Interface do codificador v4.2
Guia do usuário
Introdução
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O codificador incremental é o sensor mais comum usado para controle orientado a campo (FOC) de escova de ímã permanente sem CC (BLDC) ou motor síncrono de ímã permanente (PMSM). Este sensor fornece posição angular relativa como saída na forma de pulsos. Um codificador de quadratura normalmente produz duas saídas, que possuem pulsos defasados em 90°, conforme mostrado na Figura 1. A mudança de fase entre os dois sinais A e B representa o sentido de rotação. A lógica da interface do codificador usa detecção de borda na borda ascendente e descendente de A e B, conforme mostrado na Figura 2. Isso fornece uma resolução que é quatro vezes a resolução do codificador e produz uma resolução muito alta a partir de um codificador de baixo custo.
A figura a seguir mostra os sinais do codificador nos sentidos horário e anti-horário.
Figura 1. Sinais do codificador no sentido horário e anti-horárioA figura a seguir mostra a detecção de borda dos pulsos do encoder para maior resolução.
Figura 2. Detecção de borda de pulsos do codificador para resolução mais altaApós a detecção da borda, contadores são usados para obter a posição angular do rotor em termos de um ângulo elétrico para que possa ser usado diretamente para FOC. O valor Angle_count_max representa o número total de arestas que serão detectadas em uma rotação mecânica do rotor. A saída do ângulo varia de 0 a 262143, onde 262143 representa 360°. A variação da saída angular em relação às bordas é mostrada na Figura 3 para velocidade positiva e na Figura 4 para velocidade negativa. A saída de velocidade é calculada com base na taxa de mudança da posição angular.
Três parâmetros são usados para configurar a interface do codificador:
A figura a seguir mostra a saída Theta para a direção positiva.
Figura 3. Saída Teta para Direção PositivaA figura a seguir mostra a saída Theta para a direção negativa.
Figura 4. Saída Teta para Direção Negativa
Resumo (Faça uma pergunta)
A tabela a seguir fornece um resumo das características do IP da interface do codificador.
Versão principal | Este documento se aplica à Interface do Encoder v4.2. |
Famílias de dispositivos suportados | • SoC PolarFire® • PolarFire •RTG4™ • IGLOO® 2 • SmartFusion® 2 |
Fluxo de ferramenta compatível | Requer Libero® SoC v11.8 ou versões posteriores. |
Licenciamento | O código RTL criptografado completo é fornecido para o núcleo, permitindo que o núcleo seja instanciado com o SmartDesign. Simulação, Síntese e Layout podem ser realizados com o software Libero. A Interface do Encoder é licenciada com RTL criptografado que deve ser adquirido separadamente. Para mais informações, veja Interface do Codificador. |
Características (Faça uma pergunta)
A interface do codificador possui os seguintes recursos principais:
- Calcula a posição angular relativa
- Calcula a saída de velocidade filtrada
Implementação do IP Core no Libero Design Suite (Faça uma pergunta)
O núcleo IP deve ser instalado no Catálogo IP do software Libero® SoC. Isso é feito automaticamente através da função de atualização do Catálogo IP no software Libero SoC, ou o núcleo IP pode ser baixado manualmente do catálogo.
Uma vez que o núcleo IP é instalado no Catálogo IP do software Libero SoC, o núcleo pode ser configurado, gerado e instanciado na ferramenta SmartDesign para inclusão na lista de projetos Libero.
Utilização e desempenho do dispositivo (Faça uma pergunta)
A tabela a seguir lista a utilização do dispositivo usado para a interface do codificador.
Tabela 1. Utilização da interface do codificador
Detalhes do dispositivo | Recursos | Desempenho (MHz) | RAMs | Blocos matemáticos | Chips Globais | |||
Família | Dispositivo | LUTs | DFF | LSRAM | µSRAM | |||
SoC PolarFire® | MPFS250T | 398 | 285 | 200 | 0 | 0 | 2 | 0 |
Polar Fire | MPF300T | 387 | 285 | 200 | 0 | 0 | 2 | 0 |
SmartFusion® 2 | M2S150 | 400 | 285 | 140 | 0 | 0 | 2 | 0 |
Importante:
- Os dados nesta tabela são capturados usando configurações típicas de síntese e layout. A fonte do relógio de referência CDR foi definida como Dedicated com outros valores do configurador inalterados.
- O clock é limitado a 200 MHz durante a execução da análise de tempo para atingir os números de desempenho.
