编码器图解
编码器速度和方向检测,371电机方向与速度检测,stm32编码器接口模式
编码器是什么玩意呢，它可是一个好玩的东西，做小车测速必不可少的玩意，下面，我将从编码器的原理讲起，一直到用stm32的编码器接口模式，测出电机转速与方向。
1.编码器图1 编码器示意图图1为编码器的示意图，中间是一个带光栅的码盘，光通过光栅，接收管接收到高电平，没通过，接收到低电平。
电机旋转一圈，码盘上有多少光栅，接受管就会接收多少个高电平。
371电机中的码盘就是这样的，他是334线码盘，具有较高的测速精度,也就是电机转一圈输出334个脉冲，芯片上已集成了脉冲整形触发电路，输出的是矩形波，直接接单片机IO就OK。
增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。
下图为编码器的原理图：图2 增量式旋转编码器A,B两点对应两个光敏接受管，A,B两点间距为 S2 ,码盘的光栅间距分别为S0和S1。
S0+S1的距离是S2的四倍。
这样保证了A，B波形相位相差90度。
旋转的反向不同，锯齿波A，B先到达高电平的顺序就会不同，如上图左侧所示，顺序的不同，就可以得到旋转的方向。
2.stm32编码器接口模式（寄存器）stm32的编码器接口模式在STM32中文参考手册中有详细的说明，在手册273页，14.3.12节。
程序是完全按照下图方式，设置寄存器的。
请到本文尾下载STM32中文参考手册图3从图3中可以看出，TI1波形先于TI2波形90°时，每遇到一个边沿变化是，计数器加1（可以通过寄存器设置加减），可以看出一个光栅，被计数了4次。
TI1波形后于TI2波形90°时，每遇到一次边沿变化，计数器减1。
1.//TIM2_Encoder_Init,Tim2_CH1(PA0);Tim2_CH2(PA1)2.//arr：自动重装值 0XFFFF3.//psc：时钟预分频数，不分频4.void TIM2_Encoder_Init(u16 arr,u16 psc)5.{6. RCC->APB1ENR|=1<<0; //TIM2时钟使能7.RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能PORTA时钟8.9. GPIOA->CRL&=0XFFFFFF00; //PA0、PA1 清除之前设置10. GPIOA->CRL|=0X00000044; //PA0、PA1 浮空输入11.12. TIM2->ARR=arr; //设定计数器自动重装值13. TIM2->PSC=psc; //预分频器14.15.TIM2->CCMR1 |= 1<<0; //输入模式，IC1FP1映射到TI1上16.TIM2->CCMR1 |= 1<<8; //输入模式，IC2FP2映射到TI2上17.TIM2->CCER |= 0<<1; //IC1不反向18.TIM2->CCER |= 0<<5; //IC2不反向19.TIM2->SMCR |= 3<<0; //所用输入均在上升沿或下降沿有效20.TIM2->CR1 |= 1<<0; //使能计数器21.}复制代码3 硬件用到的模块有STM32核心板、L298电机驱动、371带编码器电机（1：34）。
旋转编码器内部构造图文拆解
旋转编码器内部构造图文拆解
首先我们要从上面的图片中了解整个旋转编码器组成部分，基本上分为以下这几大部分。
①.盖片用于整个产品的封盖作用，使产品达到完整性，一般都是采用塑料件注塑工艺。
②.本体部分算是该产品的核心部分，采用的是五金注塑工艺，五金件表面也是经过特殊镀层处理，该部分也是连接电路的端点。
③.接触片是部分带开关编码器的开关功能部件，同样是采用了跟②本体五金部分同样的镀层工艺。
④.硅胶按压子主要是给开关部分提供回弹功能，非普通硅胶按压子在使用寿命上有着可靠的保障。
⑤.波动盘主要是编码的功能同时还起到定位作用，在⑧弹片的弹力下让你在旋转的时候有很好的手感回馈。
⑥.按压子链接轴心穿过轴套将向下的压力传导到硅胶按压子上面，同时还起着带动波动盘旋转的作用.
⑦.卡环一个看似不起眼的小部件，主要是起着卡住轴心以免从轴套中脱落，同样起着重要作用.
