编码器的原理课件
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物理分割的码盘因受到工艺及采制的限制,无法做 到更细,更精.但是通过数字电路的转换可以实现更高 的脉冲 二倍频信号 通过A相和B相的”异或”转换获得
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增量编码器的倍频
• 四备频信号 计数器同样也在通道A和B的每个沿上发 生增加或者减少。计数器的数目是增加还是减少， 取决于哪个通道引导哪个通道。计数器的数目每个 周期都会增加4个或减少4个。
4
数字式编码器的原理
2） 光源（一般为LED）会向接收器（可能 是一个 光电二极管）发出一道狭窄的光束。光源和接收 器都被严格安装在旋转连接轴承的静止部位。编 码器是一个带有透明开口或小窗的遮光圆盘，被 安装在轴承的转动部位。
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5
光电式数字编码器的原理
轴承转动时，编码器会让光束交替通过（透过圆 盘上的小窗口）。光电二极管则随着位置的变化输 出对应的高电平或低电平信号。光电二极管的输出 可以通过专门的电路，转化为位置和速率信息。
编码器的原理
一、编码器的介绍 二、编码器的分类 三、常用编码器的工作原理 四、编码的输出及接口 五、编码器的应用及安装
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1
编码器的介绍
编码器Encoder为传感器(Sensor)类的一种，主要 用来检测机械运动的速度、位置、角度、 距离或计 数，除了应用在机械外，许多的马达控制如伺服马达 均需配备编码器以供马达控制器作为换相、速度及位 置的检出。
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6
光电式数字编码器原理图
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7
增量编码器的输出
• 由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗 的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得方波信 号组合成A、B，-A -B,信号反向，每组信号相差 90度相位差（一个周波位360度）
• C， 零点校正信号，码盘旋转一周输出一个信号
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2
编码器的分类
编码器
模拟量编码器
数字编码器
增量编码器
绝对值编码器
旋转变压器
Sin/Cos 编码器
___ A, A, B, B, C, C
格雷码
二进制码
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3
数字型编码器原理
1） 利用光电耦合器扫描安装在机械轴上的分割成断的圆盘。 机械代码被转换为成比例的电气脉冲信号。
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24
绝对值编码器的输出形式
• 异步串行形式：
指令与数据分时间和问答，接口是双工的。典型 的有RS485接口，只需两个线，传输距离远，数据内 容即可以是编码器的位置值，也可以是根据指令要 求的其他内容，如加上每个编码器不同的地址，可 以多个编码器共用传输电缆和后续接收，这种形式 称为现场总线型。
二进制-格雷码 转换格式 ：高位保留 次高位取（二 进制）高位与次高位的“异或”运算
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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
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绝对值编码器码盘
通过一组光电耦合器扫描旋转盘上的代码图案。 每一个位置有其独一无二的代码。
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绝对值编码器的输出码
• 1 自然二进制 码 0000 0001 0010 0011
0100
• 2 循环二进制码（格雷码 ）0000 0001
0011 0010 0110
格雷码的特点：相邻的整数在他的数字表示中只有 一个不同，可避免数字转换电路中出现很大的峰值 电流（如3-4，0011-0100）
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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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抗干扰较强，可以进行长距离输出
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如何进行正反向判断
• 因为A B两相相差90度，可以通过判断A相在先还 是B相在先，从而判断正转还是反转
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如何进行正反向判断逻辑图
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如何进行零位校正
• 编码器脉冲在传输过程中，可能因为某些原因 （如干扰）产生脉冲信号丢失，导致传输误差， 此时就需要对其进行及时修正
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增量式编码器问题
1 增量型编码器存在零点累计误差 2 抗干扰较差， 3 接收设备的停机需断电记忆，开机应找
零或参考位等问题
绝对值编码器的出现正好解决了这些问题
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绝对值编码器原理
• 绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻 线依次以2线、4线、8线、16 线。。。。。。编排， 这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线 的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯 一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码 器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的， 它不受停电、干扰的影响。
• 零位信号 C 编码器每旋转一周发一个脉冲，称之为零位脉冲 或标识脉冲，零位脉冲用于决定零位置或标识位 置。要准确测量零位脉冲，不论旋转方向，零位 脉冲均被作为两个通道的高位组合输出。由于通 道之间的相位差的存在，零位脉冲仅为脉冲长度 的一半。
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零点校正示意图
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增量编码器的倍频
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绝对值编码器的输出形式
• 同步串行界面（SSI）输出： 串行输出就是数据集中在一组电缆上传输，通过约 定，在时间上有先后时序的数据输出，这种约定称 为通讯规约。
• 串行输出连接线少，传输距离远，对于编码器的保 护和可靠性就大大提高了，一般高位数的绝对编码 器和绝对值多圈编码器都是用串行输出的。
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增量式编码器的输出示意图
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9
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
