(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
实验室用振荡器
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810437784.2
(22)申请日 2018.05.09
(71)申请人 中国科学院长春光学精密机械与物
倒挂器
理研究所
地址 130033 吉林省长春市经济技术开发
区东南湖大路3888号
(72)发明人 张玉莲 刘慧 张明月 高思远
葛航宇 储海荣 张宏巍
(74)专利代理机构 深圳市科进知识产权代理事
务所(普通合伙) 44316
代理人 赵勍毅
(51)Int.Cl.
G05B 19/042(2006.01)
(54)发明名称
系统
(57)摘要
本发明公开一种基于状态机的AS5048A磁编
码器控制方法及系统，涉及编码器领域，解决了
AS5048A磁编码器的测试及应用问题。磁编码器
块、状态转换模块及错误监测模块。本发明通过
门控系统信号处理板上的FPGA控制逻辑实现与AS5048A的
SPI接口及数据解析，通过UART模块将AS5048A控
网络流量监测
平转换电路将TTL电平转换为RS232电平，通过上
位机的串口调试助手可接收到磁编码器的角度
测量信息。由此获得的角度信息为数字量，可与
控制器无缝对接，无需A/D采集，可广泛应用于各
种角度非接触式测量。权利要求书2页 说明书7页 附图5页CN 108873770 A 2018.11.23
C N 108873770
A
毛巾挂件1.一种基于状态机的AS5048A磁编码器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、通过AS5048A敏感感应磁铁的磁场变化，并通过AS5048A内部的Sigma-Delta模数转换器及数字信号处理算法处理后，由SPI接口输出高精度的角度信息；
步骤2、通过AS5048A控制模块访问AS5048A的内部寄存器，对AS5048A进行配置，配置成功后，获得测量的角度信息及表征磁场大小的数据，还通过AS5048A控制模块获取磁场大小数据来辅助调节感应磁铁与AS5048A芯片表面的距离；
步骤3、将AS5048A控制模块解析得到的角度信息发送给上位机。
2.如权利要求1所述的基于状态机的AS5048A磁编码器控制方法，其特征在于，AS5048A 控制模块为在FPGA下的模块，所述FPGA还包括UART模块；
步骤3中，FPGA将接收到的AS5048A的角度信息解析后通过UART模块进行串口输出，便于伺服控制器接收角位置数据，将磁编码器的控制与接口集成在一起；
并通过电平转换电路将FPGA的I/O口的TTL电平转换为RS232电平；
通过RS232至USB转换器进行转换，上位机的串口调试助手可以接收到UART模块发送的角度信息。
3.如权利要求2所述的基于状态机的AS5048A磁编码器控制方法，其特征在于，FPGA还包括时钟模块和复位模块，时钟模块提供系统工作的时钟信号，复位模块在上电后完成系统的初始化。
4.如权利要求1所述的基于状态机的AS5048A磁编码器控制方法，其特征在于，步骤1中，所述AS5048A芯片用于精确测量360°以内的角度，14位满量程分辨率为0.0219°/LSB，由SPI接口输出高精度的角度信息。
5.如权利要求1所述的基于状态机的AS5048A磁编码器控制方法，其特征在于，步骤2中，AS5048A控制模块包括：SPI协议解析模块、SPI控制模块、状态转换模块、错误监测模块：通过SPI协议解析模块实现SPI串行数据与16位并行数据的相互转换，将AS5048A由MISO输出的串行数据解析为16位的并行数据，得到14位角度信息和磁场强度信息，或者将控制器发送的16位并行数据转换为串行数据，转换后的串行数据经由MOSI传输至AS5048A 从而控制其工作状态；
通过SPI控制模块对SPI协议解析模块进行控制，实现对AS5048A的agc寄存器、mag寄存器、angle寄存器的访问，AS5048A对于单个读命令需要两个传输周期，第一个传输周期写入AS5048A的数据包由读命令和芯片地址组成，第二个传输周期写入AS5048A的数据包可以是任何命令，在第二个SPI传输循环完成时由SPI协议解析模块的MISO接收寄存器读取AS5048A发送的数据；
通过状态转换模块完成工作状态与清除错误状态的转换，若某次访问AS5048A寄存器出现错误时，则
转入AS5048A清除错误状态，通过状态转换模块与SPI控制模块进行交互，当处在某个工作状态时，SPI控制模块执行完相应的操作后反馈给状态转换模块，状态转换模块切换工作状态后通知SPI控制模块进入新的工作状态；
通过错误监测模块监测磁编码器输出的角度信息和磁场强度信息等是否正常，当磁场过强或过弱以及硬件连接有问题或者数据传输有错误时，对错误标志进行置位。
