一种BiSS协议的编码器数据读取方法摘要：针对目前BiSS协议编码器

摘要：针对目前BiSS协议编码器数据读取多采用FPGA实现的实际情况，文中介绍一种基于XMC4500微控制器的BiSS协议编码器数据读取实现方案。采用该方案，可将使用BiSS协议编码器的伺服系统控制电路常用的DSP+FPGA双控制器架构方式简化为XMC4500单控制器方式，在一定程度上降低了硬件成本和开发难度。用该方案采集BiSS协议编码器数据的实物平台，使用LabVIEW显示对读取的数据，并与电机自带增量编码器值进行对比，同时记录BiSS协议编码器实际数据波形图，结果表明，该方案具有较高的采样速率和较好的读取效果，具有一定参考价值。
0引言
BiSS协议是一种快速双向通信协议，具有通信速率高、抗干扰能力强、硬件电路简单等优点，在伺服系统位置传感器领域得到了越来越广泛的使用[1-2] 。 BiSS通信协议物理接口采用全双工差分RS422方式，但由于其时序较为独立及长度不定，难以使用常用的通用异步串口直接对BiSS协议编码器数据解码读取。实际使用中， BiSS协议的编码器数据可通过编码器厂商提供的专用解码芯片、微控制器或FPGA读取[3] 。编码器厂商提供的专用解码芯片一般价格较高且功能单一；文献[4]中提出使用CY8C29466微控制器对BiSS协议编码器数据进行解码，以读取正确的解码值，但受限于微控制器功能及性能，只能实现较低的采样速率，难以满足高速、高性能伺服控制系统的要求；文献[5]提出使用A3P400型FPGA对BiSS协议编码器数据进行解码，以准确读取解码值且具有较高采样速率，但FPGA只用于编码器数据采集，实际伺服电机由DSP驱动，即伺服系统电路结构采用DSP+FPGA方式实现。这种双控制器方式通过高性能DSP实现控制算法的快速准确计算，同时利用FPGA的并行机理完成信号采集[6] 。如果可以使用较为简化的硬件电路实现对BiSS协议编码器数据准确的解码，并具有较高的数据采样速率，这样的方式显然具有更高实用价值。

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1设计方案
BiSS-B在BiSS协议中应用最为广泛，由于涉及专利保护问题，随之开发出BiSS-C协议， BiSS-C与BiSS-B可实现物理接口兼容[7] ，不同点在于两者时序定义略有差异，文中编码器使用BiSS-B协议。 BiSS协议具有传感器模式和寄存器模式两种不同工作模式，前者可实现编码器数据的快速读取，后者可实现编码器寄存器数据的读写双向访问[8] ，文中基于传感器模式对方案的可行性进行了验证。
BiSS协议编码器使用Hengstler公司的AD36-1213AF.0RBI多圈绝对式光电编码器，其具有500kHz带宽，适合作为无刷伺服电机位置传感器。 BiSS-B协议传感器模式时序如图1所示。
MA为BiSS总线的时钟线， SLO为Biss总线的数据线。当MA和SLO同为高电平状态时，总线处于空闲时间，不进行数据传送。非空闲时间BiSS-B协议编码器数据线SLO上的数据帧格式如图2所示，图中括号内的数字表示该段数据所占用的MA时钟个数，不带括号的表示与MA时钟个数无关。

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根据3种不同BiSS协议编码器数据解码方式特点和BiSS-B协议编码器时序的分析，文中采用XMC4500微处理器实现对BiSS-B协议编码器数据的解码，该方案硬件电路组成如图3所示。

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XMC4500是Infineon公司推出的基于ArmCortex-M4内核的微控制器，主频可以达到120MHz ，其内部集成多种专用电机控制外设，有多达6个通信接口方面，分别用于UART、SPI、IIC和IIS等4种不同功能的通用串行接口。本文使用其SPI功能接口实现对BiSS-B编码器数据的解码。 XMC4500的SPI接口MOSR引脚作为输出引脚，输出BiSS协议编码器时钟线MA信号；MRSO引脚作为输入引脚，采集BiSS协议编码器数据线SLO上的信号。 LabVIEW是一种图形化编程的数据采集软件，具有数据读取、数据分析、数据管理等功能，可减少程序代码编写，缩短设计时间[9] 。为方便对BiSS编码器数据的观察，使用LabVIEW设计了对应的上位机，显示XMC4500通过UART接口定时发出的编码器解码数据。