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    旋轉編碼器是怎么“編碼”的?(圖)

    咪乐|直播|免费版 《关于提高技术工人待遇的意见》全文如下。

    2017/1/18 8:49:19              

    “編碼” 是一種數學模式,是指信息傳遞中將信息編排送出(Encode),接收端收取編碼、解碼后獲取信息(Decode)。

    現代編碼的數學模式是 0 和 1(有和無、通和斷、長音和短音,高電平和低電平,等等)。例如:航海中的兩船相遇的旗語、燈語,無線電發報的摩爾斯編碼(長短音);再例如:音頻編碼器的 CD 唱片與唱機,視頻編碼器的 DVD、藍光與高清電視...等等。

    而旋轉編碼器就是要把當前的角度信息或旋轉的角度變化信息“編碼”送出。

    相對型

    相對型旋轉“編碼”,是指需要兩次以上的編碼信息與輸出,通過兩次以上的編碼信息的比較,獲得相對變化的角度值,也叫增量編碼器。

    其中,光電型增量編碼器就是通過碼盤刻線的光的通過與遮擋,來表達 1 和 0 的間隔變化,這樣的一通一斷的間隔性變化代表了角度的變化量,像人的脈搏,也稱為脈沖輸出。

    這種編碼角度信息必須有轉動才會有信息變化與累加,就好比 CD 唱片必須有轉動才會有聲音。當前的角度值是要經過前面歷史信息的比較與累加、記憶才能獲得。

    相對型旋轉編碼碼盤

    絕對型

    絕對型旋轉編碼是指不需要讀兩次以上的變化信息,無需比較與累加,絕對值是與歷史信息無關的,可以直接一次性讀取到當前的角度位置值。

    單圈絕對值編碼器的位數是以 0 和 1 的編碼方式的 2 的 N 次方位數來表示其分辨位置編碼,8 位就有 256 個編碼位置,10 位是 1024,12 位 4096,13 位 8192,14 位 16384,16 位 65536 ... 等等,目前工業市場最高位數的是德國海德漢的 25 位單圈絕對值編碼器。

    ?? 相對型的編碼是“變化的角度量”,包括內部和外部的計數器計數累計與記憶,與歷史計數有關系;絕對值的編碼是“直接的當前角度值”,與歷史計數無關。

    相對型增量式編碼器的編碼方式是什么?

    增量編碼器通過輸出每圈的脈沖數(PPR)對一個 360° 圓周分割,也稱為分辨率。每個脈沖周期的變化代表了一定角度變化,這樣預先分割角度到每個周期并讀取計數周期變化的方式為“增量編碼”,增量編碼器輸出一般是 A、B、Z 三相信號,A 和 B 的輸出相差 1/4 個周期,正轉是 1/4 相差,而反轉是 3/4 相差,以此可以判斷編碼器的正反轉;Z 相是每圈僅提供一個位置脈沖,以此可以設定零位值。

    什么是增量編碼的正邏輯與負邏輯?

    增量脈沖信號的方波,在高電平的時候邏輯為1,低電平的時候邏輯為 0,這稱為編碼的正邏輯,反之為負邏輯。

    一般 NPN 集電極開路輸出形式的編碼是負邏輯的。

    什么是 CW 編碼或者 CCW 編碼?

    面向編碼器的軸端看,編碼器轉軸“順時針”旋轉,而編碼數據增加的,稱為 CW。面向編碼器軸端,編碼器轉軸“逆時針”旋轉,而數據增加的,稱為 CCW。

    什么是增量信號的正交 A、B 相?

    增量編碼器輸出 A 相脈沖和 B 相脈沖,A 相和 B 相脈沖相差 90° 的相位差(一個周期的 1/4T),這稱為“正交的 A、B 相”。正交的相位差可以提供接收設備判斷編碼器軸的旋轉方向,正方向的旋轉是 1/4T,反方向的旋轉就是 3/4T,這樣后續接收信號的設備可以很容易判斷增量脈沖信號是“增”還是“減”累計脈沖數。

    什么是增量正交 A、B 信號的四倍頻?

    正交的 A、B 信號相位差 90°,在一個脈沖周期內,可以通過 A 和 B 脈沖信號的上升沿和下降沿的變化,判斷出 4 次變化,或者通過A信號編碼邏輯的 1 和 0 和 B 信號 1 和 0 的組合解碼,A 和 B 構成 2 位編碼在一個脈沖周期內可以有四個分割區間,將這 4 次變化或 4 個區間解讀出來,稱為增量正交 A B 信號的四倍頻。

    增量編碼器的 A、B 相位差為什么是 90° ?

    這樣可以較為清晰的判斷旋轉方向的正轉(1/4差)或反轉(3/4差),并有很好的容錯寬度。

    什么是絕對值數字編碼?

    以傳感器內部信號獲得的有和無,電學的高低電平作為 1 和 0 的編碼,有 N 位的 0、1 編碼(也稱為二進制編碼)組成的絕對值編碼。數字式編碼的有和無,對于各種微動因素的干擾引起的大小變化不敏感,為此抗干擾性強。目前越來越多的應用采用絕對值編碼器。

    絕對值數字編碼的方式有哪些?

