FPGA-based custom IP for quadrature encoders decoding

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Publisher
Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid
Date
2020-12-22
Abstract
Description
Quadrature encoders are the most widely used sensors to measure the position, speed and acceleration of motors. For its proper functioning, it is required the implementation of decoding circuits based on the pulse count and the determination of the direction of rotation of the motor shaft, considering the efficient use of resources and the elimi-nation of errors. Such circuits are usually implemented in microcontrollers-based or microprocessors-based plat-forms. However, FPGAs have characteristics that make them ideal for this type of application. In this work, a cus-tom IP for the conditioning of four quadrature encoders is presented, which generates count values for each encod-er on a time base that can be determined internally or externally and eliminate the errors that occur in the changes of the direction of rotation. The simulation results of the hardware description and its implementation in an FPGA-based mobile robot are presented.Los encoders de cuadratura son los sensores más ampliamente utilizados para medir la posición, velocidad y aceleración de motores. Para su correcto funcionamiento se requiere la implementación de circuitos de decodificación basados en el conteo de pulsos y la determinación de la dirección de rotación, que consideren el uso eficiente de recursos y la eliminación de errores. Dichos circuitos se implementan usualmente en microcontroladores; sin embargo, las FPGAs tienen características que las hacen ideales para este tipo de aplicaciones. En este trabajo se presenta un módulo IP para el acondicionamiento de cuatro encoders de cuadratura, que genera valores de conteo para cada encoder en una base de tiempo que puede ser determinada interna o externamente y elimina los errores que se presentan en los cambios de dirección de rotación. Se presentan los resultados de simulación de la descripción de hardware y su implementación en un robot móvil basado en FPGA.
Los encoders de cuadratura son los sensores más ampliamente utilizados para medir la posición, velocidad y aceleración de motores. Para su correcto funcionamiento se requiere la implementación de circuitos de decodificación basados en el conteo de pulsos y la determinación de la dirección de rotación, que consideren el uso eficiente de recursos y la eliminación de errores. Dichos circuitos se implementan usualmente en microcontroladores; sin embargo, las FPGAs tienen características que las hacen ideales para este tipo de aplicaciones. En este trabajo se presenta un módulo IP para el acondicionamiento de cuatro encoders de cuadratura, que genera valores de conteo para cada encoder en una base de tiempo que puede ser determinada interna o externamente y elimina los errores que se presentan en los cambios de dirección de rotación. Se presentan los resultados de simulación de la descripción de hardware y su implementación en un robot móvil basado en FPGA.Quadrature encoders are the most widely used sensors to measure the position, speed and acceleration of motors. For its proper functioning, it is required the implementation of decoding circuits based on the pulse count and the determination of the direction of rotation of the motor shaft, considering the efficient use of resources and the elimi-nation of errors. Such circuits are usually implemented in microcontrollers-based or microprocessors-based plat-forms. However, FPGAs have characteristics that make them ideal for this type of application. In this work, a cus-tom IP for the conditioning of four quadrature encoders is presented, which generates count values for each encod-er on a time base that can be determined internally or externally and eliminate the errors that occur in the changes of the direction of rotation. The simulation results of the hardware description and its implementation in an FPGA-based mobile robot are presented.
Keywords
Encoder de cuadratura, IP personalizada, FPGA, robótica, Quadrature encoder, custom IP, FPGA, robotics
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