6.一种基于状态机的AS5048A磁编码器控制系统，其特征在于，包括：
AS5048A，AS5048A敏感感应磁铁的磁场变化，并通过AS5048A内部的Sigma-Delta模数
转换器及数字信号处理算法处理后，由SPI接口输出高精度的角度信息；
AS5048A控制模块，AS5048A控制模块访问AS5048A的内部寄存器，对AS5048A进行配置，配置成功后，获得测量的角度信息及表征磁场大小的数据，还通过AS5048A控制模块获取磁场大小数据来辅助调节感应磁铁与AS5048A芯片表面的距离；
上位机，用于获取AS5048A控制模块解析得到的角度信息。
7.如权利要求6所述的基于状态机的AS5048A磁编码器控制系统，其特征在于，AS5048A 控制模块为在FPGA下的模块，所述FPGA还包括UART模块；
FPGA用于将接收到的AS5048A的角度信息解析后通过UART模块进行串口输出，便于伺服控制器接收角位置数据，将磁编码器的控制与接口集成在一起；
用于通过电平转换电路将FPGA的I/O口的TTL电平转换为RS232电平；
用于通过RS232至USB转换器进行转换，上位机的串口调试助手可以接收到UART模块发送的角度信息。
8.如权利要求7所述的基于状态机的AS5048A磁编码器控制系统，其特征在于，FPGA还包括时钟模块和复位模块，时钟模块提供系统工作的时钟信号，复位模块在上电后完成系统的初始化。
9.如权利要求6所述的基于状态机的AS5048A磁编码器控制系统，其特征在于，所述AS5048A芯片用于精确测量360°以内的角度，14位满量程分辨率为0.0219°/LSB，由SPI接口输出高精度的角度信息。
10.如权利要求6所述的基于状态机的AS5048A磁编码器控制系统，其特征在于，AS5048A控制模块包括：SPI协议解析模块、SPI控制模块、状态转换模块、错误监测模块：通过SPI协议解析模块实现SPI串行数据与16位并行数据的相互转换，将AS5048A由MISO输出的串行数据解析为16位的并行数据，得到14位角度信息和磁场强度信息，或者将控制器发送的16位并行数据转换为串行数据，转换后的串行数据经由MOSI传输至AS5048A 从而控制其工作状态；
通过SPI控制模块对SPI协议解析模块进行控制，实现对AS5048A的agc寄存器、mag寄存器、angle寄存器的访问，AS5048A对于单个读命令需要两个传输周期，第一个传输周期写入AS5048A的数据包由读命令和芯片地址组成，第二个传输周期写入AS5048A的数据包可以是任何命令，在第二个SPI传输循环完成时由SPI协议解析模块的MISO接收寄存器读取AS5048A发送的数据；
通过状态转换模块完成工作状态与清除错误状态的转换，若某次访问AS5048A寄存器出现错误时，则转入AS5048A清除错误状态，通过状态转换模块与SPI控制模块进行交互，当处在某个工作状态时，SPI控制模块执行完相应的操作后反馈给状态转换模块，状态转换模块切换工作状态后通知SPI控制模块进入新的工作状态；
通过错误监测模块监测磁编码器输出的角度信息和磁场强度信息等是否正常，当磁场过强或过弱以及硬件连接有问题或者数据传输有错误时，对错误标志进行置位。
基于状态机的AS5048A磁编码器控制方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及编码器技术领域，具体涉及一种基于状态机的AS5048A磁编码器控制方法，应用于各种角度非接触式测量中，所获得的角度信息可应用于云台控制、舵机控制等伺服系统的闭环控制。
背景技术
[0002]编码器是伺服控制系统的关键器件，主要用于伺服电机的角度、转速的测量。伺服控制系统的角度测量多使用电位计、光电编码器和旋转变压器等测量手段，虽测量精度高但存在成本高、抗干扰性能差、体积大等缺陷。磁编码器是一种磁阻效应编码器，可实现无接触角度测量，无磨损，抗干扰效果好，不易受油污、灰尘、结露等恶劣条件的影响，其结构简单紧凑，高频特性好，虽然其分辨率与精度比电位计和光电编码器低，但在要求低成本、抗环境干扰强的场合下仍然有广泛的应用需求。
发明内容
[0003]本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种基于状态机的AS5048A磁编码器控制方法及系统，应用于各种角度非接触式测量中，所获得的角度信息可应用于云台控制、舵机控制等伺服系统的闭环控制。
[0004]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提供一种基于状态机的AS5048A磁编码器控制方法，包括如下步骤：
[0005]步骤1、通过AS5048A敏感感应磁铁的磁场变化，并通过AS5048A内部的Sigma-Delta模数转换器及数字信号处理算法处理后，由SPI接口输出高精度的角度信息；[0006]步骤2、通过AS5048A控制