⑧.弹片通过两个点跟轴套凸点的铆接再通过另外两个凸点压于波动盘的齿牙上面，使得旋转时起到定位作用。
⑨.轴套一个从字面上都能理解的部分，都以合金材料为主采用的是精密压铸工艺，轴套是包套轴心的主要部件。
⑩.支架通过轴套加盖片将整个产品固定在一起。
⑪.轴心是编码器中有着最多选择的部分，在材料上就有两大类选择，一种是金属轴心一种是塑胶轴心，金属轴心有典型的：铝合金材质、锌合金材质、不锈钢材质、铜材镀镍材质等等，在轴型上还有不同的选择。
收藏超详细的编码器图解
收藏超详细的编码器图解编码器图解01认识编码器（编码器在机器人控制中的应用）02编码器的测量对象03编码器测量直线位移的方式（1）编码器装在丝杠末端通过测量滚珠丝杠的角位移q，间接获得工作台的直线位移x，构成位置半闭环伺服系统。
（2）丝杠螺距设:螺距t=4mm，丝杠在4s时间里转动了10圈，求:丝杠的平均转速n(r/min)及螺母移动了多少毫米？螺母移动的平均速度v又为多少？（3）编码器和伺服电动机同轴安装（4）编码器和伺服电动机同轴安装（5）编码器和伺服电动机同轴安装（6）编码器两种安装方式比较编码器装在丝杠末端与前端（和伺服电动机同轴）在位置控制精度上有什么区别？04绝对式测量（ABS）（1）信号性质输出n位二进制编码，每一个编码对应唯一的角度。
（2）接触式绝对码盘（3）绝对式光电码盘05 增量式测量（INC）（1）信号性质（2）增量式光电编码器的结构（3）辨向光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90°相位，用于辨向。
当码盘正转时，A信号超前B信号0°；当码盘反转时，B信号超前A信号90°。
（4）辨向信号（5）倍频（细分）在现有编码器的条件下，通过细分技术能提高编码器的分辨力。
细分前，编码器的分辨力只有一个分辨角的大小。
采用4细分技术后，计数脉冲的频率提高了4倍，相当于将原编码器的分辨力提高了3倍，测量分辨角是原来的1/4，提高了测量精度。
（6）零标志（一转脉冲）在码盘里圈，还有一条狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。
（7）零标志在回参考点中的作用（8）回参考点减速开关（9）回参考点示意图06编码器在数字测速中的应用（1）模拟测速和数字测速的比较（2）M法测速（适合于高转速场合）有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：n = 60 × 65536 /（1024 × 5）=768 r/min编码器每转产生N 个脉冲，在T 时间段内有m1 个脉冲产生，则转速（r/min)为:n = 60m1 /（NT）（3）T法测速（适合于低转速场合）有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率fc为1MHz ，则转速（r/min)为：n = 60fc /（Nm2 ）=60×106/（1024×3000）=19.53 r/min 编码器每转产生N 个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2，则转速(r/min)为：n = 60fc / （Nm2）07编码器在主轴控制中的应用(1)主轴编码器（2）主轴编码器用于C 轴控制（3）主轴编码器用于螺纹车削车削螺纹时，为保证每次切削的起刀点不变，防止“乱牙”，主轴编码器通过对起刀点到退刀点之间的脉冲进行计数来达到车削螺纹的目的。
旋转编码器工作方式图解
旋转编码器旋转编码器是由光栅盘（又叫分度码盘）和光电检测装置（又叫接收器）组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光栅盘与电机同轴，电机旋转时，光栅盘与电机同速旋转，发光二极管垂直照射光栅盘，把光栅盘图像投射到由光敏元件构成的光电检测装置（接收器）上，光栅盘转动所产生的光变化经转换后以相应的脉冲信号的变化输出。
编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料等。
玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高。
金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性也比玻璃的差一个数量级。
塑料码盘成本低廉，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。
编码器以信号原理来分，有增量式编码器（SPC）和绝对式编码器（APC），顾名思义，绝对式编码器可以记录编码器在一个绝对坐标系上的位置，而增量式编码器可以输出编码器从预定义的起始位置发生的增量变化。