Descrição funcional
(Faça uma pergunta)
A figura a seguir mostra o diagrama de blocos da interface do codificador.
Figura 1-1. Diagrama de blocos em nível de sistema da interface do codificador
O bloco de interface do codificador converte os sinais recebidos de QA, QB em seu ângulo e velocidade correspondentes. O bloco conta as arestas do codificador até que o valor angle_count_max_i seja atingido e então começa a contar do zero novamente. O ângulo gerado é dimensionado para 262144 multiplicando-o pelo angle_factor_i. A velocidade é medida contando o número de eventos do encoder em um período de tempo constante definido pela entrada speed_window_i. Um filtro é usado para filtrar o ruído de quantização da medição de velocidade. A constante de tempo do filtro pode ser configurada usando o valor filter_factor_i usando a seguinte equação:
Constante de tempo do filtro = Período de tempo entre pulsos sucessivos de pwm midmatch _ i × 2 filter_factor_i
A entrada sensor_reset_i é usada para encontrar o ângulo elétrico do motor injetando corrente constante por um curto período.
Quando o motor estiver alinhado ao ângulo injetado, a saída do encoder será inicializada com 90° ou 270° com base no sentido inicial de rotação. Espera-se que a contagem da borda do encoder comece após a borda descendente da entrada sensor_reset_i ser detectada.
A entrada clear_buffer_i pode ser usada para redefinir o buffer do filtro, pois espera-se que o buffer do filtro seja redefinido quando o motor parar.
A entrada direction_config_i é usada para detectar inicialmente a direção do motor. Assim que o motor começa a funcionar, a direção do motor é detectada a partir dos sinais do codificador e usada na geração do ângulo.
Parâmetros de interface do codificador e sinais de interface
(Faça uma pergunta)
Esta seção discute os parâmetros no configurador GUI da interface do codificador e nos sinais de E/S.
2.1 Sinais de Entradas e Saídas (Faça uma pergunta)
A tabela a seguir lista as portas de entrada e saída da interface do codificador.
Nome do sinal | Direção | Descrição |
redefinir_i | Entrada | Sinal de reinicialização assíncrona baixo ativo |
sys_clk_i | Entrada | Relógio do sistema |
fil_trig_i | Entrada | Entrada do acionador de filtro. Um pulso de temporização com largura de ciclo de clock deve ser fornecido nesta entrada. A periodicidade do pulso determina o samptempo de espera. |
direção_config_i | Entrada | Bit de configuração de direção – usado no momento da calibração para alinhar o rotor. Quando 1, alinha o rotor para partida no sentido anti-horário ou quando 0, alinha o rotor para partida no sentido horário. |
clear_buffer_i | Entrada | Limpa o buffer do filtro geralmente quando o motor está parado. Um pulso com largura de um ciclo de clock deve ser inserido cada vez que o motor parar. |
sensor_reset_i | Entrada | Sinal de reinicialização do sensor: Quando definido como 1, o ângulo do rotor é redefinido para o equivalente a 90° ou 270° conforme determinado pela entrada direction_config_i. Quando definido como 0 (zero), operação normal. |
qa_i | Entrada | Entrada do codificador A |
qb_i | Entrada | Entrada do codificador B |
velocidade_fator_i | Entrada | Multiplicador de escala de saída de velocidade |
ângulo_fator_i | Entrada | Multiplicador de escala de saída de ângulo |
ângulo_contagem_max_i | Entrada | Valor máximo de contagem de ângulo em termos de eventos de pulso do encoder. |
velocidade_janela_i | Entrada | A janela de tempo para cálculo de velocidade, especificada em múltiplos de 10 µs. Uma janela de tempo maior oferece melhor resolução de velocidade, mas tem maior latência. Uma janela de tempo menor deve ser usada para resposta de alta velocidade dinâmica. |
filtro_fator_i | Entrada | Valor do fator de filtro para filtro – se o valor for n, a constante de tempo do filtro será 2^n vezes samptempo de duração do filtro definido por filt_trig_i. |
dir_o | Saída | Sinal de direção gerado com base nos sinais de entrada do encoder. |
velocidade_concluído_o | Saída | Indica que o cálculo da velocidade está pronto para filtragem (no final da janela de velocidade). Um pulso com largura de ciclo sys_clk_i é gerado. |
speed_filter_done_o | Saída | Indica que a saída de velocidade após a filtragem é válida (na porta de saída omega_out_o). Um pulso com largura de ciclo sys_clk_i é gerado. |
ômega_out_o | Saída | Saída de velocidade do rotor após filtragem – adequada para uso como feedback de velocidade em operação de controle de velocidade. |
ângulo_out_o | Saída | Saída de ângulo elétrico adequada para FOC. |
linha_contagem_o | Saída | Especifica a posição do rotor em termos de número de linhas do encoder (incrementos) desde a última reinicialização do sensor. Adequado para uso com operações de controle de posição. |
Diagramas de tempo
(Faça uma pergunta)
Esta seção discute o diagrama de temporização da interface do codificador.
