位置编码器的接口选项
位置编码器的接口选项
作者：德州仪器，Clark Kinnaird
摘要：
旋转与线性编码器可为传动控制应用 (motion control application) 提供位置反馈信息。本文将讨论各种用于将数据从编码器向运动控制器传输的解决方案。内插分组、信令技术以及消息协议的选择会影响特定应用解决方案的优化方法。本文将重点讨论如何解决常见的工业环境难题，如高温、电噪声以及严格的性能要求等。
运动系统中最常见的位置反馈元件是编码器，旋转编码器或线性编码器均适用。编码器中包含一个光条（或称光盘）以及多个备用光条，光条如图 1 所示安装在转动轴上。当马达转动时，光学传感器检测光条的运动，并产生电信号，控制器通过此信号确定马达运动状态。
图 1 简化的光学编码信号链
根据应用的物理布局不同，控制器、伺服放大器、马达以及编码器之间的距离可能很远。在系统设计过程中应考虑到电噪声、温度以及系统性能等其它因素。高效传输数据的目的是为这些组件之间提供可靠的通信，而不受距离或环境条件的影响。
接口架构
正交信号 A 和 B 可以是模拟正弦波信号，也可以是数字信号。如果是正弦波信号，那么信号电平幅度的峰值一般是 1V。向控制器传输的数字信号可以是符合 RS-422 或 RS-485 标准的晶体管－晶体管逻辑 (TTL) 信号、通用线路驱动器信号或平衡线路驱动器信号。
图 2 为带正弦输出的典型增量编码器。控制器中显示的可选内插块能够将每个正弦周期细分为大量的细小单位，从而提高位置系统的有效精度。与原有的编码器间距相比，A~ 与 B~ 的相对电压可用于进一步细分，从而使分辨率倍增。
正弦正交输出所需的信号带宽等于编码器的间距 (pitch) 乘以最高速率。例如，如果编码器的间距为 1024 线／转，最大速率为 3000 转／分，则正弦输出的最高频率为：
因为无需考虑高频衰减的影响，因此放宽了线缆及连接器的选择限制。
图 2 正弦正交输出的增量编码器
通过端口发送模拟正弦输出较为简单，但容易受到周围部件噪声的影响。如果峰值幅度为 1V，即使在没有内插件的情况下，仅 100 mV 的噪声电压就可以造成巨大的位置误差。随着内插系数的增大（位置精度相应提高），即使几毫伏的噪声也能导致严重问题。高频噪声可以过滤，但却增加了设计的复杂度。因此，正交信号在发送到接口线缆之前一般要进行数字化。
图 3 是含有内插及数字化功能的编码器架构。虽然接口的编码器端较复杂，但其噪声抗扰度优于模拟信号。
编码器数据经数字化处理后，噪声抗扰度取决于驱动器输出状态与二进制高低电平的接收机识别阈值的隔离度。下文将讨论几种常见的数字信号发送方法。
图 3 具有内插增量数字输出信号的增量编码器
数字接口的带宽一定要大于相应的正弦正交接口的带宽。每个数据位必须迅速地由高电平向低电平转换，以避免出现不确定的中间状态。因而，根据经验，信道带宽（单位为赫兹）至少应该是信号速率（单位为比特／秒）的五倍。例如，如果编码器的间距参数为 1024 线／转，最大速率为 3000 转／分，内插系数为 20，则传输数字增量数据所需的接口带宽为：
对于 5 MHz 及以上频率的带宽，接口连接器、电路板线迹及线缆（尤其在线缆较长时）的特性显得非常重要。设计师应熟悉相关频率下单位长度的线缆衰减、可降低交叉偶合的连接器选择与引脚排列，
以及高频信号的电路板布局技术。
绝对位置编码器需要解决的接口问题与增量编码器不同。通过接口发送的绝对位置数据串最长为 20 比特。并行接口成本较高而且可靠性也低，所以一般是将数据串行化，然后通过单个接口通道发送。因此信号传送速率一定要远高于位置更新速率（即每次更新的消息比特数）。
图 4 具有串行数字输出的绝对编码器
串行编码器数据有多种通用的编码与传输方法，如基于以太网协议的（EtherNet/IP、ProfiNet 及EtherCAT）、现场总线标准（ProfiBus、InterBus、ControlNet）及厂商专有方案。
面临的难题
若想在系统组件之间获得有效而可靠的通信，位置编码器的应用需要解决几个难题。机电传动器本身具有关联的电噪声及相对较高的电流水平。出于安全性及可靠性的考虑，控制运动机制的通信路径必须非常可靠。这与运动应用也有关系，此类应用受到线缆布局（可能需要更长的线缆）的限制。伺服系统的稳定性也对信号传输速率有一定的要求。
EMI／噪声抗扰度
电磁干扰 (EMI) 可能破坏编码器信号，导致位置误差或稳定性降低。常见的电磁干扰源有较高的马达驱动电压、马达电刷噪声、设备源 (tool source) 及来自于时钟、显示器以及其它计算机组件的电噪声。在模拟系统中，噪声信号可能造成有害的运动或导致系统的不稳定性。二进制编码具有固有的信噪比，因此数字系统主要关注的是寄生脉冲，通过此类脉冲可以获得编码器的位置变化信息。
接地电势／共模
另一类可能影响传动控制应用通信的电气难题是驱动器与接收机节点之间接地参考电压的偏移量。高功率设备的电流负载可能导致此类问题。马达反电动势、设备故障及附近的附近闪电冲击产生的二次浪涌 (secondary surge) 都可能造成局部电压浪涌。
ESD
静电 (ESD) 可以对同一条线缆连接的所有电路造成损害，而该线缆也可能容易受到操作或外部高电压的影响。JEDEC 人体模型 (HBM) 及 IEC 防静电测试 (IEC 61000-4-2) 等各种测试方法可用于模拟不同的静电损害。
典型的保护电平范围为 8kV～15kV。实际应用所需的保护电平很难预测，但设计师应将如下因素纳入考虑范围：
?收发器所处的电气环境
?工作条件与线缆接入频率
?确定故障点的诊断程序
?因替换故障部件造成的停机时间及相关人工成本
另一类电气损害是由瞬间的（浪涌）过电压造成的。由击穿次级电源变压器的闪电或者由机械故障导致的局部电源故障会造成这类事件的发生。IEC61000-4-5 中规定了此类损害的测试方法，一般通过添加外部保护二极管来提供这种能量消耗的安全通道。
一般强度
由于位置编码器通常需要工作在恶劣环境中，所以选定接口组件时需要考虑多种因素。由于马达线圈会产生功耗，所以直接安装到马达上的旋转编码器经常会在高温运行环境下工作。下文将探讨一些接口选项在高温环境下的使用限制。
与编码器接口强度有关的另一个参数是电源容限。编码器上安装的接口组件的电源一般通过线缆与远程控制器相连，接口电源的种类多于机架内部电源。接口设计师应在组件适用性评估中将电源电压容限考虑在内。
反馈环路延迟
在设计伺服环路的位置编码器时应考虑到通信组件是否会明显增加延迟。一般来说，与RS-485数据传输相关的传播延迟在典型系统中可以忽略不计。通信延迟可以分为以下几类：
?收发器与介质的传播延迟
?同步信令速率延迟
?编码增加的系统开销
传播延迟（线缆传播及收发器延迟）
收发器与介质的的传播延迟主要是通过半导体器件及铜线传输电信号的物理过程造成的。收发器的典型传播延迟接近 10 到 100 纳秒。诸如 RS-485 的双绞线等线缆的传播延迟一般为大约每米 5 纳秒。
相比而言，可想象一下具有 10kHz 伺服带宽的高性能系统。因此，即使是速度非常快的系统，1 微秒（1000 纳秒）的收发器延迟也只是对应不到 4 度的相移。对于长度不到 100 米的线缆，对少于500纳秒的线缆延迟造成的相移可忽略不计。
更新速率
