編碼器常見問題：TTL_HTL_DTL電平差別

1、TTL/HTL/DTL電平在雙極型數(shù)字集成電路中，除了TTL電路以外，還有二極管三極管邏輯(Diode-Transistor Logic，簡稱DTL)、高閾值邏輯(High Threshold Logic，簡稱HTL)、發(fā)射極耦合邏輯(Emitter Coupled Logic，簡稱ECL)和集成注入邏輯(Integrated Injection Logic，簡稱I2L)等幾種邏輯電路。 HTL電路的特點是閾值電壓比較高。當電源電壓為15V時，閾值電壓達7-8V。因此，它的噪聲容限比較大，有較強的抗干擾能力。它的主要缺點是工作速度比較低，所以多用在對工作速度要求不高而對抗干擾能力要求較高的一些

2、工業(yè)控制設(shè)備中。目前它幾乎完全為CMOS電路所取代。它的電平，就是指輸出的“1”、“0”時的電壓。  HTL是high threshold logic的縮寫,中文是"高閾值邏輯電路"的意思全稱是"高閾值雙極型中、低速數(shù)字集成電路",它的抗干擾能力非常高TTL電路,晶體管晶體管邏輯電路DTL電路(Diode-Transistor Logic),二極管-三極管邏輯電路  UNL和UNH的值越大，則電路抗干擾信號的能力就越強。編碼器常用問答一、 問：增量旋轉(zhuǎn)編碼器選型有哪些注意事項？ 應(yīng)注意三方面的參數(shù)： 1 械安裝尺寸，包括定位止口，軸徑

3、，安裝孔位；電纜出線方式；安裝空間體積；工作環(huán)境防護等級是否滿足要求。 2 分辨率，即編碼器工作時每圈輸出的脈沖數(shù)，是否滿足設(shè)計使用精度要求。 3電氣接口，編碼器輸出方式常見有推拉輸出（F型HTL格式），電壓輸出（E），集電極開路（C，常見C為NPN型管輸出，C2為PNP型管輸出），長線驅(qū)動器輸出。其輸出方式應(yīng)和其控制系統(tǒng)的接口電路相匹配。 二、問：請教如何使用增量編碼器？ 1，增量型旋轉(zhuǎn)編碼器有分辨率的差異，使用每圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)來計量，數(shù)目從6到5400或更高，脈沖數(shù)越多，分辨率越高；這是選型的重要依據(jù)之一。 2，增量型編碼器通常有三路信號輸出（差分有六路信號）：A,B和Z，一般采用TTL電

4、平，A脈沖在前，B脈沖在后，A,B脈沖相差90度，每圈發(fā)出一個Z脈沖，可作為參考機械零位。一般利用A超前B或B超前A進行判向，我公司增量型編碼器定義為軸端看編碼器順時針旋轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，A超前B為90°，反之逆時針旋轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)B超前A為90°。也有不相同的，要看產(chǎn)品說明。 3，使用PLC采集數(shù)據(jù)，可選用高速計數(shù)模塊；使用工控機采集數(shù)據(jù)，可選用高速計數(shù)板卡；使用單片機采集數(shù)據(jù)，建議選用帶光電耦合器的輸入端口。 4，建議B脈沖做順向（前向）脈沖，A脈沖做逆向（后向）脈沖，Z原點零位脈沖。 5，在電子裝置中設(shè)立計數(shù)棧。 三、關(guān)于戶外使用或惡劣環(huán)境下使用 有網(wǎng)友來email問，他的設(shè)備在野

5、外使用，現(xiàn)場環(huán)境臟，而且怕撞壞編碼器。 我公司有鋁合金（特殊要求可做不銹鋼材質(zhì)）密封保護外殼，雙重軸承重載型編碼器，放在戶外不怕臟，鋼廠、重型設(shè)備里都可以用。 不過如果編碼器安裝部分有空間，我還是建議在編碼器外部再加裝一防護殼，以加強對其進行保護，必竟編碼器屬精密元件，一臺編碼器和一個防護殼的價值比較還是有一定差距的。 四、從接近開關(guān)、光電開關(guān)到旋轉(zhuǎn)編碼器： 工業(yè)控制中的定位，接近開關(guān)、光電開關(guān)的應(yīng)用已經(jīng)相當成熟了，而且很好用?？墒牵S著工控的不斷發(fā)展，又有了新的要求，這樣，選用旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用優(yōu)點就突出了： 信息化：除了定位，控制室還可知道其具體位置； 柔性化：定位可以在控制室柔性調(diào)整； 現(xiàn)