A figura a seguir mostra o diagrama de temporização da interface do codificador.
Figura 3-1. Diagrama de temporização da interface do codificador
Bancada
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Um testbench unificado é usado para verificar e testar a interface do codificador, chamada de testbench do usuário. Testbench é fornecido para verificar a funcionalidade do IP da interface do codificador.
Simulação 4.1 (Faça uma pergunta)
As etapas a seguir descrevem como simular o núcleo usando o testbench:
- Abra o Libero SoC, clique na guia Catálogo e depois clique em Soluções-MotorControl.
- Clique duas vezes em Interface do codificador e clique em OK. A documentação associada ao IP está listada em Documentação.
Importante: Se você não vir a guia Catálogo, clique em View, abra o menu do Windows e clique em Catálogo para torná-lo visível.
Figura 4-1. Interface do codificador IP Core no catálogo Libero SoC - Na guia Hierarquia de estímulos, clique no testbench (encoder_interface_tb.v), aponte para Simular design PreSynth e clique em Abrir interativamente.
Importante: Se você não vir a guia Hierarquia de estímulos, clique em View, abra o menu do Windows e clique em Hierarquia de estímulos para torná-lo visível.
Figura 4-2. Simulando o projeto de pré-síntese
ModelSim abre com o testbench file conforme mostrado na figura a seguir.
Figura 4-3. Janela de Simulação ModelSim
Importante: Se a simulação for interrompida devido ao limite de tempo de execução especificado no .do file, use o comando run -all para concluir a simulação.
Histórico de revisão
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O histórico de revisão descreve as alterações que foram implementadas no documento. As alterações são listadas por revisão, começando com a publicação mais atual.
Tabela 5-1. Histórico de Revisão
Revisão | Data | Descrição |
A | 03/2023 | A seguir está a lista de alterações na revisão A do documento: • Migrei o documento para o modelo Microchip. • Atualizado o número do documento para DS00004913A de 50200659. • Adicionado 3. Diagramas de tempo. • Adicionado 4. Bancada. |
3.0 | — | A seguir está um resumo das alterações feitas nesta revisão: • Adicionada a versão IP ao título do documento. • Adicionados sinais de saída speed_done_o e speed_filter_done_o. • Seção de parâmetro de configuração removida da implementação de hardware. |
2.0 | — | Atualizado o documento com os novos sinais de saída. |
1.0 | — | A revisão 1.0 foi a primeira publicação deste documento. |
Suporte a microchips FPGA
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O grupo de produtos Microchip FPGA apoia seus produtos com vários serviços de suporte, incluindo Atendimento ao Cliente, Centro de Suporte Técnico ao Cliente, website e escritórios de vendas em todo o mundo. Sugere-se que os clientes visitem os recursos on-line da Microchip antes de entrar em contato com o suporte, pois é muito provável que suas dúvidas já tenham sido respondidas.
Entre em contato com o Centro de Suporte Técnico através do website em www.microchip.com/support. Mencione o número de peça do dispositivo FPGA, selecione a categoria de caso apropriada e carregue o design files ao criar um caso de suporte técnico.
Entre em contato com o Atendimento ao cliente para obter suporte não técnico ao produto, como preços de produtos, atualizações de produtos, informações de atualização, status do pedido e autorização.
- Da América do Norte, ligue para 800.262.1060
- Do resto do mundo, ligue para 650.318.4460
- Fax, de qualquer lugar do mundo, 650.318.8044
Informação do Microchip
O Microchip Website (Faça uma pergunta)
A Microchip fornece suporte online através do nosso website em www.microchip.com/. Esse website é usado para fazer files e informações facilmente disponíveis para os clientes. Alguns dos conteúdos disponíveis incluem:
- Suporte ao produto – Folhas de dados e errata, notas de aplicação e sampprogramas, recursos de design, guias do usuário e documentos de suporte de hardware, lançamentos de software mais recentes e software arquivado
- Suporte Técnico Geral – Perguntas frequentes (FAQs), solicitações de suporte técnico, grupos de discussão on-line, lista de membros do programa de parceiros de design de microchip
- Negócios de Microchip – Seletor de produtos e guias de pedidos, comunicados de imprensa mais recentes da Microchip, lista de seminários e eventos, listas de escritórios de vendas, distribuidores e representantes de fábrica da Microchip
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- Engenheiro de Soluções Incorporadas (ESE)
- Suporte Técnico
Os clientes devem entrar em contato com seu distribuidor, representante ou ESE para obter suporte. Escritórios de vendas locais também estão disponíveis para ajudar os clientes. Uma lista de escritórios de vendas e locais está incluída neste documento.