如果数据传输达到一旦数据可用就能够收发时，那么信令速率一般只受数据源的限制，而不受数据传输链的限制。一旦检测到运动就进行异步脉冲发送的增量编码器就是这样一个例子。旋转编码器有可能产生高达每转 32000 个计数，即速率超过每秒一百万个计数。如果与收发器直接耦合，则可在小于一微秒的时间内开始传输这些脉冲，而这对系统造成的延迟一般可忽略不计。然而，如果控制器同步对收发器计时，则更新速率可能会更低并受到系统性能的限制。系统设计人员应该考虑这种信令速率对数据传输时间以及系统性能的影响。。
串行通信更大的有效负载
除了传播延迟和同步信令延迟之外，与数据协议相关的消息格式也会造成延迟。出于多种原因，在数据传输方案中可能集成了更多的比特。其中一个原因是提供错误检测方式。典型的示例是常用于验证每组8个数据位保真度的奇偶校验位。另一个示例是用于指示消息开始与结束的起始位与停止位。如果数据源具备足够复杂性来支持这些单元，诸如指令／状态代码等描述位也可以构成消息协议的一部分。以太网等复杂协议可能也需要包含源及目的寻址、同步模式等，其信息容量最小为数百比特。
这些增加的位可为数据传输方案提供附加功能，但还需要传输及解码时间。因此，系统设计人员在设置系统速度要求及信令速率时必须要保证为这些“开销”位提供裕度。
节点连接布局
另一个应考虑的问题是是否有两个以上的节点将在同一总线上进行通信。仅与另一个节点通信的结构称为点对点接口。如果一个节点向多个接收机发送数据，则这称为多点配置。如果多个节点中的任何一个都可以控制总线并向其他节点发送数据，则这称为多点结构。对于多点系统而言，信令协议必须包含可确定哪个节点何时发送数据的程序。
信号接口选项
TTL
TTL 信令广泛用于各种简单的互连。各信号均以驱动器及接收机共用的接地参考点为参考。驱动器将输出高于 2.4V 的电压作为逻辑高电平，将输出低于 0.4V 的电压作为逻辑低电平。接收机将高于2.0V 的电压判定为逻辑高电平，将低于 0.8V 的电压判定为逻辑低电平。TTL 信令在源点的电压裕度至少为 0.4V，在目的节点的电平辨别极限为 1.2V。驱动器的电压余量可以补偿由线缆和连接器引起的信号衰减。接收机的电压余量允许一定的信号噪声。TTL 信令传输针对一个信号仅要求一根线缆和一个参考（接地）连接，以及任何必需的电源电压。
RS-232
RS-232 是一种用于连接各种接口终端而定义的标准 (TIA/EIA-232)。此标准不仅定义了电气特性，而且还定义了连接器及协议规范。编码器接口可以充分利用通用的 RS-232 驱动器／接收机芯片，并采用该标准的电气特性，而不必遵循该标准中的协议及连接器规范。RS-232 的电气特性要求驱动器输出电压阈值至少为 +/-5V，接收机的电压设定阈值为 +/-3V。与 TTL 信令相比，这种标准为驱动器及接收机定义了更高的电压余量。RS-232 标准通常要求线缆长度小于或等于 20 米，信令速率低
于或等于 1 Mbps。作为一种单端口 (single-ended) （而非差分对 (differential pair)）标准，尽管 RS-232 比 TTL信号电平高且其抗干扰性相对较好，但因接地偏移会对数据误差很敏感。
RS-422/RS-485
RS-485 多点信令标准（及其前代多分支结构 RS-422 标准）与单端口方法本质上有所不同，但其具有更高的噪声抗扰度。
这些标准包含正好适用于编码器接口所要求的特性，而且针对此类应用的通用性相对较强。RS-485 信令是一种平衡、差分技术，通常使用双绞线传输数据，这使两条线路上耦合的电气噪声几乎相等，从而实现了噪声抑制，同时电压虽有所不同，但并不影响传送信号信息。
对于任何采用 RS-485 接口的有源驱动器而言，若一条线路的信号为“高”电平时，则另一条线路的信号为“低”电平。驱动器上两条线路的电压差值必须高于 1.5V，才能传输正确信息，在任何有效负载状态下都必须如此。+1.5V 表示逻辑“开”状态，-1.5V 表示逻辑“关”状态，所以这两种发送状态的电压差值为 3V。将接收机的电压阈值设定为 +200 mV（开）、-200 mV（关），以允许连接介质出现较大的电压损失。
多个标准协议均采用了基于RS-485的信令技术。这些协议可实施各种方法来设置消息格式、检查错误、进行多点总线控制以及协商信令速率。编码器数据可能采用的常用协议包括EnDAT、Profibus 以及 Interbus-S。每种协议均由不同厂商及商业机构所支持，并且专门针对不同网络条件而进行优化。由于具有较长的消信长度及较低的更新速率，一般将这些协议用于绝对编码器数据。
USB
通用串行总线 (USB) 接口已在众多设备接口互连的情况下取代了 RS-232。USB 信号包括一个差分对、电源及接地。信令速率分为 1.5 Mbps (USB)、12 Mbps（快速 USB）以及 480 Mbps（高速 USB）。USB 是一种点对点接口，因而每对节点必须由一条 USB 线缆直接连接或通过集线器相连。驱动器的差分信令电平为 +/- 400 mV，接收机的电平阈值为 +/- 150 mV。在共模电压范围内，USB 主要限于消费类应用，不适合编码器接口对接地漂移、高温及性能的要求。
以太网
以太网广泛用于计算机及办公应用领域。在运动控制等时间关键型应用中需对“标准”以太网协议进行一些改动。这些工业用以太网变体采用时分多路复用技术来提供闭环系统必需的确定性数据时延。诸如 ProfiNet 及 EtherCAT 等协议可支持一条总线上的多个编码器及运动控制器的接口连接，同时还具有提供状态、诊断及参数更新的能力。以太网接口容量的增强是以提高系统复杂性为代价的。
这些以太网接口与 IEEE 802.3标准具有相同的电气特性。与工业环境下采用的大多数方法相同，以太网具有 100 Mbps 信令、双绞线线路介质以及 +/-1V 的差分信号电压。变压器耦合不仅可提供电隔离，而且还允许节点之间的不平衡接地。以太网消息（帧）长度至少有数十字节（数百比特），要保证吞吐效率，就要求每条消息具有较大的分组容量。因此，绝对位置数据比增量计数更常用。
表 1 为编码器主要接口方法的属性列表。我们可将 TTL 或 RS-232 信令用于简单且性能要求不高的接口。基于以太网的协议可用于对接口组件成本限制不大的绝对位置数据。RS-485（或 RS-422）信
令可用于绝对或增量编码器数据，既可以采用简单互连也可采用复杂协议。
表 1 常用接口选项汇总表
结论
现在不会，将来也不可能出现“一劳永逸”的编码器接口。每项应用都有各自不同的要求及限制，因而设计人员必须要考虑各种接口选项，并基于各种技术的优点及不足，才能做出最佳的选择。
线缆衰减的影响以及因连接器或电路板迹线产生的失真一般对于频率低于 1 MHz 的情况可忽略不计。
绝对值编码器的工作原理