6、場安裝的方便和安全、長壽：拳頭大小的一個旋轉(zhuǎn)編碼器，可以測量從幾個µ到幾十、幾百米的距離，n個工位，只要解決一個旋轉(zhuǎn)編碼器的安全安裝問題，可以避免諸多接近開關(guān)、光電開關(guān)在現(xiàn)場機械安裝麻煩，容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。由于是光電碼盤，無機械損耗，只要安裝位置準確，其使用壽命往往很長。 多功能化：除了定位，還可以遠傳當前位置，換算運動速度，對于變頻器，步進電機等的應(yīng)用尤為重要。 經(jīng)濟化：對于多個控制工位，只需一個旋轉(zhuǎn)編碼器的成本，以及更主要的安裝、維護、損耗成本降低，使用壽命增長，其經(jīng)濟化逐漸突顯出來。 如上所述優(yōu)點，旋轉(zhuǎn)編碼器已經(jīng)越來越廣泛地被應(yīng)用于各種工控場合。 五、關(guān)于電源

7、供應(yīng)及編碼器和PLC連接： 一般編碼器的工作電源有三種：5Vdc、5-13 Vdc或11-26Vdc。如果你買的編碼器用的是11-26Vdc的，就可以用PLC的24V電源，需注意的是： 1 編碼器的耗電流，在PLC的電源功率范圍內(nèi)。 2 編碼器如是并行輸出，連接PLC的I/O點，需了解編碼器的信號電平是推拉式（或稱推挽式）輸出還是集電極開路輸出，如是集電極開路輸出的，有N型和P型兩種，需與PLC的I/O極性相同。如是推拉式輸出則連接沒有什么問題。 3 編碼器如是驅(qū)動器輸出，一般信號電平是5V的，連接的時候要小心，不要讓24V的電源電平串入5V的信號接線中去而損壞編碼器的信號端。（我公司也可以做

8、寬電壓驅(qū)動器輸出（5-30 Vdc），有此要求定貨時要注明） 六、在很多的情況之下是編碼器并沒有壞，而只是干擾的原因，造成波型不好，導致計數(shù)不準。請教如何進行判斷？謝謝！ 編碼器屬精密元件，這主要因為編碼器周圍干擾比較嚴重，比如：是否有大型電動機、電焊機頻繁起動造成干擾，是否和動力線同一管道傳輸?shù)取?選擇什么樣的輸出對抗干擾也很重要，一般輸出帶反向信號的抗干擾要好一些，即A+A-,B+B-,Z+Z-，其特征是加上電源8根線，而不是5根線(共零)。帶反向信號的在電纜中的傳輸是對稱的，受干擾小，在接受設(shè)備中也可以再增加判斷（例如接受設(shè)備的信號利用A、B信號90°相位差，讀到電平10、11

9、、01、00四種狀態(tài)時，計為一有效脈沖，此方案可有效提高系統(tǒng)抗干擾性能（計數(shù)準確）。 就是編碼器也有好壞，其碼盤電子芯片內(nèi)部電路信號輸出的差別很大，要不然怎么一個1000線的增量型編碼器會從300多元到3000多元差別那么大呢? 排除(搬離、關(guān)閉、隔離)干擾源，判斷是否為機械間隙累計誤差，判斷是否為控制系統(tǒng)和編碼器的電路接口不匹配（編碼器選型錯誤）；方法償試后故障現(xiàn)象排除，則可初步判斷，若未排除須進一步分析。 判斷是否為編碼器自身故障的簡單方法是排除法。現(xiàn)在我公司編碼器已大規(guī)模生產(chǎn)，技術(shù)生產(chǎn)已成熟運用，產(chǎn)品故障率控制在千分之幾。排除法的具體方法是：用一臺相同型號的編碼器替換上去，如果故障現(xiàn)象相

10、同，可基本排除是編碼器故障問題，因為兩臺編碼器同時有故障的小概率事件發(fā)生可能很小，可以看作為0。假如換一臺相同型號編碼器上去，故障現(xiàn)象立刻排除，則可基本判定是編碼器故障。 七、何為長線驅(qū)動？普通型編碼器能否遠距離傳送？ 答：長線驅(qū)動也稱差分長線驅(qū)動，5V，TTL的正負波形對稱形式，由于其正負電流方向相反，對外電磁場抵消，故抗干擾能力較強。普通型編碼器一般傳輸距離是100米，如果是24V HTL型且有對稱負信號的，傳輸距離300-400米。 八、問：能否簡單介紹旋轉(zhuǎn)編碼器檢測直線位移的方法？ 答： 1，使用“彈性連軸器”將旋轉(zhuǎn)編碼器與驅(qū)動直線位移的動力裝置的主軸直接聯(lián)軸。 2，使用小型齒輪（直齒