增量式编码器需要使用额外的电子设备（通常是PLC、计数器或变频器）以进行脉冲计数，并将脉冲数据转换为速度或运动数据，而绝对式编码器可产生能够识别绝对位置的数字信号。
综上所述，增量式编码器通常更适用于低性能的简单应用，而绝对式编码器则是更为复杂的关键应用的最佳选择--这些应用具有更高的速度和位置控制要求。
输出类型取决于具体应用。
一：增量式旋转编码器工作原理增量式旋转编码器通过两个光敏接收管来转化角度码盘的时序和相位关系，得到角度码盘角度位移量的增加（正方向）或减少（负方向）。
增量式旋转编码器的工作原理如下图所示。
图中A、B两点的间距为S2，分别对应两个光敏接收管，角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。
当角度码盘匀速转动时，可知输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值相同，同理，当角度码盘变速转动时，输出波形图中的S0：S1：S2比值与实际图的S0：S1：S2比值仍相同。
通过输出波形图可知每个运动周期的时序为：我们把当前的A、B输出值保存起来，与下一个到来的A、B输出值做比较，就可以得出角度码盘转动的方向，如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S1弧度夹角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2，再除以所用的时间，就得到此次角度码盘运动的角速度。
编码器内部PNP NPN详解说明 有图示
编码器输出信号类型一般情况下，从编码器的光电检测器件获取的信号电平较低，波形也不规则，不能直接用于控制、信号处理和远距离传输，所以在编码器内还需要对信号进行放大、整形等处理。
经过处理的输出信号一般近似于正弦波或矩形波，因为矩形波输出信号容易进行数字处理，所以在控制系统中应用比较广泛。
增量式光电编码器的信号输出有集电极开路输出、电压输出、线驱动输出和推挽式输出等多种信号形式。
1集电极开路输出集电极开路输出是以输出电路的晶体管发射极作为公共端，并且集电极悬空的输出电路。
根据使用的晶体管类型不同，可以分为NPN集电极开路输出（也称作漏型输出，当逻辑1时输出电压为0V，如图2-1所示）和PNP集电极开路输出（也称作源型输出，当逻辑1时，输出电压为电源电压，如图2-2所示）两种形式。
在编码器供电电压和信号接受装置的电压不一致的情况下可以使用这种类型的输出电路。
图2-1 NPN集电极开路输出图2-2 PNP集电极开路输出对于PNP型的集电极开路输出的编码器信号，可以接入到漏型输入的模块中，具体的接线原理如图2-3所示。
注意：PNP型的集电极开路输出的编码器信号不能直接接入源型输入的模块中。
图2-3 PNP型输出的接线原理对于NPN型的集电极开路输出的编码器信号，可以接入到源型输入的模块中，具体的接线原理如图2-4所示。
注意：NPN型的集电极开路输出的编码器信号不能直接接入漏型输入的模块中。
图2-4 NPN型输出的接线原理2.2电压输出型电压输出是在集电极开路输出电路的基础上，在电源和集电极之间接了一个上拉电阻，这样就使得集电极和电源之间能有了一个稳定的电压状态，如图2-5。
一般在编码器供电电压和信号接受装置的电压一致的情况下使用这种类型的输出电路。
图2-5电压输出型2.3推挽式输出推挽式输出方式由两个分别为PNP型和NPN型的三极管组成，如图2-6所示。
当其中一个三极管导通时，另外一个三极管则关断，两个输出晶体管交互进行动作。
编码器原理结构图
光电编码器原理结构图增量式光电旋转编码器所谓编码器即是将某种物理量转换为数字格式的装置。
运动控制系统中的编码器的作用是将位置和角度等参数转换为数字量。
可采用电接触、磁效应、电容效应和光电转换等机理，形成各种类型的编码器。
运动控制系统中最常见的编码器是光电编码器。
光电编码器根据其用途的不同分为旋转光电编码器和直线光电编码器，分别用于测量旋转角度和直线尺寸。
光电编码器的关键部件是光电编码装置，在旋转光电编码器中是圆形的码盘(codewheel或codedisk)，而在直线光电编码器中则是直尺形的码尺(codestrip)。
码盘和码尺根据用途和成本的需要，可由金属、玻璃和聚合物等材料制作，其原理都是在运动过程中产生代表运动位置的数字化的光学信号。
图12.1可用于说明透射式旋转光电编码器的原理。
在与被测轴同心的码盘上刻制了按一定编码规则形成的遮光和透光部分的组合。
在码环的一边是发光二极管或白炽灯光源，另一边则是接收光线的光电器件。
码盘随着被测轴的转动使得透过码盘的光束产生间断，通过光电器件的接收和电子线路的处理，产生特定电信号的输出，再经过数字处理可计算出位置和速度信息。
上面所说的是透射式光电编码器的原理。
显然利用光反射原理也可制作光电编码器。