******************************************************************************* 从编码器使用的计数来分类，有二进制编码、二进制循环编码（葛莱码）、二-十进制吗等编码器。 从结构原理来分类，有接触式、光电式和电磁式等几种。最常用的是光电式二进制循环码编码器。码盘上有许多同心圆，它代表某种计数制的一位，每个同心圆上有透光与不透光的部分，透光部分为1，不透光部分为0，这样组成了不同的图案。每一径向，若干同心圆组成的图案带标了某一绝对计数值。二进制码盘每转一个角度，计数图案的改变按二进制规律变化。葛莱码的计数图案的切换每次只改变一位，误差可以控制在一个单位内。精度受到最低位分段宽度的限制。要求更大计数长度，可采用粗精测量组合码盘。 接触式码盘可以做到9位二进制，它的优点是简单、体积小输出信号强，不需要放大；缺点是电刷摩擦是、寿命低、转速不能太高。 光电式码盘没有接触磨损寿命长，转速高，最外层每片宽度可以做得更小，因而精度高。每个码盘可以做到18位进制。缺点是结构复杂价格高。 电磁码盘是在导磁性好的软铁和坡莫合金原盘上，用腐蚀的办法作成相位码制的凹凸图形，当磁通通过码盘时，由于磁导大小不一样，其感应电势也不同，因而可区分0和1，到达测量的目的。该种码盘是一种无接触式码盘，具有寿命长‘转速高等优点。它是一种发展前途的直接编码式测量元件。 工作原理，接触式码盘，每个码道上有一个电刷与之接触，最里面一层有一导电公用区，与各码道到点部分连在一起，而与绝缘部分分开。导电公用区接到电源负极。当被测对象带动码盘一起转动时，与电刷串联的电阻上将会出现电流流过或没有电流流过两种情况，带标二进制的1或0.若码盘顺时针转动，就可依次得到按规定编码的数字信输出。如果电刷安装不准就会照成误差。葛莱码没转换一个数字编码，只改变一位，故照成的误差不会超过一个单位。 *******************************************************************************
3 译码器和编码器的仿真实验报告
实验三译码器与编码器的设计与仿真 一、实验内容 1．参照芯片74LS138的电路结构，用VHDL语言设计3-8译码器； 2．参照芯片74LS148的电路结构，用VHDL语言设计8-3优先编码器。二、电路功能介绍 1．74148：8-3优先编码器（8 to 3 Priority Encoder） 用途：将各种输入信号转换成一组二进制代码，使得计算机可以识别这一信号的作用。键盘里就有大家天天打交道的编码器，当你敲击按键时，被敲击的按键被键盘里的编码器编码成计算机能够识别的ASCII码。译码器与编码器的功能正好相反。 2．74138：3-8译码器（3 to 8 Demultiplexer），也叫3-8解码器 用途：用一组二进制代码来产生各种独立的输出信号，这种输出信号可以用来执行不同的工作。显示器中的像素点受到译码器的输出控制。 逻辑框图：用逻辑符号（Symbol）来解释该电路输入与输出信号之间的逻辑关系，既省事又直观。如下图所示。 一、编码器 1.VHDL实现 library IEEE; use IEEE.std_logic_1164.all; entity pencoder is port ( i7,i6,i5,i4,i3,i2,i1,i0:in STD_LOGIC; a2,a1,a0,idle:out STD_LOGIC); 解 码 信 号 输 出 端低 电 平 有 效 代 码 输入 端 使能输入端
end pencoder; architecture pencoder_arch of pencoder is signal h:STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0); begin h(7)<=i7; h(6)<=i6 and not i7; h(5)<=i5 and not i6 and not i7; h(4)<=i4 and not i5 and not i6 and not i7; h(3)<=i3 and not i4 and not i5 and not i6 and not i7; h(2)<=i2 and not i3 and not i4 and not i5 and not i6 and not i7; h(1)<=i1 and not i2 and not i3 and not i4 and not i5 and not i6 and not i7; h(0)<=i0 and not i1 and not i2 and not i3 and not i4 and not i5 and not i6 and not i7; idle<=not i0 and not i1 and not i2 and not i3 and not i4 and not i5 and not i6 and not i7; a0<=h(1) or h(3) or h(5) or h(7); a1<=h(2) or h(3) or h(6) or h(7); a2<=h(4) or h(5) or h(6) or h(7); 2.波形图：
编码器位置与速度检测
制作速度检测部件 实验报告 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：xxx 学号：xxx 实验时间：2012-2013学年第2学期
制作速度检测部件 一、实验原理： 1.利用外部中断0对信号源在一定时间内产生的脉冲进行计数，并对外部中断0设置为跳变沿中断(IT0=1) 2.利用定时器0进行计时，并在中断程序中读取这段时间内产生的脉冲数，再利用脉冲数与路程之间的对应关系求得编码器的速度。 3. 光电开关的使用，如图： 测速方法： M 法测速 测取c T 时间内旋转编码器输出的脉冲个数1M ，用以计算这段时间内的平均转速，称作Ｍ法测速，图12所示。电机的转速为 r/min 601 c ZT M n = ， M 法测速的分辨率： c c c ZT ZT M ZT M Q 60 60)1(6011= -+= M 法测速误差率： c T 1 M 图12 M 测速法原理图
% 1001%10060 ) 1(60 60%1111max ?=?-=M ZT M ZT M ZT M c c c δM 法测速适用于高速段， T 法测速 记录编码器两个相邻输出脉冲的间的高频脉冲个数M2，f0为高频脉冲频率，图13所示。 电机转速 r/min ZM f 60ZT 60n 2 t == T 法测速的分辨率： )1(6060)1(602202020-=--=M ZM f ZM f M Z f Q 或Zn f Zn Q -= 02 60 Ｔ法测速误差率： % 10011 %10060 60 )1(60%22 020 20max ?-=?-=M ZM f ZM f M Z f δ T 法测速适用于低速段。 M/T 法测速 把M 法和T 法结合起来，既检测TC 时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T 法测速。采用M/T 法测速时，应保 2 M 2f M T t =图13 T 测速法 c T 1 M 2 M 图14 M/T 法测速原理图
光电编码器分类及作用
光电编码器分类及作用 光电编码器是一种通过光电转换将输出轴的机械几何位移量转换为脉冲或数字量的传感器，主要由光源、码盘、光学系统及电路4部分组成， 光电编码器主要有增量式编码器、绝对式编码器、混合式绝对值编码器、旋转变压器、正余弦伺服电机编码器等，其中增量式编码器、绝对式编码器、混合式绝对值编码器属于数字量编码器，旋转变压器、正余弦伺服电机编码器属于模拟量编码器． 一、增量式编码器 增量式编码器可以将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，通过计数设备来知道其位置．增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。一般来说，增量式光电编码器输出A、B 两相互差90°电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的Z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志
