我們知道編碼器的種類有很多，什么增量式編碼器、絕對值編碼器、光電編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器等等。但不管什么類型的編碼器，其目的都類似，得到電機轉(zhuǎn)動的角度、角速度、位移等，并將這些信息告知伺服驅(qū)動器。那么編碼器與伺服驅(qū)動器之間的通信協(xié)議又有哪些呢，下面就跟大家一起來看看幾種市場占有率較高的通信協(xié)議，它們分別是：BiSS-C通信協(xié)議、SSi通信協(xié)議、EnDaT通信協(xié)議、多摩川通信協(xié)議。

**1 ** BiSS-C通信協(xié)議

BiSS-C協(xié)議由德國IC-HAUS開發(fā)，是一種全雙工同步串行總線型協(xié)議，專門為滿足實時、高速、雙向的傳感器通信設計。其典型應用是在運動控制領域?qū)崿F(xiàn)伺服驅(qū)動器與編碼器通信?，F(xiàn)已成為傳感器通信協(xié)議的國際化標準。

目前在市場上支持BiSS-C的驅(qū)動器有華中驅(qū)動器、上銀驅(qū)動器、新代驅(qū)動器等，還有一些驅(qū)動器廠家可以通過協(xié)議轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換來使得BiSS-C協(xié)議轉(zhuǎn)換成驅(qū)動器廠家的所需要的協(xié)議，例如西門子的驅(qū)動器，自身不支持BiSS-C協(xié)議，通過協(xié)議轉(zhuǎn)化器可以實現(xiàn)BiSS-C協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而達到與BiSS-C協(xié)議的編碼器通信。

BiSS-C協(xié)議目前已成為伺服驅(qū)動編碼器協(xié)議的主流協(xié)議之一，且BiSS-C協(xié)議具有其他協(xié)議不可比擬的優(yōu)勢，主要有以下幾點：

(1)成本低

BiSS-C協(xié)議是一種開放式協(xié)議，全數(shù)字特點，因此無需協(xié)議產(chǎn)權成本，全數(shù)字接口無模擬器件的成本。

(2)高速

由于BiSS-C基于RS485/422技術，10MHZ的時鐘頻率可以使編碼器的位置更新速度達到了5～20us，如此高的更新速度可以保證伺服驅(qū)動系統(tǒng)在低速時的超平滑控制。通常情況下，絕對值系統(tǒng)會發(fā)生“當速度轉(zhuǎn)矩抖動達到四倍線速時，性能降低”的現(xiàn)象，而BiSS-C沒有這個限制，所以帶BiSS-C編碼器的伺服電機可以幫助設計者實現(xiàn)高精度的響應速度需求。

(3)工業(yè)靈活性高

BiSS-C協(xié)議具有總線連接方式、報警位、數(shù)據(jù)長度可調(diào)等特點，使得在工業(yè)領域靈活性更高。BiSS-C協(xié)議主要采用兩種工作模式：傳感器模式和寄存器模式。

傳感器模式：在驅(qū)動控制系統(tǒng)下，編碼器將連續(xù)工作于傳感器模式下。傳感器模式下可以根據(jù)數(shù)據(jù)后方的6位CRC校驗位來保證數(shù)據(jù)的準確性，傳輸32位的數(shù)據(jù)僅需約5us，其中包括編碼器內(nèi)部處理延時。

寄存器模式：寄存器模式既可以讀取編碼器參數(shù)，也可以存儲參數(shù)于編碼器，并可以查看更詳細的報警內(nèi)容。如污染、離位、過溫、過壓的自定義報警內(nèi)容。這些參數(shù)可以存放于一個256字節(jié)的寄存器組，BiSS-C協(xié)議的上位機可以通過寄存器模式對編碼器的EEPROM進行讀取寫入的操作。

**2 **SSI 通訊協(xié)議

SSI 通訊協(xié)議全稱為同步串行接口(Synchronous Serial interface)。它是絕對值編碼器一種常用的通信協(xié)議。

在早期的時候，大多數(shù)采用的是并行輸出。隨著編碼器位數(shù)的增長，并行輸出就不適用了，主要原因是經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準、錯誤的現(xiàn)象。比如在傳輸過程中，只要有一根數(shù)據(jù)線受到干擾出現(xiàn)了問題，就會影響最終傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。所以，在這種背景下SSi協(xié)議就應運而生。

隨著時代的發(fā)展，SSi協(xié)議的缺點也逐漸顯現(xiàn)，例如隨著傳輸長度的增加，其波特率就要降低，這樣就導致了長距離傳輸要犧牲一部分傳輸速度。其次，SSi協(xié)議沒有延時補償。不過目前市場上仍有很多設備使用SSi協(xié)議進行通訊。