11、，傘齒或蝸輪蝸桿）箱與動力裝置聯(lián)軸。 3，使用在直齒條上轉(zhuǎn)動的齒輪來傳遞直線位移信息。 4，在傳動鏈條的鏈輪上獲得直線位移信息。 5，在同步帶輪的同步帶上獲得直線位移信息。 6，使用安裝有磁性滾輪的旋轉(zhuǎn)編碼器在直線位移的平整鋼鐵材料表面獲得位移信息（避免滑差）。 7，使用類似“鋼皮尺”的“可回縮鋼絲總成”連接旋轉(zhuǎn)編碼器來探測直線位移信息（數(shù)據(jù)處理中須克服疊層卷繞誤差）。 8，類似7，使用帶小型力矩電機的“可回縮鋼絲總成”連接旋轉(zhuǎn)編碼器來探測直線位移信息（目前德國有類似產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)復雜，幾乎無疊層卷繞誤差）。 九、增量光柵Z信號可否作零點？圓光柵編碼器如何選用？ 無論直線光柵還是軸編碼器其Z信號的

12、均可達到同AB信號相同的精確度，只不過軸編碼器是一圈一個，而直線光柵是每隔一定距離一個，用這個信號可達到很高的重復精度?？上扔闷胀ǖ慕咏_關(guān)初定位，然后找最為接近的Z信號(每次同方向找)，裝的時候不要望忘了將其相位調(diào)的和光柵相位一致，否則不準。 根據(jù)你的細分精度要求和分辯率要求選用。精度高自然要選用每周線紋高的，精度不高，就沒必要選用高線紋數(shù)的圓光柵編碼器了。 十、增量型編碼器和絕對型編碼器有何區(qū)別？做一個伺服系統(tǒng)時怎么選擇呢？ 常用的為增量型編碼器，如果對位置、零位有嚴格要求用絕對型編碼器。伺服系統(tǒng)要具體分析，看應(yīng)用場合。 測速度用常用增量型編碼器，可無限累加測量；測位置用絕對型編碼器，位置

13、唯一性（單圈或多圈），最終看應(yīng)用場合，看要實現(xiàn)的目的和要求。 十一、絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器選型注意事項，旋轉(zhuǎn)編碼器和接近開關(guān)、光電開關(guān)優(yōu)勢比較： 絕對編碼器單圈從經(jīng)濟型8位到高精度17位，價格可以從幾百元到1萬多不等； 絕對編碼器多圈大部分用25位，輸出有SSI，總線Profibus-DP,Can L2,Interbus,DeviceNet,價格也可以從3千多到1萬多不等。 旋轉(zhuǎn)光電編碼器測量角度和長度，已是很成熟的技術(shù)了，現(xiàn)今再用上高精度大量程的絕對型編碼器，大大提高了測量精度和可靠性，而且經(jīng)濟實用。就目前來看，其仍然是測量長度的最多選擇。 十二、從增量式編碼器到絕對式編碼器 旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)

14、動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設(shè)備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。 解決的方法是增加參考點，編碼器每經(jīng)過參考點，將參考位置修正進計數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點以前，是不能保證位置的準確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機找零等方法。 比如，打印機掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點，然后才工作。 這樣的方

15、法對有些工控項目比較麻煩，甚至不允許開機找零（開機后就要知道準確位置），于是就有了絕對編碼器的出現(xiàn)。 絕對編碼器光碼盤上有許多道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線。編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。 絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。 由于絕對編碼器在位置定位

16、方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。 測速度需要可以無限累加測量，目前增量型編碼器在測速應(yīng)用方面仍處于無可取代的主流位置。 十三、能不能告訴我選用絕對型編碼器應(yīng)注意哪些事項？ (一).機械部分: 1.測長度還是測角度，測長度如何通過機械方式轉(zhuǎn)換(在上面有一些介紹，如不清楚可來電討論)。測角度是360度內(nèi)(單圈)，還是可能過360度(多圈)。生產(chǎn)過程是一個方向旋轉(zhuǎn)循環(huán)工作，還是來回方向循環(huán)工作。 2.軸連接安裝形式，有軸型通過軟性聯(lián)軸器連接，還是軸套型連接。 3.使用環(huán)境：粉塵,水氣,震動,撞擊? (二)電氣部分 1.連接的輸出接收部分是什么? 2.信號形式? 3.分辨率

17、要求? 4.控制要求? 十四、從單圈絕對式編碼器到多圈絕對式編碼器 旋轉(zhuǎn)單圈絕對式編碼器，以轉(zhuǎn)動中測量光碼盤各道刻線，以獲取唯一的編碼，當轉(zhuǎn)動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測量，稱為單圈絕對式編碼器。 如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈絕對式編碼器。 編碼器生產(chǎn)廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉(zhuǎn)時，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復，而無需

18、記憶。 多圈編碼器另一個優(yōu)點是由于測量范圍大，實際使用往往富裕較多，這樣在安裝時不必要費勁找零點，將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡化了安裝調(diào)試難度。 多圈式絕對編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢明顯，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。 十五、絕對型編碼器的串行和并行輸出的詳細一點的信息，謝謝！ 并行輸出： 絕對型編碼器輸出的是多位數(shù)碼（格雷碼或純二進制碼），并行輸出就是在接口上有多點高低電平輸出，以代表數(shù)碼的1或0，對于位數(shù)不高的絕對編碼器，一般就直接以此形式輸出數(shù)碼，可直接進入PLC或上位機的I/O接口，輸出即時，連接簡單。但是并行輸出有如下問題： 1。必須是格雷碼，因為如是純二進制碼，在數(shù)