信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。 二、绝对式编码器 绝对式编码器每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。其位置是由输出代码的读数确定的。当电源断开时，绝对型编码器并不与实际的位置分离。重新上电时，位置读数仍是当前的。绝对编码器能够直接进行数字量大的输出，在码盘上会有若干的码道，码道数就是二进制位数。在每条码道上都会由透光与不透光的扇形区域组成，通过采用光电传感器对信号进行采集。在码盘两侧分别设置有光源和光敏元件，这样光敏元件则能够根据是否接受到光信号进行电平的转换，输出二进制数。并且在不同位置输出不同的数字码。从而可以检测绝对位置。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数。优点：可以直接读出角度坐标的绝对值，没有累积误差，电源切除后位置信息不会丢失。编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。 三、混合式绝对值编码器 混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。 四、旋转变压器 旋转变压器简称旋变，是一种可变耦合原理工作的交流控制电机。它的副方（次级）输出电压与转子转角呈确定的函数关系。由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的，相比于采用光电
绝对值编码器 选型
@Q发表于：2013/10/14 16:50:08 标签(TAG)：编码器绝对值编码器选型 （绝对值编码器问答集节选） 本人正在编写一部《绝对值编码器问答集》的小册子，以下是部分节选。——根据实际使用要求判断是否需要选用绝对值编码器，根据已有的设备信号接口选择选什么样的编码器 1，使用绝对值编码器一定会比用增量式编码器贵吗？ 没有！从编码器器件成本上说增量编码器内部器件少，成本价格确实低，但是从编码器的如何使用并产生效果的角度说，绝对值编码器如果选型得当，其使用的效果带来的综合成本，会低于选用增量值编码器，为使用者大大节省成本。2，什么情况下要选绝对值编码器？ a．停电移动、惯性滑动的数据安全可靠性问题，对于一些需要高度、长度测量的安全性设备、较大型设备、起重类工程类设备，安全性是很重要的因素，为确保编码器数据的稳定可靠性，必须选用全行程绝对值编码器。这类应用如果发生编码器数据错误可能引起的损失远远超过了编码器成本本身。例如水闸、工程机械、起重机、电梯、门机等等的高度、长度测量。 b．信号抗干扰问题，有时所化的人工成本远远大于一个编码器成本，增量信号较易受到各种干扰，数据采集不稳定，对于各种现场不可预知的干扰会花很多精力去排查，并要设法避开干扰，此情况下应考虑更换绝对值编码器。例如各种自动化工程项目，对于现场的变频器、开关电源、接地状况不明的情抗下，无从判断干扰情况，选用绝对值编码器可以确保应对各种工况条件。 c．后续设备节省资源，增量编码器需要高速计数不停的计数，耗费CPU资源，有时多个编码器连接没有更多的高速计数口，此时选用绝对值编码器的串行输出（如RS485）或总线型输出，其实是节省了后续设备的资源而节省费用。例如需要多个编码器比较的同步纠偏、多个编码器联动操作的流水线、加工机械等。 d．环境较恶劣的选择，增量编码器绝大部分是光学式的，易受水气灰尘及振动影响而损坏，选用磁电式绝对值编码器（单圈或真多圈）的可以避免这种损坏，而大大提高产品使用的寿命，而得到综合效果更佳，使用成本更低。例如户外使用的港口矿山机械、工厂的快速开门机等。 e．节省综合成本，在一些不便于停机修正、更换、维修，或停机修正、更换、维修成本很高的场合下，用绝对值编码器，因其数据的可靠性、产品的耐用性，可以大大减少售后服务人工成本，产品可长时间的使用效果，直接的是产品使用的综合成本大大的节省了。例如一些高速运转的流水线、较远地区的管网系统（电动执行器）。 。。。。。 3.按绝对值编码器输出信号接口有哪些信号输出可选？ 选择使用绝对值编码器，首先要根据自身所有的后续接受设备（例如PLC）有什么样的信号接口，根据已有的信号接口选择编码器：
编码器工作原理
编码器工作原理 Prepared on 22 November 2020
的工作原理及作用：它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。 编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器、等来处理。这些传感器主要应用在下列方面：机床、材料加工、电动机反馈系统以及测量和控制设备。在ELTRA编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。此系统全部用一个红外垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器表面上，该接收器覆盖着一层，称为准直仪，它具有和光盘相同的窗口。接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。一般地，也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给器，从而调节的输出数据。故障现象： 1、旋转编码器坏（无输出）时，变频器不能正常工作，变得运行速度很慢，而且一会儿变频器保护，显示“PG断开”...联合动作才能起作用。要使电信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方波脉冲，这就必须用电路来处理。编码器pg接线与参数与编码器pg之间的连接方式,必须与编码器pg的型号相对应。一般而言,编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种,其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的,因此选择合适的pg卡型号或者设置合理. 编码器一般分为增量型与绝对型，它们存着最大的区别：在的情况下，位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的，而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的；因此，当断开时，绝对型编码器并不与实际的位置分离。如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的；不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。 现在编码器的厂家生产的系列都很全，一般都是专用的，如电梯专用型编码器、机床专用编码器、专用型编码器等，并且编码器都是智能型的，有各种并行接口可以与其它设备通讯。 编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者成为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“１”还是“０”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“１”还是“０”。 按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。 旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。 绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。 由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器，已经越来越多地应用于工控定位中。绝对型编码器因其高精度，输出位数较多，如仍用并行输出，其每一位输出信号必须确保连接很好，对于较复杂工况还要隔离，连接芯数多，由此带来诸多不便和降低可靠性，因此，绝对编码器在多位数输出型，一般均选用串行输出或型输出，德国生产的绝对型编码器串行输出最常用的是SSI （同步串行输出）。