O suporte técnico está disponível através do website em: www.microchip.com/support
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Austrália – Sydney Telefone: 61-2-9868-6733 China – Pequim Telefone: 86-10-8569-7000 China-Chengdu Telefone: 86-28-8665-5511 China – Chongqing Telefone: 86-23-8980-9588 China – Dongguan Telefone: 86-769-8702-9880 China – Cantão Telefone: 86-20-8755-8029 China – Hangzhou Telefone: 86-571-8792-8115 China – RAE de Hong Kong Telefone: 852-2943-5100 China – Nanquim Telefone: 86-25-8473-2460 China-Qingdao Telefone: 86-532-8502-7355 China – Xangai Telefone: 86-21-3326-8000 China-Shenyang Telefone: 86-24-2334-2829 China – Shenzen Telefone: 86-755-8864-2200 China – Suzhou Telefone: 86-186-6233-1526 China-Wuhan Telefone: 86-27-5980-5300 China –Xian Telefone: 86-29-8833-7252 China – Xiamen Telefone: 86-592-2388138 China-Zhuhai Telefone: 86-756-3210040 |
Índia – Bangalore Telefone: 91-80-3090-4444 Índia – Nova Deli Telefone: 91-11-4160-8631 Índia - Pune Telefone: 91-20-4121-0141 Japão – Osaka Telefone: 81-6-6152-7160 Japão – Tóquio Telefone: 81-3-6880-3770 Coreia – Daegu Telefone: 82-53-744-4301 Coreia – Seul Telefone: 82-2-554-7200 Malásia – Kuala Lumpur Telefone: 60-3-7651-7906 Malásia – Penang Telefone: 60-4-227-8870 Filipinas – Manila Telefone: 63-2-634-9065 Cingapura Telefone: 65-6334-8870 Taiwan-Hsin Chu Telefone: 886-3-577-8366 Taiwan – Kaohsiung Telefone: 886-7-213-7830 Taiwan – Taipé Telefone: 886-2-2508-8600 Tailândia – Bangkok Telefone: 66-2-694-1351 Vietnã – Ho Chi Minh Telefone: 84-28-5448-2100 |
Áustria – Wels Telefone: 43-7242-2244-39 Fax: 43-7242-2244-393 Dinamarca – Copenhague Telefone: 45-4485-5910 Fax: 45-4485-2829 Finlândia – Espoo Telefone: 358-9-4520-820 França – Paris Tel: 33-1-69-53-63-20 Fax: 33-1-69-30-90-79 Alemanha – Garching Telefone: 49-8931-9700 Alemanha – Han Telefone: 49-2129-3766400 Alemanha – Heilbronn Telefone: 49-7131-72400 Alemanha – Karlsruhe Telefone: 49-721-625370 Alemanha – Munique Tel: 49-89-627-144-0 Fax: 49-89-627-144-44 Alemanha – Rosenheim Telefone: 49-8031-354-560 Israel – Ra'anana Telefone: 972-9-744-7705 Itália – Milão Telefone: 39-0331-742611 Fax: 39-0331-466781 Itália – Pádua Telefone: 39-049-7625286 Holanda – Drunen Telefone: 31-416-690399 Fax: 31-416-690340 Noruega – Trondheim Telefone: 47-72884388 Polônia – Varsóvia Telefone: 48-22-3325737 Romênia – Bucareste Tel: 40-21-407-87-50 Espanha – Madri Tel: 34-91-708-08-90 Fax: 34-91-708-08-91 Suécia – Gotemburgo Tel: 46-31-704-60-40 Suécia – Estocolmo Telefone: 46-8-5090-4654 Reino Unido – Wokingham Telefone: 44-118-921-5800 Fax: 44-118-921-5820 |
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Interface do codificador MICROCHIP v4.2 [pdf] Guia do Usuário Interface do codificador v4.2, v4.2, Interface do codificador, Interface |