19、據(jù)刷新時可能有多位變化，讀數(shù)會在短時間里造成錯碼。 2。所有接口必須確保連接好，因為如有個別連接不良點，該點電位始終是0，造成錯碼而無法判斷。 3。傳輸距離不能遠，一般在一兩米，對于復雜環(huán)境，最好有隔離。 4。對于位數(shù)較多，要許多芯電纜，并要確保連接優(yōu)良，由此帶來工程難度，同樣，對于編碼器，要同時有許多節(jié)點輸出，增加編碼器的故障損壞率。 并行：時間上，數(shù)據(jù)同時發(fā)出；空間上，每個位數(shù)的數(shù)據(jù)各占用一根線纜。 增量型編碼器輸出的通常是并行輸出。 串行輸出： 串行輸出就是通過約定，在時間上有先后的數(shù)據(jù)輸出，這種約定稱為通訊規(guī)約，其連接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。 串行輸

20、出連接線少，傳輸距離遠，對于編碼器的保護和可靠性就大大提高了，一般高位數(shù)的絕對編碼器都是用串行輸出的。 由于絕對型編碼器的部分知名廠家在德國，所以串行輸出大部分是與德國的西門子配套的，如SSI同步串行輸出，總線型是PROFIBUS-DP的輸出等。 串行輸出編碼器連接德國西門子的設(shè)備是比較容易的，但是連接非德國系的設(shè)備，接口就是問題了，我公司提供各種接口輸出的儀表，可以解決這樣的問題。 串行：時間上，數(shù)據(jù)按照約定，有先后；空間上，所有位數(shù)的數(shù)據(jù)都在一組線纜上（先后）發(fā)出。 十六、串行編碼器應(yīng)該都是絕對式的? 串行是指按時間約定，串行輸出數(shù)字編碼信號，基本是絕對的，但也有一些增量編碼器，通過內(nèi)置電

21、池記憶原點，其也可以通過串行輸出位置值，如電池線不聯(lián)，還是增量編碼器，此也稱為偽絕對值編碼器，在一些日本伺服系統(tǒng)中較多見。其本質(zhì)其實還是增量編碼器。 十七、問：為什么叫“絕對型編碼器”？ “絕對型編碼器”相對于“增量型編碼器”而言。 “絕對型編碼器”使用某種方式表示并記憶物體的絕對位置，角度和圈數(shù)。即一旦位置，角度和圈數(shù)固定，什么時候編碼器的示值都唯一固定，包括停電后投電?！霸隽啃途幋a器”做不到這一點。一般“增量型編碼器”輸出兩個A、B脈沖信號，和一個Z(L)零位信號，A、B脈沖互差90度相位角。通過脈沖計數(shù)可以知道位置，角度和圈數(shù)增量，通過A,B脈沖信號超前或滯后可以知道方向，停電后，必須從

22、約定的基準重新開始計數(shù)?！霸隽啃途幋a器”表示位置，角度和圈數(shù)需要做后處理，重新投電要做“復零”操作，所以，“增量型編碼器”比“絕對型編碼器”在價格上便宜許多。 十八、問：光電編碼器、光學電子尺和靜磁柵絕對編碼器的優(yōu)缺點？ 光電編碼器： 1，優(yōu)點：體積小，精密，本身分辨度可以很高(目前我公司通過細分技術(shù)在直徑66的編碼器上可達到54000cpr) ，無接觸無磨損；同一品種既可檢測角度位移，又可在機械轉(zhuǎn)換裝置幫助下檢測直線位移；多圈光電絕對編碼器可以檢測相當長量程的直線位移(如25位多圈)。壽命長，安裝隨意，接口形式豐富，價格合理。成熟技術(shù)，多年前已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。 2，缺點：精密但對戶外及

23、惡劣環(huán)境下使用提出較高的保護要求；量測直線位移需依賴機械裝置轉(zhuǎn)換，需消除機械間隙帶來的誤差；檢測軌道運行物體難以克服滑差。 光學電子尺： 1，優(yōu)點：精密，本身分辨度較高（可達到0.005mm）；體積適中，直接測量直線位移；無接觸無磨損，測量間隙寬泛；價格適中，接口形式豐富，已在國內(nèi)外金屬切削機械行業(yè)得到較多應(yīng)用（如線切割、電火花等）。 2，缺點：測量直線和角度要使用不同品種；量程受限制（量程超過4m，生產(chǎn)制造困難價格昂貴），不適于在大量程惡劣環(huán)境處實施位移檢測。 靜磁柵絕對編碼器： 1，優(yōu)點：體積適中，直接測量直線位移，絕對數(shù)字編碼，理論量程沒有限制；無接觸無磨損，抗惡劣環(huán)境，可水下1000米