绝对式光电编码器基本构造及特点
绝对式光电编码器基本构造及特点 用增量式光电编码器有可能由于外界的干扰产生计数错误，并且在停电或故障停车后无 法找到事故前执行部件的正确位置。采用绝对式光电编码器可以避免上述缺点。绝对式光电编码器的基本原理及组成部件与增量式光电编码器基本相同，也是由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成。与增量式光电编码器不同的是，绝对式光电编码器用不同的数码来分别指示每个不同的增量位置，它是一种直接输出数字量的传感器。在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N 位 二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N 条码道。绝对式光电编码器原理如图1-8 所示。 绝对式光电编码器是利用自然二进制、循环二进制（格雷码）、二-十进制等方式进行光 电转换的。绝对式光电编码器与增量式光电编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对光电编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。它的特点是：可以直接读出角度坐标的绝对值；没有累积误差；电源切除后位置信息不会丢失；编码器的精度取决于位数；最高运转速度比增量式光电编码器高。 图1-8 绝对式光电编码器原理 1.3.2 码制与码盘 绝对式光电编码器的码盘按照其所用的码制可以分为：二进制码、循环码（格雷码）、 十进制码、六十进制码（度、分、秒进制）码盘等。四位二元码盘（二进制、格雷码）如图1-9 所示。图中黑、白色分别表示透光、不透光区域。
绝对值编码器工作原理
从增量值编码器到绝对值编码器 旋转增量值编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来计算其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计 数设备计算并记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。 解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。 这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零（开机后就要知道准确位置），于是就有了绝对编码器的出现。 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。 绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。 从单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器 旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对值编码器。 如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对值编码器。 编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编 码器的测量范围，这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。
译码器和编码器实验
实验三译码器和编码器 一实验目的 1.掌握译码器、编码器的工作原理和特点。 2.熟悉常用译码器、编码器的逻辑功能和它们的典型应用。 二、实验原理和电路 按照逻辑功能的不同特点，常把数字电路分两大类：一类叫做组合逻辑电路，另一类称为时序逻辑电路。组合逻辑电路在任何时刻其输出的稳态值，仅决定于该时刻各个输入信号取值组合的电路。在这种电路中，输入信号作用以前电路所处的状态对输出信号无影响。通常，组合逻辑电路由门电路组成。 组合逻辑电路的分析方法：根据逻辑图进行二步工作： a.根据逻辑图，逐级写出函数表达式。 b.进行化简：用公式法、图形法或真值表进行化简、归纳。 组合逻辑电路的设计方法：就是从给定逻辑要求出发，求出逻辑图。一般分四步进行。 a.分析要求；将问题分析清楚，理清哪些是输入变量，哪些是输出函数。 b.列真值表。 c.进行化简：变量比较少时，用图形法。变量多时，可用公式化简。 d.画逻辑图：按函数要求画逻辑图。 进行前四步工作，设计已基本完成，但还需选择元件——集成电路，进行实验论证。 值得注意的是，这些步骤并不是固定不变的程序，实际设计时，应根据具体情况和问题难易程度进行取舍。 1.译码器 译码器是组合电路的一部分，所谓译码，就是把代码的特定含义“翻译”出来的过程，而实现译码操作的电路称为译码器。译码器分成三类： a.二进制译码器：如中规模2—4线译码器74LS139。，3—8线译码器74LS138等。 b.二—十进制译码器：实现各种代码之间的转换，如BCD码—十进制译码器74LS145等。 c.显示译码器：用来驱动各种数字显示器，如共阴数码管译码驱动74LS48，（74LS248），共阳数码管译码驱动74LS47（74LS247）等。 2.编码器 编码器也是组合电路的一部分。编码器就是实现编码操作的电路，编码实际上是译码相反的过程。按照被编码信号的不同特点和要求，编码器也分成三类： a.二进制编码器：如用门电路构成的4—2线，8—3线编码器等。 b.二—十进制编码器：将十进制的0～9编成BCD码，如：10线十进制—4线BCD码编码器74LS147等。 c.优先编码器：如8—3线优先编码器74LS148等。 三、实验内容及步骤 1.译码器实验 （1）将二进制2-4线译码器74LS139，及二进制3-8译码器74LS138分别插入实验系统IC 空插座中。 按图1.3.1接线，输入G、A、B信号（开关开为“1”、关为“0”），观察LED输出Yo、Y1、Y2、Y3的状态(亮为“1”，灭为“0”)，并将结果填入表1.3.1中。
光电编码器测速