模块访问AS5048A的内部寄存器，对AS5048A进行配置，配置成功后，获得测量的角度信息及表征磁场大小的数据，还通过AS5048A控制模块获取磁场大小数据来辅助调节感应磁铁与AS5048A芯片表面的距离；
[0007]步骤3、将AS5048A控制模块解析得到的角度信息发送给上位机。
[0008]AS5048A控制模块为在FPGA下的模块，所述FPGA还包括UART模块；
[0009]步骤3中，FPGA将接收到的AS5048A的角度信息解析后通过UART模块进行串口输出，便于伺服控制器接收角位置数据，将磁编码器的控制与接口集成在一起；
[0010]并通过电平转换电路将FPGA的I/O口的TTL电平转换为RS232电平；
[0011]通过RS232至USB转换器进行转换，上位机的串口调试助手可以接收到UART模块发送的角度信息。
[0012]FPGA还包括时钟模块和复位模块，时钟模块提供系统工作的时钟信号，复位模块在上电后完成系统的初始化。
[0013]步骤1中，所述AS5048A芯片用于精确测量360°以内的角度，14位满量程分辨率为0.0219°/LSB，由SPI接口输出高精度的角度信息。
[0014]步骤2中，AS5048A控制模块包括：SPI协议解析模块、SPI控制模块、状态转换模块、
错误监测模块：
[0015]通过SPI协议解析模块实现SPI串行数据与16位并行数据的相互转换，将AS5048A 由MISO输出的串行数据解析为16位的并行数据，得到14位角度信息和磁场强度信息，或者将控制器发送的16位并行数据转换为串行数据，转换后的串行数据经由MOSI传输至AS5048A从而控制其工作状态；
[0016]通过SPI控制模块对SPI协议解析模块进行控制，实现对AS5048A的agc寄存器、mag 寄存器、angle寄存器的访问，AS5048A对于单个读命令需要两个传输周期，第一个传输周期写入AS5048A的数据包由读命令和芯片地址组成，第二个传输周期写入AS5048A的数据包可以是任何命令，在第二个SPI传输循环完成时由SPI协议解析模块的MISO接收寄存器读取AS5048A发送的数据；
[0017]通过状态转换模块完成工作状态与清除错误状态的转换，若某次访问AS5048A寄存器出现错误时，则转入AS5048A清除错误状态，通过状态转换模块与SPI控制模块进行交互，当处在某个工作状态时，SPI控制模块执行完相应的操作后反馈给状态转换模块，状态转换模块切换工作状态后通知SPI控制模块进入新的工作状态；
[0018]通过错误监测模块监测磁编码器输出的角度信息和磁场强度信息等是否正常，当磁场过强或过
弱以及硬件连接有问题或者数据传输有错误时，对错误标志进行置位。[0019]为实现上述目的，本发明还采用以下技术方案：提供一种基于状态机的AS5048A磁编码器控制系统，包括：
[0020]AS5048A，AS5048A敏感感应磁铁的磁场变化，并通过AS5048A内部的Sigma-Delta 模数转换器及数字信号处理算法处理后，由SPI接口输出高精度的角度信息；
抗振压力表[0021]AS5048A控制模块，AS5048A控制模块访问AS5048A的内部寄存器，对AS5048A进行配置，配置成功后，获得测量的角度信息及表征磁场大小的数据，还通过AS5048A控制模块获取磁场大小数据来辅助调节感应磁铁与AS5048A芯片表面的距离；
[0022]上位机，用于获取AS5048A控制模块解析得到的角度信息。
[0023]AS5048A控制模块为在FPGA下的模块，所述FPGA还包括UART模块；
[0024]FPGA用于将接收到的AS5048A的角度信息解析后通过UART模块进行串口输出，便于伺服控制器接收角位置数据，将磁编码器的控制与接口集成在一起；
[0025]用于通过电平转换电路将FPGA的I/O口的TTL电平转换为RS232电平；
[0026]用于通过RS232至USB转换器进行转换，上位机的串口调试助手可以接收到UART模块发送的角度信息。
[0027]FPGA还包括时钟模块和复位模块，时钟模块提供系统工作的时钟信号，复位模块在上电后完成系统的初始化。
[0028]所述AS5048A芯片用于精确测量360°以内的角度，14位满量程分辨率为0.0219°/ LSB，由SPI接口输出高精度的角度信息。
[0029]AS5048A控制模块包括：SPI协议解析模块、SPI控制模块、状态转换模块、错误监测模块：
[0030]通过SPI协议解析模块实现SPI串行数据与16位并行数据的相互转换，将AS5048A 由MISO输出的串行数据解析为16位的并行数据，得到14位角度信息和磁场强度信息，或者将控制器发送的16位并行数据转换为串行数据，转换后的串行数据经由MOSI传输至
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