24、使用；接口形式豐富，量測方式多樣；價格尚能接受。 2，缺點：分辨度1mm不高；測量直線和角度要使用不同品種；不適于在精小處實施位移檢測（大于260毫米）。 十九、例題：一個圓盤，分50個點，要實現(xiàn)定位控制，轉(zhuǎn)速很慢，是要用到絕對型編碼器嗎？怎么找原點呢？50個位置定位是360度均勻等分嗎？ 絕對編碼器的編碼都是2的冪次方，沒有360度均勻50等分的，要近似，看精度要求有多高，選多高線數(shù)的編碼器，如果精度要求不是太高的話，用8位256線的就可以了。編碼器的每個位置都有唯一編碼，編碼為零的就可以作為零點，也可以任意位置定義為零，其他位置與其比較計算。 如果可以用參考點的話，也可以用增量式的，因速度

25、慢，應(yīng)該選3000線或以上的，每圈一個零位。 二十、簡單介紹：RS-232、RS-422與RS-485標準及應(yīng)用？ RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標準，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)布的。 目前RS-232是PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。 RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。 通常情況下，發(fā)送驅(qū)動器A、B之間的正電平在+2+6

26、V，是一個邏輯狀態(tài)，負電平在-26V，是另一個邏輯狀態(tài)。另有一個信號地C，在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的?！笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅(qū)動器與傳輸線的切斷與連接。當“使能”端起作用時，發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。 由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信。 RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7

27、V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12kRS-422是4k；由于RS-485滿足所有RS-422的規(guī)范，所以RS-485的驅(qū)動器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。(end)編碼器工作原理,光電編碼器的工作原理分析編碼器工作原理,光電編碼器的工作原理分析編碼器工作原理絕對脈沖編碼器:APC 增量脈沖編碼器:SPC 兩者一般都應(yīng)用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件. 旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼

28、器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。 增量型編碼器與絕對型編碼器的區(qū)分 編碼器如以信號原理來分，有增量型編碼器,絕對型編碼器。 增量型編碼器 (旋轉(zhuǎn)型) 工作原理: 由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。 由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參

29、考位。 編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。 分辨率編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度510000線。 信號輸出: 信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸

30、出，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。 信號連接編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。 如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。 A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。 A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。 A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離。 對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150米。 對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300米。 編碼器

31、的定義與功能： 在數(shù)字系統(tǒng)里，常常需要將某一信息（輸入）變換為某一特定的代碼（輸出）。把二進制碼按一定的規(guī)律編排，例如8421碼、格雷碼等，使每組代碼具有一特定的含義（代表某個數(shù)字或控制信號）稱為編碼。具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。編碼器有若干個輸入，在某一時刻只有一個輸入信號被轉(zhuǎn)換成為二進制碼。如果一個編碼器有N個輸入端和n個輸出端，則輸出端與輸入端之間應(yīng)滿足關(guān)系N2n。 例如8線3線編碼器和10線4線編碼器分別有8輸入、3位二進制碼輸出和10輸入、4位二進制碼輸出。 1.4線2線編碼器 下面分析4輸入、2位二進制輸出的編碼器的工作原理。4線2線編碼器的功能如表5.2.1所示。 根據(jù)邏輯

32、表達式畫出邏輯圖如圖5.2.1所示。該邏輯電路可以實現(xiàn)如表5.2.1所示的功能，即當I0I3中某一個輸入為1，輸出 Y1Y0即為相對應(yīng)的代碼，例如當I1為1時，Y1Y0為01。這里還有一個問題請讀者注意。當I0為1，I1I3都為0和I0I3均為0時Y1Y0 都是00，而這兩種情況在實際中是必須加以區(qū)分的，這個問題留待后面加以解決。當然，編碼器也可以設(shè)計為低電平有效。 2.鍵盤輸入8421BCD碼編碼器： 計算機的鍵盤輸入邏輯電路就是由編碼器組成。圖5.2.2是用十個按鍵和門電路組成的8421碼編碼器，其功能如表5.2.2所示， 其中S0S9代表十個按鍵，即對應(yīng)十進制數(shù)09的輸入鍵，它們對應(yīng)的輸

