以下文章來源于FPGA之旅，作者電擊小子

一. 簡介

在使用有感FOC算法的時候，離不開使用編碼器來獲取電機角度，編碼器的種類非常多，常見的有AS5600、AS5047P和MT6835等等，它們的驅動方式可以分為IIC、SPI、ABZ和HALL，其中最簡單的就是ABZ方式了，因為它對于任意編碼器來說，驅動方式都是一樣的，只需要將脈沖對應的角度分辨率修改一下即可，而IIC和SPI則會根據不同的芯片，內部寄存器地址和位寬的不一樣，驅動上會存在一些差異，針對這種驅動方式，如何能夠在更換芯片后，對原工程的改動量最小，代碼開發量最小，這正是本篇文章所要介紹的內容。

二. 編碼器模塊介紹

在多路FOC驅動板上，一共是支持了兩種編碼器和兩種角度獲取方式，分別是AS5047P和MT6835，SPI和ABZ。AS5047P的精度是14bit，MT6835的精度是21bit，它們的價格差不多，大家可以根據自己的需求進行選擇，個人感覺精度越高的編碼器調試起來越難(達到編碼器精度所對應的效果)，不知道大家是否有同樣的感覺。

整個編碼器模塊的結構如下圖所示，輸入端為ABZ、SPI的引腳信號，則為角度、速度等信息。ABZ模塊、SPI驅動模塊和角度..檢測模塊為固定模塊，更換編碼器后也不需要進行修改，而AS5047P_SPI模塊和MT6835_SPI模塊則需要根據外接編碼器類型進行選擇。

這樣一來換新編碼器的時候，只需要很小的開發工作就可以完成新編碼器的驅動了。另外這三個角度獲取模塊通過generate條件編譯控制，根據外部parameter參數即可選擇對應的模塊生效。

SPI驅動模塊

SPI驅動模塊的端口信號如下圖所示，CPOL、CPHA控制SPI的模式，SCLK_DIV控制SPI的通信速率，DATA_WIDTH控制單次SPI通信的數據位寬，這樣基本可以滿足所有通過SPI的方式來獲取角度的編碼器了。

2. AS5047P_SPI模塊

AS5047p讀角度信息的過程可以通過數據手冊來獲取，一共需要發起兩次的SPI傳輸，上一次發起的SPI回讀數據會在下一次SPI傳輸時輸出，過程如下圖所示。

角度獲取有兩個寄存器可以讀，分別是0x3FFF和0x3FFE，本次使用的是0x3FFF寄存器，然后NOP指令什么也不操作，最開始設計的時候也沒有考慮那么多，直接先發送一個0x3FFF，然后發送一個NOP，這樣就可以獲取到角度信息了，剛開始用的時候，基本沒有什么問題。

但是在后面繼續用的時候，就出現了非常嚴重的bug，AS5047P會一直讀到錯誤的數據，需要斷電一下編碼器才行。通過debug發現是回傳數據的EF位拉高了，導致無法獲取到正確的數據，而該狀態信息是無法自行清除的，所以只要EF拉高了，在后續的通信過程中會一直拉高，導致角度獲取異常。

通過數據手冊可以看到，通過讀ERRFL可以將錯誤狀態信息給清除，那么我們可以將第二階段的NOP指令換成ERRFL指令就可以了，這樣即使在通信的過程中出現了問題，也會在下一次角度獲取的時候，可以正常通信。

AS5047P的SPI精度為14bit，所以將獲取到的原始數據轉化為角度信息還需要將其乘上1440(擴大65536)即可。

3. MT6835_SPI模塊

MT6835的角度獲取過程會比AS5047P的先對而已簡單許多，只需要一次SPI傳輸即可，傳輸過程如下圖所示，在獲取到數據之后，按照手冊給的信息拼接成完整的角度。MT6835獲取到的原始數據數據為21bit，將其轉為角度需要乘上11.25即可。

4.角度、速度、位置檢測模塊

角度信息在輸入進模塊的時候就已經是角度了，直接將信息輸入即可。

速度信息采用單位時間內角度變化量進行求解，單位時間的選擇不宜過大也不宜過小，本設計采用的是100us，角度輸入的單位是°，直接計算出來的話是°/s，速度一般采用RPM轉每分鐘作為衡量單位，因此需要進行單位的轉換，轉換過程如下圖所示。

10000為100us的倒數。

speed_angle_gap_sum為角度間隔總和

0.000015為每一個speed_angle_gap_sum代表的角度值， 轉換方式為 1/(360*65536)

最后將角度信息擴大100倍進行輸出

位置控制由兩個信號進行控制，一個是使能信號，當該信號使能后，模塊才會累加角度間隔，避免在切換到位置控制的時候，目標角度和實際角度誤差過大的問題。另外一個就是設置當前位置為初始位置，也就是將位置信息置零。

5. ABZ模塊

略

三.小結

本次主要給大家介紹了一下FPGA FOC驅動編碼器模塊的所有內容，和設計過程。在后續新型號的編碼器添加進來的話，可以以最小的代價完成這項工作。