飞思卡尔智能车舵机和测速的控制设计与实现 时间：2010-04-14 11:53:10 来源：电子设计工程作者：雷贞勇谢光骥五邑大学 2．1 舵机工作原理 舵机在6 V电压下正常工作，而大赛组委会统一提供的标准电源输出电压为7．2 V，则需一个外围电压转换电路将电源电压转换为舵机的工作电压6 V。图2为舵机供电电路。 舵机由舵盘、位置反馈电位计、减速齿轮组、直流动电机和控制电路组成，内部位置反馈减速齿轮组由直流电动机驱动，其输出轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器作为位置检测。当电位器转角线性地转换为电压并反馈给控制电路时，控制电路将反馈信号与输入的控制脉冲信号相比较，产生纠正脉冲，控制并驱动直流电机正向或反向转动，使减速齿轮组输出的位置与期望值相符。从而达到舵机精确控制转向角度的目的。舵机工作原理框图如图3所示。 2．2 舵机的安装与调节 舵机的控制脉宽与转角在-45°～+45°范围内线性变化。对于对速度有一定要求的智能车，舵机的响应速度和舵机的转向传动比直接影响车模能否以最佳速度顺利通过弯道。车模在赛道上高速行驶，特别是对于前瞻性不够远的红外光电检测智能车，舵机的响应速度及其转向传动比将直接影响车模行驶的稳定性，因此必须细心调试，逐一解决。由于舵机从执行转动指令到响应输出需占用一定的时间，因而产生舵机实时控制的滞后。虽然车模在进入弯道时能够检测到黑色路线的偏转方向，但由于舵机的滞后性，使得车模在转弯过程中时常偏离跑道，且速度越快，偏离越远，极大限制车模在连续弯道上行驶的最大时速，使得车模全程赛道速度很难进一步提高。为了减小舵机响应时间，在遵守比赛规则不允许改造舵机结构的前提下，利用杠杆原理，采用加长舵机力臂的方案来弥补这一缺陷，加长舵机力臂示意图如图4所示。
光电编码器详解
光电编码器 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。绝对脉冲编码 器:APC 增量脉冲编码器:SPC 1.光电编码器原理 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。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。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90°的脉冲信号。 1.1 增量式编码器 增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。 增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。一般来说，增量式光电编码器输出A、B两相互差 90度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的Z相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。 增量式光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成。码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差电度角。当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。 增量式光电编码器的优点是：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干
绝对值编码器简介
绝对值编码器概述 工作原理 绝对值编码器与增量编码器工作原理非常相似。它是一个带有若干个透明和不透明窗口的转动圆盘，用光接收器来收集间断的光束，光脉冲转换成电脉冲后， 由电子输出电路进行 处理，并将电脉冲发送出去。 绝对值代码 绝对值编码器和增量编码器之间主要的差别在于位置是怎么样来确定的：增量编码器的位置是从零位标记开始计算的脉冲数量来确定的，而绝对值编码器的位置是由输出代码的读数来确定的，在一转内每个位置的读数是唯一的。因此，
当电源断开或码盘移位时，绝对值编码器不会丢失实际位 置。 然而，当绝对值编码器的电源一旦重启位置值就会立即替代旧值，而一个增量编码器则需要设置零位标记。 输出代码用于指定绝对位置。很明显首选会是二进制码，因为它可以很容易被外部设备所处理，但是，二进制码是直接从旋转码盘上取得的，由于同时改变的编码状态位数超过一位，所以要求同步输出代码很难。 例如，两个连续的二进制码编码7（0111）变到8（1000），可以注意到所有位的状态都发生了变化。因此，如果你试着读在特定时刻的编码，要保证读数的正确性是很困难的，因为在数据改变的一瞬间同时就有超过一位的状态变化。因此，格雷码在二个连续编码之间（甚至于从最后一个到第一个）只有一位二进码状态变化。 格雷码通过一个简单的组合电路就可以很容易被转换为二进制码。（见如下表单）
格雷余码 当定义位置的个数不是2的幂次方时，从最后一个位置变到最前一个位置，即使是格雷码，同时改变的编码状态也会超过一位。 例如，假设一个每转12个位置的绝对型编码器，其格雷码如右侧所示，显而易见在位置11和0之间变化时，3位二进制码位同时改变状态，可能会引起读数出错，这是不允许的。试用格雷余码，3位二进制就可以维护编码仅仅只有一位状态变化，使得位置0与N值一一对应，这就得到格雷余码。其中，N是这样一个数，从转换成二进制码的格雷余码中减去N，就得到正确的位置值。 超差值N的计算： N=(2n-IMP)/2 式中：IMP IMP是每转的位置数（只能是 偶数）
编码器和译码器实验报告
译码器、编码器及其应用 一、实验目的 (1) 掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法； (2) 熟悉掌握集成译码器和编码器的应用； (3) 掌握集成译码器的扩展方法。 二、实验设备 数字电路实验箱，74LS20，74LS138。 三、实验内容 (1) 74LS138译码器逻辑功能的测试。将74LS138输出??接数字实验箱LED 管，地址输入接实验箱开关，使能端接固定电平（或GND）。电路图如Figure 1所示： Figure 2 ??????????????时，任意拨动开关，观察LED显示状态，记录观察结果。 ??????????????时，按二进制顺序拨动开关，观察LED显示状态，并与功能表对照，记录观察结果。 用Multisim进行仿真，电路如Figure 3所示。将结果与上面实验结果对照。
Figure 4 (2) 利用3-8译码器74LS138和与非门74LS20实现函数： ?? 四输入与非门74LS20的管脚图如下： 对函数表达式进行化简： ?? ?? A ? ??????????? ???? 按Figure 5所示的电路连接。并用Multisim进行仿真，将结果对比。 Figure 6
(3) 用两片74LS138组成4-16线译码器。 因为要用两片3-8实现4-16译码器，输出端子数目刚好够用。 而输入端只有 A、、三个，故要另用使能端进行片选使两片138译码器 进行分时工作。而实验台上的小灯泡不够用，故只用一个灯泡，而用连接灯泡的导线测试?，在各端子上移动即可。在multisim中仿真电路连接如Figure 7所示（实验台上的电路没有接下面的两个8灯LED）： Figure 8 四、实验结果 (1) 74LS138译码器逻辑功能的测试。 当输入 A时，应该是输出低电平，故应该第一个小灯亮。实际用实验台测试时，LE0灯显示如Figure 9所示。当输入 A时，应该是输出低电平，故理论上应该第二个小灯亮。实际用实验台测试时，LE0灯显示如Figure 6所示。 Figure 10
伺服电机相位与编码器位置调整关系