33、出代碼正好是8421BCD碼，同時也把它們作為邏輯變量，ABCD 為輸出代碼(A為最高位)，GS為控制使能標志。 對功能表和邏輯電路進行分析，都可得知：該編碼器為輸入低電平有效；在按下S0S9中任意一個鍵時,即輸入信號中有一個為有效電平時，GS1，代表有信號輸入，而只有S0S9均為高電平時GS0，代表無信號輸入,此時的輸出代碼0000為無效代碼。由此解決了前面提出的如何區(qū)分兩種情況下輸出都是全0的問題。 綜上所述，對編碼器歸納為以下幾點： 1.編碼器的輸入端子數(shù)N（要進行編碼的信息的個數(shù)）與輸出端子數(shù)n（所得編碼的位數(shù)）之間應(yīng)滿足關(guān)系式N2n。 2.編碼器的每個輸入端都代表一個二進制數(shù)、十進制

34、數(shù)或其它信息符號，而且在N個輸入端中每次只允許有一個輸入端輸入信號（輸入低電平有效或輸入高電平有效），輸出為相應(yīng)的二進制代碼或二十進制代碼（BCD碼）。 3.正確使用編碼器的控制端，可以用來擴展編碼器的功能。 一、光電編碼器的工作原理 光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖1所示；通過計算每秒光電

35、編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90o的兩路脈沖信號。 根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。（一）增量式編碼器增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。（二）絕對式編碼器絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在

36、它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件；當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號，形成二進制數(shù)。這種編碼器的特點是不要計數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 N位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內(nèi)已有16位的絕對編碼器產(chǎn)品。絕對式編碼器是利用自然二進制或循環(huán)二進制（葛萊碼）方式進行光電轉(zhuǎn)換的。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在

37、于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設(shè)計可采用二進制碼、循環(huán)碼、二進制補碼等。它的特點是：1可以直接讀出角度坐標的絕對值；2沒有累積誤差；3電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種。（三）混合式絕對值編碼器混合式絕對值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。光電編碼器是一種角度（角速度）檢測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠,接

38、口數(shù)字化等優(yōu)點。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。二、光電編碼器的應(yīng)用電路（一）EPC755A光電編碼器的應(yīng)用EPC755A光電編碼器具備良好的使用性能，在角度測量、位移測量時抗干擾能力很強，并具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號，且該脈沖信號經(jīng)計數(shù)后可得到被測量的數(shù)字信號。因此，我們在研制汽車駕駛模擬器時，對方向盤旋轉(zhuǎn)角度的測量選用EPC755A光電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用集電極開路型，輸出分辨率選用360個脈沖/圈，考慮到汽車方向盤轉(zhuǎn)動是雙向的，既可順時針旋轉(zhuǎn)，也可逆時針旋轉(zhuǎn)，需要對編碼器的輸出信號鑒相后才能計數(shù)。圖2給出了光電編

39、碼器實際使用的鑒相與雙向計數(shù)電路，鑒相電路用1個D觸發(fā)器和2個與非門組成，計數(shù)電路用3片74LS193組成當光電編碼器順時針旋轉(zhuǎn)時，通道A輸出波形超前通道B輸出波形90°，D觸發(fā)器輸出Q（波形W1）為高電平，Q（波形W2）為低電平，上面與非門打開，計數(shù)脈沖通過（波形W3），送至雙向計數(shù)器74LS193的加脈沖輸入端CU，進行加法計數(shù)；此時，下面與非門關(guān)閉，其輸出為高電平（波形W4）。當光電編碼器逆時針旋轉(zhuǎn)時，通道A輸出波形比通道B輸出波形延遲90°，D觸發(fā)器輸出Q（波形W1）為低電平，Q（波形W2）為高電平，上面與非門關(guān)閉，其輸出為高電平（波形W3）；此時，下面與非門打開，

40、計數(shù)脈沖通過（波形W4），送至雙向計數(shù)器74LS193的減脈沖輸入端CD，進行減法計數(shù)。汽車方向盤順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)時，其最大旋轉(zhuǎn)角度均為兩圈半，選用分辨率為360個脈沖/圈的編碼器，其最大輸出脈沖數(shù)為900個；實際使用的計數(shù)電路用3片74LS193組成，在系統(tǒng)上電初始化時，先對其進行復位（CLR信號），再將其初值設(shè)為800H，即2048（LD信號）；如此，當方向盤順時針旋轉(zhuǎn)時，計數(shù)電路的輸出范圍為20482948，當方向盤逆時針旋轉(zhuǎn)時，計數(shù)電路的輸出范圍為20481148；計數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出D0D11送至數(shù)據(jù)處理電路。實際使用時，方向盤頻繁地進行順時針和逆時針轉(zhuǎn)動，由于存在量化誤差，工作較長