    十進制碼

    日常生活中,我們的數字是 0~9,逢十進一,這稱為“十進制”數字編碼;

    因 10 進制編碼需要用十個階梯的分布物理量,物理實現較不方便,編碼器中很少用此編碼。

    純二進制碼

    現代電子數字編碼,一般都以通斷(明暗)代表 0、1,有多位數 2 的 N 次方構成編碼,最簡單的就是純二進制編碼 BIN,變化的數字就是 0 和 1,逢二進一,這稱為“純二進制”數字編碼,計算機電子應用中較多以此為編碼;

    16 進制碼

    以二進制 4 位一組向十進制解碼 0~15,但是 10 以上不以兩位數表示,而是以 A~F 表示,如 10 為 A,15 為 F,這是 16 進制的編碼,便于數據寄存及辨識;

    BCD 碼

    十進制每一位分解解碼到二進制碼的4位一組十個數,其 BCD 碼向十進制解碼后只有 0~9,而無需再考慮十進制的進位問題,一般用于人眼習慣的 7 段數碼顯示管;

    格雷碼

    格雷碼是二進制編碼的一種,其特征是每一次遞增(或遞減)一個字變化,所有位數上只有其中一位發生了改變(0 與 1 的變化),并且數據終點循環到起點同樣遵循這個原則,這樣在一個字的變化過程中,只有一位數發生跳變,數“能”變化量最小,出錯概率最低。特別適合于絕對值編碼器的多碼道同步讀取或多位數同步輸出(并行輸出)中,也適合在通訊傳輸中;

    格雷余碼:

    二進制編碼中大部分是 2 的冪次方編碼,編碼總數也是 2 的冪次方,如 8 位的 256、10 位的 1024 等,在編碼器的角度計算中,在角度計算中無法整除取整,有時要用到角度的整數,為此有格雷余碼,在格雷碼的數碼中去除一部分,余下一部分編碼使用,因此也稱為“余格雷碼”,例如 180、360、720 個編碼的“余格雷碼”。格雷余碼向十進制解碼后的十進制數不從 0 開始,需要“補碼”。

    其他編碼

    在通訊傳輸中,還有一些不常見的編碼,是上述編碼形式的變異或組合,例如曼切斯特編碼等,這里就不一一敘述了。

    格雷碼怎么換算到純二進制碼(BIN)?

    解碼過程:用“0”和格雷碼的最高位以“異或”比較,結果保留在(純二進制碼)最高位,再以此結果與格雷碼的第二高位“異或”比較,結果保留在(純二進制碼)第二高位;再以此類推,直到最低位。

    ?? 格雷碼到純二進制碼的解碼必須是全碼解碼,從最高位到最低位。

    格雷余碼怎么換算到純二進制碼?

    格雷余碼到純二進制碼的解碼方式與格雷碼的解碼方式完全相同,但是解碼到 BIN 碼以后會發現編碼不是從 0 開始的,例如 180 格雷余碼是從 256 格雷碼取中而來,解碼后需要減去一個常數 38。

    絕對值編碼器安裝時需要從編碼零點開始找起嗎?

    不需要。絕對值編碼器每一個編碼位置都是唯一性的,任何位置都可以作為“零點” ,其他位置在安裝初始化時確認與此“零點”的位置關系并永久性保存在接收設備中,使用中讀取每一個唯一的編碼并解碼這種關系。

    為什么絕對值編碼器很多用格雷碼?

    格雷碼或格雷余碼的編碼,在每次改變一個字的上下順序變化中,僅改變一位的 0,1 變化,物理能變化最小,而且也不存在各個位數上同步讀取的先后問題,因此其對于干擾性因素不敏感,出錯概率最小,絕對值編碼器的內部編碼的同步讀取或外部同步輸出就不會存在出錯問題,絕對值編碼器較多用此編碼。

    相比較的其他編碼,比如純二進制編碼或 BCD 編碼,在一個字的順序變化時,有可能發生多位上的 0,1 變化,物理能可能突變,而如果需要各位數同步讀取或同步輸出(例如并行輸出),在響應上很難保證同步一致性,而造成讀取上有的變化先讀到,有的變化后讀到,而出現短時錯碼跳變,需要鎖定讀取或輸出,但這樣響應速度就大大降低了,因此,在內部同步讀取或外部同步輸出(例如并行信號輸出)時不能用格雷碼以外的編碼。

    多圈絕對值編碼器的編碼

    絕對值多圈編碼器,就是在其測量范圍內,不僅僅在單圈 360° 內有“絕對值編碼”,而且在超過 360° 后仍然有不依賴于計數的多圈數值的唯一絕對編碼。其一般與鐘表式的分針、時針原理相似。

    絕對值多圈編碼器的數值讀取必須與歷史無關,不存在是否有記憶、是否有電池的問題。通電讀取或不讀取,停電記憶或不記憶,電池有或沒有,絕對值編碼的數據都在那里。如果編碼器是通過內部或外部的計數器累加計數的,輸出編碼值與歷史計數有關系,一旦歷史關系丟失或出錯,信息也將錯誤,就不能稱為“絕對值”的多圈編碼器,無論其是否有電池。

    多圈絕對值編碼器以“單圈位數 x 多圈圈數(或位數)”的方式表示其分辨率和測量圈數行程,多圈常用的是 4096 圈,少量可以達到 16384 圈、65536 圈(16 位)。

    GMX425 系列的絕對值多圈編碼器常規的可以達到 12 位 4096 圈,特殊需要的可以達到 16384 圈和 65536 圈。

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