SSI 通訊的幀格式如圖3所示，數(shù)據(jù)傳輸采用同步方式，在空閑階段不發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候時鐘和數(shù)據(jù)都保持高電位，在第一個脈沖的下降沿觸發(fā)編碼器載入發(fā)送數(shù)據(jù)，然后每一個時鐘脈沖的上升沿編碼器送出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的高位在前，低位在后，當傳送完所有的位數(shù)以后時鐘回到高電平，數(shù)據(jù)也對應回到高電平。

圖3

T 為時鐘的脈沖頻率，Tm 為單穩(wěn)觸發(fā)時間，n 為傳輸位數(shù)。傳輸?shù)奈粩?shù)可以是任意的，但實際使用中單圈編碼器采用 13 位，多圈采用 25 位。對于從方編碼器而言是無法事先知道主方發(fā)送的時鐘脈沖個數(shù)的，因而無法確定幀的起始位和停止位。解決問題的方法是采用高電位保持一段的時間內(nèi)沒有變化作為幀結(jié)束標志。Tm 單穩(wěn)時間就是指這個時間。在實際應用中可以采用一個單穩(wěn)(軟件或者硬件)，把時鐘輸人作為單穩(wěn)的輸入，通過單穩(wěn)輸出控制 SSI 的數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)：單穩(wěn)一旦置位，SSI 的輸出狀態(tài)就要回到初始狀態(tài)，準備開始下一個數(shù)據(jù)的循環(huán)過程。

**3 **EnDat 協(xié)議

EnDat 口是 HIDENHAIN 為編碼器設計的數(shù)字式、全雙工同步串行的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，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(xù)電了設備的時鐘激勵下，數(shù)據(jù)信息被同步傳輸。數(shù)據(jù)類型(位置值、參數(shù)、診斷信息等)由后續(xù)電子設備發(fā)送給編碼器的模式指令選擇決定。

圖4

特點：

1.傳輸位置值與附加信息可同時傳輸，信息的類型可通過存儲地址選擇碼選擇。

2.編碼器數(shù)據(jù)存儲區(qū)域包括編碼器制造商參數(shù)、OEM 廠商參數(shù)、運行參數(shù)、運行狀態(tài)、便于系統(tǒng)實現(xiàn)參數(shù)配置。

3.EnDat2.2編碼器實現(xiàn)了全數(shù)字傳輸，增量信號的處理在編碼器內(nèi)部完成（內(nèi)置 14bit 細分），提供了信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和可靠性，可實現(xiàn)更高的分辨率。

4.監(jiān)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。

5.更寬的電壓范圍（6-14V）和傳輸速率（16M）。

圖5

在每一幀同步數(shù)據(jù)傳輸時一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送，傳輸循環(huán)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(xù)電子設備發(fā)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，從起始位開始編碼器向后續(xù)電子設備傳輸數(shù)據(jù)，后續(xù)的錯誤位 F1 和 F2（只存在于 EnDat2.2 指令中）是為所有的監(jiān)控功能和故障監(jiān)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(tài)”存儲區(qū)，可以被后續(xù)電了設備查詢。

從最低位開始，絕對位置值被傳輸，數(shù)據(jù)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(shù)保存在編碼器制造商的參數(shù)中。位置值數(shù)據(jù)的傳輸以循環(huán)冗余檢測碼結(jié)束。

**4 **多摩川協(xié)議

多摩川絕對值編碼器能夠?qū)崿F(xiàn)單圈 23bit 多圈 16bit 總計39bit 的高解析度。其數(shù)據(jù)通訊是基于 485 硬件接口標準 NRZ 協(xié)議，通訊波特率為 2.5M 的串行通訊。CRC 循環(huán)冗余校驗數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)出錯導致異常的問題發(fā)生，通訊距離可達到 20 米。

圖6

編碼器具備狀態(tài)自建功能，對于電池欠壓、失效、編碼器計數(shù)錯誤、過速度、碼盤故障等可通過編碼器狀態(tài)位讀取出來。驅(qū)動器可通過單獨的指令對單圈數(shù)據(jù)或多圈重置零位，可清除故障標志位。內(nèi)置 768 字節(jié) EEPROM，可擦寫一萬次以上，可寫于電機相關信息，對于伺服驅(qū)動器對電機參數(shù)的自動識別提供了可行的途徑。

通訊步驟如下圖所示：

圖7

驅(qū)動器向編碼器發(fā)送一個控制字 CF，3us 后編碼器返回數(shù)據(jù)包，驅(qū)動器對數(shù)據(jù)包進行解碼并，主控獲取到信息后開始運行相應的算法進行控制。

以上為幾種常用的編碼器通信協(xié)議，我們可以根據(jù)實際項目需求選擇相應的編碼器將數(shù)據(jù)傳送給伺服驅(qū)動器進行控制。