一 概述
絕對式編碼器利用自然二進制、循環二進制（格雷碼）或PRC碼對碼盤上的物理刻線進行光電轉換，將連接軸的轉動角度量轉換成相應的電脈沖序列并以數字量輸出。它具有體積小、精度高、接口數字化及絕對定位等優點，被廣泛應用于雷達、轉臺、機器人、數控機床和高精度伺服系統等諸多領域。絕對式編碼器的數據輸出以同步串行輸出為主，EnDat接口是海德漢專為編碼器設計的數字式、全雙工同步串行接口。它不僅能為增量式和絕對式編碼器傳輸位置值，同時也夠傳輸或更新存儲在編碼器中的信息，或保存新的信息。由于使用了串行傳輸方式，所以只需四條信號線，在后續電子設備的時鐘激勵下，數據信息被同步傳輸。數據類型（位置值、參數、診斷信息等）由后續電子設備發送給編碼器的模式指令選擇決定。
二 EnDat接口介紹
1. EnDat接口的特點
高性能低成本：通用的接口適用于所有的增量和絕對式編碼器，更經濟的電能消耗，小的尺寸和緊湊的連接方式，快速系統配置，零點可根據偏置值浮動。
更好的信號質量：編碼器內部特別的優化提高了系統精度，為數控系統提供更好的輪廓精度。
更好的實用性：自動系統配置功能；數字信號提高了系統的可靠性；監控與診斷信息有利于系統的安全；冗余碼校驗有利于可靠的信號傳輸。
提高了系統的安全性：兩個獨立的位置信息及錯誤信息位，數據的校驗和及應答。
適用于先進的技術發展：（高的分辨率、短的控制周期，最快16M時鐘，安全設計理念）適用于直接驅動技術。
圖1 EnDat接口編碼器數據采集原理圖
2. EnDat2.2編碼器性能的提高
傳輸位置值與附加信息可同時傳輸：附加信息的類型可通過存儲地址選擇碼選擇。
編碼器數據存儲區域包括編碼器制造商參數、OEM廠商參數、運行參數、運行狀態，便于系統實現參數配置。
EnDat2.2編碼器實現了全數字傳輸，增量信號的處理在編碼器內部完成（內置14Bit細分），提高了信號傳輸的質量和可靠性，可實現更高的分辨率。
監控和診斷功能，報警條件包括：光源失效、信號幅值不足、位置計算錯誤、運行電壓太低或太高、電流消耗太大等；當編碼器的一些極限值被接近或超過時提供警告信號。
更寬的電壓范圍（3.6~14V）和傳輸速率（16M）。
3. 時序和OEM數據存儲
在每一幀同步數據傳輸時一個數據包被發送，傳輸循環從時鐘的第一個下降沿開始測量值被保存，計算位置值。在兩個時鐘脈沖（2T）后，后續電子設備發送模式指令“編碼器傳輸位置值”（帶或不帶附加信息）。
在計算出了絕對位置值后（tcal－－-見圖2 ），從起始位開始編碼器向后續電子設備傳輸數據，后續的錯誤位F1和F2（只存在于EnDat2.2指令中）是為所有的監控功能和故障監控服務的群組信號，他們的生成相互獨立，用來表示可能導致不正確位置信息的編碼器故障。導致故障的確切原因保存在“運行狀態”存儲區，可以被后續電子設備查詢。
從最低位開始，絕對位置值被傳輸，數據的長度由使用的編碼器類型決定。傳輸位置值所需的時鐘脈沖數保存在編碼器制造商的參數中。位置值數據的傳輸以循環冗余檢測碼結束。
圖2 無附加信息的位置值傳輸
位置值如果帶附加信息，緊接在位置值后的是附加信息1和2，他們也各以一個CRC結束。附加信息的內容由存儲區的選擇地址決定，然后在后面的采樣周期里被傳輸。在后續的傳輸中一直傳輸該信息，直到新的存儲區被選擇。在數據字的結尾，時鐘信號必須置高電平。10us到30us或1.25us到3.75us（EnDat2.2可編程的恢復時間tm）后，數據線回到低電平，然后，新的數據傳輸可在新的時鐘信號下開始。
圖3 帶附件信息的位置傳輸
同時，編碼器為參數提供了不同的存儲區，它們可以被后續電子設備讀取，這些區域可以被編碼器制造商、OEM廠商甚至最終用戶寫入。一些特定的區域是可以被寫保護的。不同系列的編碼器支持不同的OEM存儲區和不同的地址范圍。因此，每一個編碼器必須讀取OEM存儲區的分配信息。基于此原因，后續電子電路應基于相對地址編程，而不能使用絕對地址。
三 EnDat接口后續電子設備的電路設計方案
使用者可以根據EnDat接口協議和電路電氣特性自行設計接口電路進行數據采集與處理，同時海德漢也提供了特定的數據處理芯片供用戶選擇。如果用戶自行設計電路，需遵循EnDat接口的電氣特性，并需要掌握EnDat接口的協議，保證嚴格遵循協議的時序要求和數據幀格式。而如果采用海德漢提供的數據處理芯片，則可以簡化設計，用戶只需配置FPGA的寄存器，按照芯片可接受的指令格式發送指令，就可獲得需要的數據。
通過遵循RS 一485 （差分信號）標準的收發元件，在后續電子設備發出的同步時鐘激勵下，數據（位置值和參數）可以在編碼器和后續電子設備之間雙向傳輸。
四 FPGA+軟件宏
海德漢的合作伙伴MAZet公司針對Xilinx公司的Virtex和Spartan系列及Altera公司的Acex和Cyclone系列提供了EnDat協議的軟件宏，根據客戶需求，MAZet公司還可以提供定制軟核。該軟核實現了EnDat接口的所有功能，用戶可通過6位地址線和16位數據線與微控制器進行8位或16位的數據傳輸。下面是FPGA的模塊圖和電路設計。
圖4 FPGA模塊圖