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号连接电流对电缆的磁场贡献为零，衰减最小，
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增量编码器的倍频
• 四备频信号 计数器同样也在通道A和B的每个沿上发 生增加或者减少。计数器的数目是增加还是减少， 取决于哪个通道引导哪个通道。计数器的数目每个 周期都会增加4个或减少4个。
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数字式编码器的原理
2） 光源（一般为LED）会向接收器（可能 是一个 光电二极管）发出一道狭窄的光束。光源和接收 器都被严格安装在旋转连接轴承的静止部位。编 码器是一个带有透明开口或小窗的遮光圆盘，被 安装在轴承的转动部位。
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光电式数字编码器的原理
轴承转动时，编码器会让光束交替通过（透过圆 盘上的小窗口）。光电二极管则随着位置的变化输 出对应的高电平或低电平信号。光电二极管的输出 可以通过专门的电路，转化为位置和速率信息。
编码器的原理
一、编码器的介绍 二、编码器的分类 三、常用编码器的工作原理 四、编码的输出及接口 五、编码器的应用及安装
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编码器的介绍
编码器Encoder为传感器(Sensor)类的一种，主要 用来检测机械运动的速度、位置、角度、 距离或计 数，除了应用在机械外，许多的马达控制如伺服马达 均需配备编码器以供马达控制器作为换相、速度及位 置的检出。
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光电式数字编码器原理图
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增量编码器的输出
• 由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗 的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得方波信 号组合成A、B，-A -B,信号反向，每组信号相差 90度相位差（一个周波位360度）
• C， 零点校正信号，码盘旋转一周输出一个信号
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编码器的分类
编码器
模拟量编码器
数字编码器
增量编码器
绝对值编码器
旋转变压器
Sin/Cos 编码器
___ A, A, B, B, C, C
格雷码
二进制码
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数字型编码器原理
1） 利用光电耦合器扫描安装在机械轴上的分割成断的圆盘。 机械代码被转换为成比例的电气脉冲信号。
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绝对值编码器的输出形式
• 异步串行形式：
指令与数据分时间和问答，接口是双工的。典型 的有RS485接口，只需两个线，传输距离远，数据内 容即可以是编码器的位置值，也可以是根据指令要 求的其他内容，如加上每个编码器不同的地址，可 以多个编码器共用传输电缆和后续接收，这种形式 称为现场总线型。
二进制-格雷码 转换格式 ：高位保留 次高位取（二 进制）高位与次高位的“异或”运算
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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
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绝对值编码器码盘
通过一组光电耦合器扫描旋转盘上的代码图案。 每一个位置有其独一无二的代码。
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绝对值编码器的输出码
• 1 自然二进制 码 0000 0001 0010 0011
0100
• 2 循环二进制码（格雷码 ）0000 0001
0011 0010 0110
格雷码的特点：相邻的整数在他的数字表示中只有 一个不同，可避免数字转换电路中出现很大的峰值 电流（如3-4，0011-0100）
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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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抗干扰较强，可以进行长距离输出
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如何进行正反向判断
• 因为A B两相相差90度，可以通过判断A相在先还 是B相在先，从而判断正转还是反转
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如何进行零位校正
• 编码器脉冲在传输过程中，可能因为某些原因 （如干扰）产生脉冲信号丢失，导致传输误差， 此时就需要对其进行及时修正
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增量式编码器问题
1 增量型编码器存在零点累计误差 2 抗干扰较差， 3 接收设备的停机需断电记忆，开机应找
零或参考位等问题
绝对值编码器的出现正好解决了这些问题
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绝对值编码器原理
• 绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻 线依次以2线、4线、8线、16 线。。。。。。编排， 这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线 的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯 一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码 器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的， 它不受停电、干扰的影响。
• 零位信号 C 编码器每旋转一周发一个脉冲，称之为零位脉冲 或标识脉冲，零位脉冲用于决定零位置或标识位 置。要准确测量零位脉冲，不论旋转方向，零位 脉冲均被作为两个通道的高位组合输出。由于通 道之间的相位差的存在，零位脉冲仅为脉冲长度 的一半。
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零点校正示意图
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增量编码器的倍频
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绝对值编码器的输出形式
• 同步串行界面（SSI）输出： 串行输出就是数据集中在一组电缆上传输，通过约 定，在时间上有先后时序的数据输出，这种约定称 为通讯规约。
• 串行输出连接线少，传输距离远，对于编码器的保 护和可靠性就大大提高了，一般高位数的绝对编码 器和绝对值多圈编码器都是用串行输出的。
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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
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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
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号连接电流对电缆的磁场贡献为零，衰减最小，