41、一段時間后，方向盤回中時計數(shù)電路輸出可能不是2048，而是有幾個字的偏差；為解決這一問題，我們增加了一個方向盤回中檢測電路，系統(tǒng)工作后，數(shù)據(jù)處理電路在模擬器處于非操作狀態(tài)時，系統(tǒng)檢測回中檢測電路，若方向盤處于回中狀態(tài)，而計數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出不是2048，可對計數(shù)電路進行復位，并重新設(shè)置初值。（二）光電編碼器在重力測量儀中的應(yīng)用采用旋轉(zhuǎn)式光電編碼器，把它的轉(zhuǎn)軸與重力測量儀中補償旋鈕軸相連。重力測量儀中補償旋鈕的角位移量轉(zhuǎn)化為某種電信號量；旋轉(zhuǎn)式光電編碼器分兩種，絕對編碼器和增量編碼器。增量編碼器是以脈沖形式輸出的傳感器，其碼盤比絕對編碼器碼盤要簡單得多且分辨率更高 。一般只需要三條碼道，這里的碼道

42、實際上已不具有絕對編碼器碼道的意義，而是產(chǎn)生計數(shù)脈沖。它的碼盤的外道和中間道有數(shù)目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區(qū)（光柵），但是兩道扇區(qū)相互錯開半個區(qū)。當碼盤轉(zhuǎn)動時，它的輸出信號是相位差為90°的A相和B相脈沖 信號以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產(chǎn)生的脈沖信號（它作為碼盤的基準位置，給計數(shù)系統(tǒng)提供一個初始的零位信號）。從A，B兩個輸出信號的相位關(guān)系（超前或滯后）可判斷旋轉(zhuǎn)的方向。當碼盤正轉(zhuǎn)時，A道脈沖波形比B道超前/2，而反轉(zhuǎn)時 ，A道脈沖比B道滯后/2。是一實際電路，用A道整形波的下沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài) 產(chǎn)生的正脈沖與B道整形波相與，當碼盤正轉(zhuǎn)時只有正向口脈沖輸出，反之，只有逆向口脈沖

43、輸出。因此，增量編碼器是根據(jù)輸出脈沖源和脈沖計數(shù)來確定碼盤的轉(zhuǎn)動方向和相對角位移量。通常，若編碼器有N個（碼道）輸出信號，其相位差為/ N，可計數(shù)脈沖為2N倍光柵數(shù)，現(xiàn)在N=2。電路的缺點是有時會產(chǎn)生誤記脈沖造成誤差， 這種情況出現(xiàn)在當某一道信號處于“高”或“低”電平狀態(tài)，而另一道信號正處于“高”和 “低”之間的往返變化狀態(tài)，此時碼盤雖然未產(chǎn)生位移，但是會產(chǎn)生單方向的輸出脈沖。例如，碼盤發(fā)生抖動或手動對準位置時（下面可以看到，在重力儀測量時就會有這種情況）。 是一個既能防止誤脈沖又能提高分辨率的四倍頻細分電路。在這里，采用了有記憶功能的D型觸發(fā)器和時鐘發(fā)生電路。每一道有兩個D觸發(fā)器串

44、接，這樣，在時鐘脈 沖的間隔中，兩個Q端（如對應(yīng)B道的74LS175的第2、7引腳）保持前兩個時鐘期的輸入 狀態(tài)，若兩者相同，則表示時鐘間隔中無變化；否則，可以根據(jù)兩者關(guān)系判斷出它的變化方 向，從而產(chǎn)生正向或反向輸出脈沖。當某道由于振動在高、低間往復變化 時，將交替產(chǎn)生正向和反向脈沖，這在對兩個計數(shù)器取代數(shù)和時就可消除它們的影響（下面儀器的讀數(shù)也將涉及這點）。由此可見，時鐘發(fā)生器的頻率應(yīng)大于振動頻率的可能 最大值。由圖4還可看出，在原一個脈沖信號的周期內(nèi)，得到了四個計數(shù)脈沖。例如，原每圈脈沖數(shù)為1000的編碼器可產(chǎn)生4倍頻的脈沖數(shù)是4000個，其分辨率為0.09°。實際上 ，目前這類

45、傳感器產(chǎn)品都將光敏元件輸出信號的放大整形等電路與傳感檢測元件封裝在一起，所以只要加上細分與計數(shù)電路就可以組成一個角位移測量系統(tǒng)（74159是4-16譯碼器）。 三、應(yīng)用中問題分析及改進措施（一）應(yīng)用中問題分析光電檢測裝置的發(fā)射和接收裝置都安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，在使用中暴露出許多缺陷，其有內(nèi)在因素也有外在因素，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1發(fā)射裝置或接受裝置因機械震動等原因而引起的移位或偏移，導致接收裝置不能可靠的接收到光信號，而不能產(chǎn)生電信號。例如；光電編碼器應(yīng)用在軋鋼調(diào)速系統(tǒng)中，因光電編碼器是直接用螺栓固定在電動機的外殼上，光電編碼器的軸通過較硬的彈簧片和電動機轉(zhuǎn)軸相連接，因電動機所帶負載是沖擊性負載

