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旋转编码器是怎么“编码”的?(图)

2017/1/18 8:49:19              

“编码” 是一种数学模式,是指信息传递中将信息编排送出(Encode),接收端收取编码、解码后获取信息(Decode)。

现代编码的数学模式是 0 和 1(有和无、通和断、长音和短音,高电平和低电平,等等)。例如:航海中的两船相遇的旗语、灯语,无线电发报的摩尔斯编码(长短音);再例如:音频编码器的 CD 唱片与唱机,视频编码器的 DVD、蓝光与高清电视...等等。

而旋转编码器就是要把当前的角度信息或旋转的角度变化信息“编码”送出。

相对型

相对型旋转“编码”,是指需要两次以上的编码信息与输出,通过两次以上的编码信息的比较,获得相对变化的角度值,也叫增量编码器。

其中,光电型增量编码器就是通过码盘刻线的光的通过与遮挡,来表达 1 和 0 的间隔变化,这样的一通一断的间隔性变化代表了角度的变化量,像人的脉搏,也称为脉冲输出。

这种编码角度信息必须有转动才会有信息变化与累加,就好比 CD 唱片必须有转动才会有声音。当前的角度值是要经过前面历史信息的比较与累加、记忆才能获得。

相对型旋转编码码盘

绝对型

绝对型旋转编码是指不需要读两次以上的变化信息,无需比较与累加,绝对值是与历史信息无关的,可以直接一次性读取到当前的角度位置值。

单圈绝对值编码器的位数是以 0 和 1 的编码方式的 2 的 N 次方位数来表示其分辨位置编码,8 位就有 256 个编码位置,10 位是 1024,12 位 4096,13 位 8192,14 位 16384,16 位 65536 ... 等等,目前工业市场最高位数的是德国海德汉的 25 位单圈绝对值编码器。

⚠️ 相对型的编码是“变化的角度量”,包括内部和外部的计数器计数累计与记忆,与历史计数有关系;绝对值的编码是“直接的当前角度值”,与历史计数无关。

相对型增量式编码器的编码方式是什么?

增量编码器通过输出每圈的脉冲数(PPR)对一个 360° 圆周分割,也称为分辨率。每个脉冲周期的变化代表了一定角度变化,这样预先分割角度到每个周期并读取计数周期变化的方式为“增量编码”,增量编码器输出一般是 A、B、Z 三相信号,A 和 B 的输出相差 1/4 个周期,正转是 1/4 相差,而反转是 3/4 相差,以此可以判断编码器的正反转;Z 相是每圈仅提供一个位置脉冲,以此可以设定零位值。

什么是增量编码的正逻辑与负逻辑?

增量脉冲信号的方波,在高电平的时候逻辑为1,低电平的时候逻辑为 0,这称为编码的正逻辑,反之为负逻辑。

一般 NPN 集电极开路输出形式的编码是负逻辑的。

什么是 CW 编码或者 CCW 编码?

面向编码器的轴端看,编码器转轴“顺时针”旋转,而编码数据增加的,称为 CW。面向编码器轴端,编码器转轴“逆时针”旋转,而数据增加的,称为 CCW。

什么是增量信号的正交 A、B 相?

增量编码器输出 A 相脉冲和 B 相脉冲,A 相和 B 相脉冲相差 90° 的相位差(一个周期的 1/4T),这称为“正交的 A、B 相”。正交的相位差可以提供接收设备判断编码器轴的旋转方向,正方向的旋转是 1/4T,反方向的旋转就是 3/4T,这样后续接收信号的设备可以很容易判断增量脉冲信号是“增”还是“减”累计脉冲数。

什么是增量正交 A、B 信号的四倍频?

正交的 A、B 信号相位差 90°,在一个脉冲周期内,可以通过 A 和 B 脉冲信号的上升沿和下降沿的变化,判断出 4 次变化,或者通过A信号编码逻辑的 1 和 0 和 B 信号 1 和 0 的组合解码,A 和 B 构成 2 位编码在一个脉冲周期内可以有四个分割区间,将这 4 次变化或 4 个区间解读出来,称为增量正交 A B 信号的四倍频。

增量编码器的 A、B 相位差为什么是 90° ?

这样可以较为清晰的判断旋转方向的正转(1/4差)或反转(3/4差),并有很好的容错宽度。

什么是绝对值数字编码?

以传感器内部信号获得的有和无,电学的高低电平作为 1 和 0 的编码,有 N 位的 0、1 编码(也称为二进制编码)组成的绝对值编码。数字式编码的有和无,对于各种微动因素的干扰引起的大小变化不敏感,为此抗干扰性强。目前越来越多的应用采用绝对值编码器。

绝对值数字编码的方式有哪些?

十进制码

日常生活中,我们的数字是 0~9,逢十进一,这称为“十进制”数字编码;

因 10 进制编码需要用十个阶梯的分布物理量,物理实现较不方便,编码器中很少用此编码。

纯二进制码

现代电子数字编码,一般都以通断(明暗)代表 0、1,有多位数 2 的 N 次方构成编码,最简单的

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