增量编码器的码盘如图12.2所示。
在现代高分辨率码盘上，透光和遮光部分都是很细的窄缝和线条，因此也被称为圆光栅。
相邻的窄缝之间的夹角称为栅距角，透光窄缝和遮光部分大约各占栅距角的1/2。
码盘的分辨率以每转计数(CPR-counts per revolution)表示，亦即码盘旋转一周在光电检测部分可产生的脉冲数。
例如某码盘的CPR为2048，则可以分辨的角度为10，311.8”。
在码盘上，往往还另外安排一个（或一组）特殊的窄缝，用于产生定位(index)或零位(zero)信号。
测量装置或运动控制系统可利用这个信号产生回零或复位操作。
从原理分析，光电器件输出的电信号应该是三角波。
《编码器的原理》PPT课件
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十进制与格雷码的参照
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绝对值编码器的输出形式
▪ 1 并行输出模式
多少位（码道）绝对值编码器就有多少根 信号电缆，每根电缆代表一位数据，以电缆 输出电平的高低代表1或0，物理器件与增量 值编码器相似 ，有集电极开路PNP,NPN型, 差分驱动,推挽式，差分高电平有效或低电平 有效来针对PNP或NPN的物理器件格式 ,并 行输出一般已格雷码形式输出,又称格雷码编 码器
Connect the shield to the PG fitting of the encoder 编码器用屏蔽的PG接口连接
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旋转编码器内部构造图
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谢谢!
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增量式编码器特点
▪ 编码器每转动一个预先设定的角度将输出 一个脉冲信号，通过统计脉冲信号的数量 来计算旋转的角度，因此编码器输出的位 置数据是相对的
▪ 由于采用固定脉冲信号，因此旋转角度的 起始位可以任意设定
▪ 由于采用相对编码，因此掉电后旋转角度 数据会丢失需要重新复位
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增量式编码器的输出示意图
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增量式编码器的连接原理
1 单相连接
用与单方向计数,单向测速
2 A B两相连接,用于正反向计数，用于判断正反方
3
向和测速
3 A B C 三相连接用于带参考位修正的判断测速
4 A -A B -B C -C连接，由于带有对称的负信
5
号连接电流对电缆的磁场贡献为零，衰减最小，
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绝对值编码器的输出形式
编码器图解
编码器图解（1）1、认识编码器（编码器在机器人控制中的应用）2、编码器的测量对象3、编码器测量直线位移的方式（1）编码器装在丝杠末端通过测量滚珠丝杠的角位移，间接获得工作台的直线位移x，构成位置半闭环伺服系统。
（2）丝杠螺距设:螺距t=4mm，丝杠在4s时间里转动了10圈，求:丝杠的平均转速n(r/min)及螺母移动了多少毫米？螺母移动的平均速度v又为多少？（3）编码器和伺服电动机同轴安装（4）编码器和伺服电动机同轴安装（5）编码器和伺服电动机同轴安装（6）编码器两种安装方式比较编码器装在丝杠末端与前端（和伺服电动机同轴）在位置控制精度上有什么区别？4、绝对式测量（ABS）（1）信号性质输出n位二进制编码，每一个编码对应唯一的角度。
（2）接触式绝对码盘（3）绝对式光电码盘5 增量式测量（INC）（1）信号性质（2）增量式光电编码器的结构（3）辨向光敏元件所产生的信号A、B彼此相差 90°相位，用于辨向。
当码盘正转时，A信号超前B信号0°；当码盘反转时，B信号超前A信号90°。
（4）辨向信号（5）倍频（细分）在现有编码器的条件下，通过细分技术能提高编码器的分辨力。
细分前，编码器的分辨力只有一个分辨角的大小。
采用4细分技术后，计数脉冲的频率提高了4倍，相当于将原编码器的分辨力提高了3倍，测量分辨角是原来的1/4，提高了测量精度。
（6）零标志（一转脉冲）在码盘里圈，还有一条狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。