46、，當軋機過鋼時會引起電動機轉(zhuǎn)軸和外殼的振動。經(jīng)測定；過鋼時光電編碼器振動速度為2.6mm/s，這樣的振動速度會損壞光電編碼器的內(nèi)部功能。造成誤發(fā)脈沖，從而導致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定或誤動作，導致事故發(fā)生。2因光電檢測裝置安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，受生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境因素影響導致光電檢測裝置不能可靠的工作。如安裝部位溫度高、濕度大，導致光電檢測裝置內(nèi)部的電子元件特性改變或損壞。例如在連鑄機送引錠跟蹤系統(tǒng)，由于光電檢測裝置安裝的位置靠近鑄坯，環(huán)境溫度高而導致光電檢測裝置誤發(fā)出信號或損壞，而引發(fā)生產(chǎn)或人身事故。3生產(chǎn)現(xiàn)場的各種電磁干擾源，對光電檢測裝置產(chǎn)生的干擾，導致光電檢測裝置輸出波形發(fā)生畸變失真，使系統(tǒng)誤動或引發(fā)生產(chǎn)事

47、故。例如；光電檢測裝置安裝在生產(chǎn)設(shè)備本體，其信號經(jīng)電纜傳輸至控制系統(tǒng)的距離一般在20m100m，傳輸電纜雖然一般都選用多芯屏蔽電纜，但由于電纜的導線電阻及線間電容的影響再加上和其他電纜同在一起敷設(shè)，極易受到各種電磁干擾的影響，因此引起波形失真，從而使反饋到調(diào)速系統(tǒng)的信號與實際值的偏差，而導致系統(tǒng)精度下降。（二）改進措施1改變光電編碼器的安裝方式。光電編碼器不在安裝在電動機外殼上，而是在電動機的基礎(chǔ)上制作一固定支架來獨立安裝光電編碼器，光電編碼器軸與電動機軸中心必須處于同一水平高度，兩軸采用軟橡膠或尼龍軟管相連接，以減輕電動機沖擊負載對光電編碼器的機械沖擊。采用此方式后經(jīng)測振儀檢測，其振動速度降

48、至1.2mm/s。2合理選擇光電檢測裝置輸出信號傳輸介質(zhì)，采用雙絞屏蔽電纜取代普通屏蔽電纜。雙絞屏蔽電纜具有兩個重要的技術(shù)特性，一是對電纜受到的電磁干擾具有較強的防護能力，因為空間電磁場在線上產(chǎn)生的干擾電流可以互相抵消。雙絞屏蔽電纜的另一個技術(shù)特點是互絞后兩線間距很小，兩線對干擾線路的距離基本相等，兩線對屏蔽網(wǎng)的分布電容也基本相同，這對抑制共模干擾效果更加明顯。3利用PLC軟件監(jiān)控或干涉。在連鑄生產(chǎn)的送引錠過程要求光電檢測裝置產(chǎn)生有時序性的電信號，同時，該信號與整個過程不同階段相對應(yīng)。如圖5。（1）送引錠過程啟動前，光電信號1為“1”。（2）送引錠過程啟動后，在A階段，輥道啟動，引錠桿上送。當

49、引錠桿擋住光電裝置發(fā)射出的紅外光時，光電信號為“0”；當紅外光透過引錠桿中部2個小圓孔時，光電裝置發(fā)出信號2和3，均為“1”。（3）送引錠過程在B階段，光電信號為“0”，輥道停下，引錠桿暫停上送，扇形10段壓下，啟動拉矯機和“同步1”，引錠桿繼續(xù)上送。（4）送引錠過程在C階段，引錠桿上送，并不再擋住紅外光，光電信號4為“1”，啟動“同步2”，停下“同步1”，引錠桿繼續(xù)上送。至此光電裝置工作過程結(jié)束。根據(jù)光檢測電裝置的工作過程，只要現(xiàn)場測定送引錠過程中各個光電信號發(fā)生的時間，結(jié)合送引錠過程與光電信號的關(guān)系，利用PLC應(yīng)用程序中的相關(guān)數(shù)據(jù)，編制符合要求的PLC程序，將PLC程序輸出信號輸入至PLC

50、的輸入模塊，替代原光電信號的輸入信號。其程序框圖如圖6所示。什么叫光電編碼器      光電編碼器是通過讀取光電編碼盤上的圖案或編碼信息來表示與光電編碼器相連的電機轉(zhuǎn)子的位置信息的。根據(jù)光電編碼器的工作原理可以將光電編碼器分為絕對式光電編碼器與增量式光電編碼器，下面簡單介紹下下絕對式光電編碼器的的結(jié)構(gòu)與工作原理做介紹。絕對式光電編碼器的結(jié)構(gòu)與工作原理 絕對式光電編碼器如圖所示，他是通過讀取編碼盤上的二進制的編碼信息來表示絕對位置信息的。編碼盤是按照一定的編碼形式制成的圓盤。圖1是二進制的編碼盤，圖中空白部分是透光的，用“0”來表示;涂黑的部分是不透光的，