de l’IP de l’interface de l’encodeur.

Simulation 4.1 (Poser une question)
Les étapes suivantes décrivent comment simuler le cœur à l'aide du testbench :

  1. Ouvrez Libero SoC, cliquez sur l'onglet Catalogue, puis cliquez sur Solutions-MotorControl.
  2. Double-cliquez sur Encoder Interface, puis cliquez sur OK. La documentation associée à l'IP est répertoriée sous Documentation.
    Interface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Symbole Important: Si vous ne voyez pas l'onglet Catalogue, cliquez sur View, ouvrez le menu Windows, puis cliquez sur Catalogue pour le rendre visible.
    Figure 4-1. Noyau IP de l'interface d'encodeur dans le catalogue Libero SoCInterface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Catalogue Libero SoC
  3. Dans l’onglet Hiérarchie de stimulus, cliquez sur le banc de test ( encoder_interface_tb.v), pointez sur Simuler la conception pré-synth, puis cliquez sur Ouvrir de manière interactive.

Interface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Symbole Important: Si vous ne voyez pas l'onglet Hiérarchie des stimulus, cliquez sur View, ouvrez le menu Windows, puis cliquez sur Hiérarchie des stimulus pour la rendre visible.

Illustration 4-2. Simulation de conception de pré-synthèseInterface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Conception de synthèse

ModelSim s'ouvre avec le testbench file comme le montre la figure suivante.

Illustration 4-3. Fenêtre de simulation ModelSimInterface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Fenêtre de simulation

Interface d'encodeur MICROCHIP v4.2 - Symbole Important: Si la simulation est interrompue en raison de la limite d'exécution spécifiée dans le .do file, utilisez la commande run -all pour terminer la simulation.

Historique des révisions

(Poser une question)
L'historique des révisions décrit les modifications apportées au document. Les modifications sont répertoriées par révision, en commençant par la publication la plus récente.

Tableau 5-1. Historique des révisions

Révision Date Description
A 03/2023 Voici la liste des modifications apportées à la révision A du document :
• Migration du document vers le modèle Microchip.
• Mise à jour du numéro de document de 00004913 à DS50200659A.
• Ajoutée 3. Chronogrammes.
• Ajoutée 4. Banc d'essai.
3.0 Ce qui suit est un résumé des modifications apportées dans cette révision :
• Ajout de la version IP au titre du document.
• Ajout des signaux de sortie speed_done_o et speed_filter_done_o.
• Suppression de la section Paramètres de configuration de l'implémentation matérielle.
2.0 Mise à jour du document avec les nouveaux signaux de sortie.
1.0 La révision 1.0 a été la première publication de ce document.

Prise en charge des micropuces FPGA

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Le groupe de produits Microchip FPGA soutient ses produits avec divers services de support, y compris le service client, le centre de support technique client, un website et des bureaux de vente dans le monde entier. Les clients sont invités à consulter les ressources en ligne de Microchip avant de contacter l'assistance, car il est très probable que leurs questions aient déjà reçu une réponse.
Contactez le centre d'assistance technique via le website à www.microchip.com/support. Mentionnez le numéro de pièce de l'appareil FPGA, sélectionnez la catégorie de cas appropriée et téléchargez la conception files lors de la création d'un dossier de support technique.
Contactez le service client pour une assistance produit non technique, telle que la tarification des produits, les mises à niveau des produits, les informations de mise à jour, le statut de la commande et l'autorisation.

  • Depuis l'Amérique du Nord, appelez le 800.262.1060
  • Depuis le reste du monde, appelez le 650.318.4460
  • Fax, de n'importe où dans le monde, 650.318.8044

Informations sur la puce

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La micropuce Website (Poser une question)

Microchip fournit une assistance en ligne via notre website à www.microchip.com/. Ce weble site est utilisé pour faire files et informations facilement accessibles aux clients. Voici quelques-uns des contenus disponibles :

  • Assistance produit – Fiches techniques et errata, notes d'application et samples programmes, les ressources de conception, les guides d'utilisation et les documents de support matériel, les dernières versions de logiciels et les logiciels archivés
  • Assistance technique générale - Foire aux questions (FAQ), demandes d'assistance technique, groupes de discussion en ligne, liste des membres du programme de partenariat de conception Microchip
  • Activité de Microchip - Guides de sélection et de commande de produits, derniers communiqués de presse de Microchip, liste des séminaires et événements, listes des bureaux de vente, des distributeurs et des représentants d'usine de Microchip

Service de notification de changement de produit (Poser une question)
Le service de notification de changement de produit de Microchip aide les clients à rester informés sur les produits Microchip. Les abonnés recevront une notification par e-mail chaque fois qu'il y aura des changements, des mises à jour, des révisions ou des errata liés à une famille de produits ou à un outil de développement spécifique.
Pour vous inscrire, rendez-vous sur www.microchip.com/pcn et suivez les instructions d'inscription.

Assistance clientèle (Poser une question)
Les utilisateurs de produits Microchip peuvent recevoir de l'aide via plusieurs canaux :

  • Distributeur ou représentant
  • Bureau de vente local
  • Ingénieur Solutions Embarquées (ESE)
  • Assistance technique

Les clients doivent contacter leur distributeur, leur représentant ou ESE pour obtenir de l'aide. Des bureaux de vente locaux sont également disponibles pour aider les clients. Une liste des bureaux de vente et des emplacements est incluse dans ce document.
Le support technique est disponible via le website à: www.microchip.com/support

Fonction de protection du code des appareils Microchip (Poser une question)
Notez les détails suivants concernant la fonction de protection du code sur les produits Microchip :

  • Les produits Microchip répondent aux spécifications contenues dans leur fiche technique Microchip particulière.
  • Microchip estime que sa gamme de produits est sécurisée lorsqu'elle est utilisée de la manière prévue, dans le cadre des spécifications de fonctionnement et dans des conditions normales.
  • Microchip valorise et protège agressivement ses droits de propriété intellectuelle. Les tentatives de violation des fonctions de protection du code du produit Microchip sont strictement interdites et peuvent enfreindre le Digital Millennium Copyright Act.
  • Ni Microchip ni aucun autre fabricant de semi-conducteurs ne peut garantir la sécurité de son code. La protection du code ne signifie pas que nous garantissons que le produit est « incassable ». La protection du code évolue constamment. Microchip s'engage à améliorer en permanence les fonctionnalités de protection du code de ses produits.

Mentions légales (Poser une question)

Cette publication et les informations qu'elle contient ne peuvent être utilisées qu'avec les produits Microchip, y compris pour concevoir, tester et intégrer les produits Microchip à votre application. L'utilisation de ces informations de toute autre manière viole ces conditions. Les informations concernant les applications de l'appareil sont fournies uniquement pour votre commodité et peuvent être remplacées par des mises à jour. Il est de votre responsabilité de vous assurer que votre application répond à vos spécifications. Contactez votre bureau de vente Microchip local pour une assistance supplémentaire ou obtenez une assistance supplémentaire sur www.microchip.com/en-us/support/design-help/client-support-services.

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Japon – Tokyo
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Interface d'encodeur MICROCHIP v4.2 [pdf] Guide de l'utilisateur
Interface d'encodeur v4.2, v4.2, interface d'encodeur, interface

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