伺服电机相位与编码器位置调整关系 主流的伺服电机位置反馈元件包括增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等。 增量式编码器的相位对齐方式 在此讨论中，增量式编码器的输出信号为方波信号，又可以分为带换相信号的增量式编码器和普通的增量式编码器，普通的增量式编码器具备两相正交方波脉冲输出信号A和B，以及零位信号Z；带换相信号的增量式编码器除具备ABZ输出信号外，还具备互差120度的电子换相信号UVW，UVW各自的每转周期数与电机转子的磁极对数一致。带换相信号的增量式编码器的UVW电子换相信号的相位与转子磁极相位，或曰电角度相位之间的对齐方法如下： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.用示波器观察编码器的U相信号和Z信号； 3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察编码器U相信号跳变沿，和Z信号，直到Z信号稳定在高电平上（在此默认Z信号的常态为低电平），锁定编码器与电机的相对位置关系； 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，Z信号都能稳定在高电平上，则对齐有效。 撤掉直流电源后，验证如下： 1.用示波器观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，编码器的U相信号上升沿与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合，编码器的Z信号也出现在这个过零点上。 上述验证方法，也可以用作对齐方法。
需要注意的是，此时增量式编码器的U相信号的相位零点即与电机UV线反电势的相位零点对齐，由于电机的U相反电势，与UV线反电势之间相差30度，因而这样对齐后，增量式编码器的U相信号的相位零点与电机U相反电势的-30度相位点对齐，而电机电角度相位与U相反电势波形的相位一致，所以此时增量式编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。 有些伺服企业习惯于将编码器的U相信号零点与电机电角度的零点直接对齐，为达到此目的，可以： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察编码器的U相信号上升沿和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使上升沿和过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 由于普通增量式编码器不具备UVW相位信息，而Z信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而不作为本讨论的话题。 绝对式编码器的相位对齐方式 绝对式编码器的相位对齐对于单圈和多圈而言，差别不大，其实都是在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。早期的绝对式编码器会以单独的引脚给出单圈相位的最高位的电平，利用此电平的0和1的翻转，也可以实现编码器和电机的相位对齐，方法如下： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.用示波器观察绝对编码器的最高计数位电平信号；
绝对式光电编码器
绝对式光电编码器 （一)绝对式光电编码器的结构与原理 绝对式光电编码器的核心部件是编码祝．纳码盘内透叫区及不透明区组成。这些：透明区 反不透明K按定编码构成，编码盘L码道的条数就是数码的位数。阁13 [u(a)所不为—— 个4垃自然：：进制编码册的编码盘。钽电容长涂黑部分力个透明R，输：U为“117，则主白部分为透叨 K。输i11为“o”．它毛4条码道，对应诲一条码道有一个光电冗件木接收透过编码双的光线。当 编仍痞；与被测物转抽赵转动时．片采用n位编码盘．则能分辨的角度为： o——36()。／2” 自然二进制码虽然简单．但存在着使用上的问题．这是巾于团束转换点处位置不分叫而引 起的粗大娱差。例如，在出7转换到8的位量时光束要通过编码盘?)111利1000的交界处(或 称汉越区)。山1编悦捻的制造工艺和光敏元件女装的误差．有可能使汝数头的最内圈(而位) 定价值世上的光电几件比其余的超前或落后一点．这构导致可能出现两种极洲的读数值，即 1111和oooo，从而引起读数的粗大误差．这种误差是绝刘不能允许的。
为了避免这种误差．uJ采用格雷码(G，3y code)图案的编码投，表13 3结出丁格 箭码和 自然：：进制码的比较。山此表uJ以看出，格雷码具有代码从任何值转换到相邻值时字节各位 数户仅有一位发生状态变化的特点；闹自然二进制码则不同，代码经常有2—3位甚至4位数 值间N史化的情况。希迪电子这样，采用格雷码的方法即使发生前述的错移．由于它在迎位时相邻界面 团案的转换仅仅发小一个最小量化中仿(最小分辨率)的此变，因而不会产生粗大误差。这种 编码力法称作单位距离性码，是常采用的方菇。 绝对式光电编码器刘府每一条码道有——个光电元件，当码道处于不向角度时，经光电转换 的输出就呈现山不同的数码、如田13—10(b)所不。它的优点是没有触点磨损，因而允许转速 高．员外届缝隙宽度LJJ做得更小，所以精度也很高，其缺点是结构复杂、价格高、光源寿命短。 国内已有14他编码器的定型产品。
绝对值编码器说明
绝对值型的特点 对应旋转角度以格雷码形式并行输出绝对位置值，而且无需计数器。在通电状态下常时输出旋转角度，因为不用计数，可以在有电气噪声、振动的环境下使用。 而且在掉电和上电时都能正确读出旋转角度，不必回归原点，提高系统的速度。 格雷二进制码是为了弥补二进制码的缺陷而产生的代码。 在二进制码中当从某一个数到下一个数变化时，可能同时有2个以上的数据位发生变化，由于对各位读取的时序上的差异，可能造成读出错误。 为了解决此问题，设计一种代码，使其在从任一数到下一数变化时，只有一个数据位变化，以避免读取错误，这样的代码即格雷二进制码。输出码的转换 使用格雷码时，按以下方式进行二进制，BCD码转换。
输出脉冲数/转 旋转编码器的轴转一圈所输出的脉冲数。对于光学式旋转编码器，通常与旋转编码器内部的光栅的槽相同。（也可在电气上使用输出脉冲数增加到槽数的2倍、4倍。） 增量型 在转动时，可连续输出与旋转角度对应的脉冲数。静止状态不输出。因此，只要对脉部进行计数，就可知旋转的位置。 增量型旋转编码器可任选基准位置。根据在一圈内只输出一次的Z 相信号，可调整基准位置。 绝对值型 与旋转的有无没有关系，可并行输出与旋转角度对应的角度信号，可确认绝对位置。 分辩率 分辩率表示旋转编码器的主轴旋转一周，读出位置数据的最大等分数，绝对值型不以脉冲形式输出，而以代码形式表示当前主轴位置（角度），与增量型不同，相当于增量型的“输出脉冲/转”。 光栅 光学式旋转编码器，其光栅有金属和玻璃两种。如是金属制的开有通光孔（槽）。如是玻璃制的，是在玻璃表面涂了一层遮光膜，在此上面没有透明线条（槽）。槽数少的场合，可在金属圆盘上用冲压加工或腐蚀法开槽，在耐冲击型编码器上使用了金属的光栅。
光电编码器测速
