上一篇博文给大家介绍了伺服驱动的架构，主要分为功率板 & 控制板，其核心就是控制板中主控的控制算法来进行电机的驱动。在伺服这种高精度定位中驱动电机必须要知道电机转子的准确位置在哪里，这样编码器就是一个必不可少的器件。这一篇博文就让我们一起走进编码器吧。
编码器是伺服系统中的重要部件，用来实时确定电机参数，编码器跟随电机共同旋转从而准确获取电机参数，然后通过编制、转换为用以存储、通讯和传送的信号，反馈给控制器从而形成闭环控制。
按照信号传送方式的不同，编码器分为增量型编码器和绝对值编码器。增量型编码器通过记录旋转圈数的累加值确定电机位置，绝对值编码器可以直接传出位置的数字量，增量型编码器价格便宜，使用领域较广，绝对值编码器价格昂贵，但是数据可靠性和抗干扰性更强。
从物理介质的不同来分，编码器又可以分为光电编码器和磁性编码器。光电编码器采用光学检测原理，一般检测精度相对较高，但在户外及恶劣环境下使用时需要较高的防护要求，并且不适宜在凝露的环境中使用。磁性编码器采用磁阻或者霍尔元件对磁性材料的角度或者位移值进行测量。同光学检测原理相比，磁电式检测原理具有抗振动、抗污染等特点，可应用于传统的光电编码器不能适应的领域。
光电编码器 磁性编码器
近几年，磁编码器逐渐成为工业应用中的主流编码器，部分磁编码器的精度已经发展到了 19 位。磁性编码器主要部分由磁阻传感器、磁鼓、信号处理电路组成。将磁鼓刻录成等间距的小磁极，磁极被磁化后，旋转时产生周期分布的空间漏磁场。磁传感器探头通过磁电阻效应将变化着的磁场信号转化为电阻阻值的变化，在外加电势的作用下，变化的电阻值转化成电压的变化，经过后续信号处理电路的处理，模拟的电压信号转化成微控制器可以识别的数字信号，实现磁编码器的编码功能。
磁编码器信号处理电路框图如下：
系统功能介绍：
- 主 MCU 采集磁 Sensor 出来的信号（正弦值/余弦值）进行运算处理；
- 辅助 MCU 通过霍尔采集电机转子信息记录多圈数据并传送给主 MCU；
- 电机位置等数据存放于 EEPROM 在启动时可直接读取；
我们发现在这样一个架构中需要 MCU 具有高分辨率的 ADC 来采集磁 Sensor 传输的数据，同时需求 AD 的转化速率很快，并且系统主频够高，这样才能快速计算出电机转子角度值并传送给伺服驱动器。
因此在磁编码器中，主控芯片最好有两个 16bit ADC 模块，NXP KV 系列则完美符合需求，其框图如下：
主要特点：
- 具有 DSP 指令的 100 MHz ARM Cortex-M4 内核，每兆赫提供 1.25 Dhrystone MIPS；
- 双路 16bit ADC 模块，可同时进行两路 ADC 采样；
- 硬件 CRC 模块，每个芯片 128 位唯一标识（ID）号，闪存访问控制以保护专有软件；
- 两个带 6 位 DAC 的模拟比较器（CMP）；
辅助芯片不能掉电，因此其休眠功耗越小约好，来看看 NXP LPC802 特性：
主要特点：
- 入门级 MCU，15MHz Cortex-M0 + ARM 内核
- 16 KB 基于 EEPROM 的 FLASH，擦写 Page 大小为 64 B
- Switch Matrix 用于灵活的 I / O 引脚分配
- 四种低功耗模式，休眠功耗 1.2uA
评估套件：
评估套件功能介绍：
电源管理：
- 3 V/1.8 V 可选电源
- 灵活的供电选项 – USB 或外部电源
- 大容量存储设备闪存编程接口，无需安装任何工具即可评估演示应用
- MBED 调试接口具有运行控制调试功能并兼容 IDE 工具
- CMSIS-DAP 接口：面向嵌入式调试接口的 Arm® 新标准
传感器：
- 6 轴传感器，结合了加速度传感器和磁力计（FXOS8700CQ）
- 热敏传感器检测温度
参考资料：
- 田宇，伺服与运动控制系统设计；
- 胡寿松，自动控制原理；
- NXP 官网；
- 百度百科；
- 中国产业信息网；
- 《伺服与运动控制》双月刊；
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