（7）零标志在回参考点中的作用（8）回参考点减速开关（9）回参考点示意图6、编码器在数字测速中的应用（1）模拟测速和数字测速的比较有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：n = 60 × 65536 /（1024 × 5）=768 r/min编码器每转产生N 个脉冲，在T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则转速（r/min)为:n = 60m1 /（NT）有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率fc 为1MHz ，则转速（r/min)为：n = 60fc /（Nm2 ）=60×106/（1024×3000）=19.53 r/min编码器每转产生N 个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2，则转速(r/min)为：n = 60fc / （Nm2）7、编码器在主轴控制中的应用(1)主轴编码器（2）主轴编码器用于C 轴控制（3）主轴编码器用于螺纹车削车削螺纹时，为保证每次切削的起刀点不变，防止“乱牙”，主轴编码器通过对起刀点到退刀点之间的脉冲进行计数来达到车削螺纹的目的。
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编码器图解（1）
1、认识编码器（编码器在机器人控制中的使用）
2、编码器的测量对象
3、编码器测量直线位移的方式
（1）编码器装在丝杠末端
通过测量滚珠丝杠的角位移，间接获得工作台的直线位移x，构成位置半闭环伺服系统。
（2）丝杠螺距
设:螺距t=4mm，丝杠在4s时间里转动了10圈，求:丝杠的平均转速n(r/min)及螺母移动了多少毫米？螺母移动的平均速度v又为多少？
（3）编码器和伺服电动机同轴安装（4）编码器和伺服电动机同轴安装
（5）编码器和伺服电动机同轴安装
（6）编码器两种安装方式比较
编码器装在丝杠末端和前端（和伺服电动机同轴）在位置控制精度上有什么区别？
4、绝对式测量（ABS）
（1）信号性质
输出n位二进制编码，每一个编码对应唯一的角度。
（2）接触式绝对码盘
（3）绝对式光电码盘
5 增量式测量（INC）（1）信号性质
（2）增量式光电编码器的结构
（3）辨向
光敏元件所产生的信号A、B彼此相差 90°相位，用于辨向。
当码盘正转时，A信号超前B信号0°；当码盘反转时，B信号超前A信号90°。
（4）辨向信号
（5）倍频（细分）
在现有编码器的条件下，通过细分技术能提高编码器的分辨力。
细分前，编码器的分辨力只有一个分辨角的大小。
采用4细分技术后，计数脉冲的频率提高了4倍，相当于将原编码器的分辨力提高了3倍，测量分辨角是原来的1/4，提高了测量精度。
（6）零标志（一转脉冲）
在码盘里圈，还有一条狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转
信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。
（7）零标志在回参考点中的作用
（8）回参考点减速开关
（9）回参考点示意图
6、编码器在数字测速中的使用
（1）模拟测速和数字测速的比较
（2）M法测速（适合于高转速场合）
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：n = 60 × 65536 /（1024 × 5）=768 r/min
编码器每转产生N 个脉冲，在T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则转速（r/min)为:n = 60m1 /（NT）
（3）T法测速（适合于低转速场合）
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率fc 为1MHz ，则转速（r/min)为：
n = 60fc /（Nm2 ）=60×106/（1024×3000）=19.53 r/min
编码器每转产生N 个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2，则转速(r/min)为：n = 60fc / （Nm2）
7、编码器在主轴控制中的使用
(1)主轴编码器
（2）主轴编码器用于C 轴控制
（3）主轴编码器用于螺纹车削
车削螺纹时，为保证每次切削的起刀点不变，防止“乱牙”，主轴编码器通过对起刀点到退刀点之间的脉冲进行计数来达到车削螺纹的目的。
8、小结
1.编码器用来测量角位移。
在数控机床直线进给运动控制中，通过测量角位移间接测量出直线位移，表达式为。
2.绝对式编码器输出二进制编码，增量式编码器输出脉冲。
3.增量式编码器输出信号要进行辨向、零标志和倍频等处理。
4.编码器用于数字测速，有M法和T法等方式；在数控车床中用于C轴控制和螺纹切削。