实验三光电传感器转速测量实验 实验目的 1.通过本实验了解和掌握采用光电传感器测量的原理和方法。 2.通过本实验了解和掌握转速测量的基本方法。 实验原理 直接测量电机转速的方法很多，可以采用各种光电传感器，也可以采用霍尔元件。本实验采用光电传感器来测量电机的转速。 由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和相应快等优点，加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。图3.31说明了这四种形式的工作方式。 图3.31 光电传感器的工作方式 图3.32直射式光电转速传感器的结构图 直射式光电转速传感器的结构见图3.32。它由开孔圆盘、光源、光敏元件及缝隙板等组成。开孔圆盘的输入轴与被测轴相连接，光源发出的光，通过开孔圆盘和缝隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，将光信号转为电信号输出。开孔圆盘上有许多小孔，开孔圆盘旋转一周，光敏元件输出的电脉冲个数等于圆盘的开孔数，因此，可通过测量光敏元件输出的脉冲频率，得知被测转速，即 n=f/N 式中：n - 转速f - 脉冲频率N - 圆盘开孔数。 反射式光电传感器的工作原理见图3.33，主要由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、
反射式光电传感器组成，在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。在本实验中，由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。 n=f 如果在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么，n=f/N。N-反光片或反光贴纸的数量。 图3.33 反射式光电转速传感器的结构图 实验仪器和设备 1. 计算机 n台 2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套 3. 并口数据采集仪（DRDAQ-EPP2）1台 4. 开关电源（DRDY-A）1台 5. 光电转速传感器（DRHYF-12-A） 1套 6. 转子/振动实验台（DRZZS-A）/(DRZD-A) 1 台 实验步骤及内容 1.光电传感器转速测量实验结构示意图如图3.34所示，按图示结构连接实验设备， 其中光电转速传感器接入数据采集仪A/D输入通道。 图3.34 转速测量实验结构示意图 2.启动服务器，运行DRVI程序，点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择 其中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，从DRVI工具栏和快捷工具条中启动“内置的Web服务器”，开始监听8500端口。 3.打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联 机注册”图标，选择其中的“DRVI局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务器IP地址（例如：192.168.0.1），点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。 4.在收藏菜单栏中选中“实验指导书”菜单项打开WEB版实验指导书，在实验目录中
编码器安装零点位置的找寻和计算
编码器安装零点位置的找寻和计算 讲一点编码器的零点确定。 增量值编码器一般每圈提供一个z相（零位）信号，而绝对值编码器每个位置唯一，同样也有一个零位，那么，编码器在使用中如何确定零位呢？一般有如下几种方式： 一。编码器轴转动找零，编码器在安装时，旋转转轴对应零位，一般增量值与单圈绝对值会用这种方法，而轴套型的编码器也用这种方法。 缺点，零点不太好找，精度较低。 二。与上面方法相当，只是编码器外壳旋转找零，这主要是对于一些紧凑型安装的同步法兰（也有叫伺服法兰）外壳所用，如图： 三。通电移动安装机械对零，通电将安装的机械移动到对应的编码器零位对应位置安装。（伺服中带U/V/W信号的多用这种方法，关于这个题目，中国工控网论坛上的波恩网友有一篇很好的介绍，推荐给大家：https://www.360docs.net/doc/a05319315.html,/Forum/ForumTopic.aspx?Id=20081005121216 00001） 四。偏置计算，机械和编码器都不需要找零，根据编码器读数与实际位置的偏差计算，获得偏置量，以后编码器读数后减去这个偏置量。例如编码器的读数为100，而实际位置是90，计算下在实际位置0位时，编码器的读数应该是10，而这个“10”就是偏置量，以后编码器读到的数，减去这个偏置量就是位置值。可重复多次，修正偏置量。对于增量值编码器，是读取原始机械零位到第一个Z点的读数，作为偏置量。精度较高的编码器，或者量程较大的绝对值多圈编码器，多用这种方法。 五。智能化外部置零，有些带智能化功能的编码器，可提供外部置位功能，例如通过编码器附带的按键，或外带的软件设置功能置零。而我们提供的最新的Easypro?的智能化绝对值编码器，提供了一根外部置位线，将这个线与编码器供电的正电源短触一下，编码器此时的位置就是预先定好的预置位置（预置可以是零，也可以是其他事先约定的位置）。 六。需要说明的是，绝对值编码器的零位再往下就是编码的循环最大值，无论是单圈绝对值，还是多圈绝对值，如果置零位，那么再往下（下滑、移动，惯性过冲等），就可能数据一下子跳到最大了，对于高位数的绝对值多圈，可能数据会溢出原来的设定范围。另外，绝对值编码器还有一个旋转方向的问题，置零后，如果方向不对，是从0跳到最大，然后由大变小的。一些进口的编码器尽管带有外部置零功能，但建议还是不要用此功能。（我们碰到很多用进口绝对值编码器会碰到这样的困惑，不要就迷信进口的）。 七。最好的置位方法，是上面介绍的智能化Easypro?编码器，预置一个非零位（留下下滑、过冲的余量）并预置旋转方向+偏置计算的方法。另外一种方法是置“中”，偏置量就是中点值，置位线与电源正相触后，编码器输出的就是中点位置，这样的行程是+/-半全程，在这样的行程范围内，无论旋转方向，确保不会经过零点跳变，我们的绝对值SSi输出编码器就是这种方法，事实证明，这两种方法，优于某些进口品牌的置0的方法，给客户带来了方便，所以，也不要太迷信进口的，我们有的功能和服务，是可以做的比进口更好的。 编码器选型安装时的注意事项 编码器分为增量旋转编码器与绝对型旋转编码器。下面是两种编码器安装时的注意事项说明： 增量旋转编码器选型应注意三方面的参数：（1）机械安装尺寸，包括定位止口，轴径，安装孔位；电缆出线方式；安装空间体积；工作环境防护等级是否满足要求。（2）分辨率，即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计使用精度要求。（3）电气接口，编码器输出方式常见有推拉输出（F型HTL格式），电压输出（E），集电极开路（C，常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出），长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。 绝对型旋转编码器选型注意事项（1）机械部分: ①测长度还是测角度，测长度如何通过机械方式转换(在上面有一些介绍，如不清楚可来电讨论)。测角度是360度内(单圈)，还是可能过360度(多圈)。生产过程是一个方向旋转循环工作，还是来回方向循环工作。②轴连接安装形式，有轴型通过软性联轴器连接，还是轴套型连接。③使用环境：粉尘,水气,震动,撞击? （2）电气部分①连接的输出接收部分是什么? ②信号形式? ③分辨率要求? ④控制要求?