绝对式光电编码器

2022-06-19 12:21分类：电子元器件阅读：

肯定式光电编码器基本上结构及特性

用增加量式光电编码器有可能因为外部的影响造成记数不正确，而且在断电或常见故障泊车后无
法寻找安全事故前实行构件的准确部位。选用肯定式光电编码器能够规避以上缺陷。肯定式光学
伺服电机的基本概念及构成构件与增加量式光电编码器基本一致，也是由灯源、码盘、检验光栅尺、
光学检验元件和变换电源电路构成。与增加量式光电编码器不一样的是，肯定式光电编码器用不一样的
数码来各自标示每一个不一样的增加量部位，它是一种立即輸出数据量的感应器。在它的环形码盘
上沿轴向有许多同舟码道，每条上由透光性和不透的弧形区两色构成，邻近码道的磁道数量
是二倍关联，码盘上的码道数便是它的二进制数码的十位数，在码盘的一侧是灯源，另一侧对
应每一码道有一感光元器件；当码盘处在不一样部位时，各感光元器件依据受阳光照射是否变换出相对应
的电压数据信号，产生二进制数。这类伺服电机的特征是不必电子计数器，在传动轴的任何地方都可以读取
一个稳定的与部位相比应的数据码。显而易见，码道越大，屏幕分辨率就越高，针对一个具备 N 位
二进制屏幕分辨率的伺服电机，其码盘务必有N 条形码道。肯定式光电编码器基本原理如图所示1-8 所显示。

肯定式光电编码器是运用当然二进制、循环系统二进制（格雷码）、二-十进制等方法开展光
电转化的。肯定式光电编码器与增加量式光电编码器不同点取决于园盘上透光性、不透的线框
图型，肯定光电编码器可有多个编号，依据读取码盘上的编号，检验肯定部位。它的特征是：
能够立即读取视角座标的平方根；沒有积累偏差；开关电源摘除后位置信息不容易遗失；伺服电机的
精密度在于十位数；最大运行速率比增加量式光电编码器高。

图1-8 肯定式光电编码器基本原理

1.3.2 码制与码盘
肯定式光电编码器的码盘依照其选用的码制能够分成：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）如图所示
1-9 所显示。图上黑、乳白色各自表明透光性、不透地区。

图 1-9 四位二元码盘
图 1-9（a）是一个四位二进制码盘，它的最里圈码道为第一码道，两圈透光性两圈不透，
相匹配于最大位C1，最外侧为第n 码道，共分为2n 个亮暗间距，相匹配于最少位Cn，n 位二元
码盘最少屏幕分辨率为：

二进制马盘的不足之处是：每一个码道的黑与白交界线总会有一半与邻近内孔码道的黑与白交界线是
两端对齐的，那样便会因黑与白交界线描绘不准确导致粗偏差。选用其它的有权利编号时也具有相近
的难题。图1-10 是一个四位二进制码盘展开图，图上aa 为最大位码道黑与白交界线的理想化位
置，它与别的三位码道的黑与白交界线恰好两端对齐，当码盘旋转，光线划过这一地区时，輸出数
码从0111 变成1000 不容易发生不正确。假如C1 道黑与白交界线刻偏到a’a’，当码盘旋转时，输
出数码便会从0111 变成1111 再变成1000，半途发生了不正确数码1111。相反C1 道黑与白交界
线刻偏到a’’a’’，当码盘旋转时，輸出数码便会从0111 变成0000 再变成1000，半途发生了
不正确数码0000。为了更好地解决这类粗偏差，能够选用循环码盘（格雷码盘）。

图 1-9（b）是一个四位循环码盘，它与二进制码盘同样的是，码道数也相当于数码十位数，
因而最少屏幕分辨率也是式（1-2）求取，最内孔也是两圈透光性两圈不透，相匹配R1 位，最外侧
是第n 码道针对Rn 位。与二进制码盘不一样的是：第二码道也是一半透光性一半不透，第i
码道分成2i-一个黑与白间距，第i 码道的黑与白交界线与第i-1 码道的黑与白交界线分开360° / 2i。
循环码盘转至邻近地区时，编号中仅有一位产生变化。只需适度限定各码道的制造偏差和安
装偏差，就不容易造成粗偏差。因为这一基本原理，促使循环码盘得到普遍的运用。

1.3.3 二进制码与循环码的变换
肯定式光电编码器是运用当然二进制或循环系统二进制（格雷码）方法开展光电转换的，编
码的制定一般是运用当然二进制码、循环系统二进制码、二进制补码等。特性是不必电子计数器，在
传动轴的任何地方都可以读取一个稳定的与部位相比应的数据码；抗干扰性强，不起作用积累偏差；
开关电源断开后位置信息不容易遗失，但屏幕分辨率是由二进制的十位数决策的，依据不一样的准确度规定，
能够选用不一样的屏幕分辨率继位数。现阶段有10 位、11 位、12 位、13 位、14 位或更上位等多种多样。
在其中选用循环系统二进制编码的肯定式伺服电机，其輸出讯号是一种数字排序，并不是权重值码，
每一位沒有明确的尺寸，不可以同时开展比较大小和算术运算，也无法立即转化成别的数据信号，
要历经一次码转换，变为当然二进制码，再由上位机软件载入以达到对应的操纵。而在码制转换
中有不一样的处理方法，文中重点详细介绍二进制格雷码与当然二进制码的交换。
（1）格雷码（又叫循环系统二进制码或反射面二进制码）详细介绍
在数据系統中只可以鉴别 0 和1，各种各样数据信息要变换为二进制代码才可以完成解决，格雷码是
一种没有权利码，选用肯定编码方法，典型性格雷码是一种具备反射面特点和循环系统特点的断点调试自补码，
它的循环系统、断点调试特点清除了任意取数时发生重特大偏差的很有可能，它的反射面、自补特点促使求反
十分便捷。格雷码归属于稳定性编号，是一种不正确降到最低的编码方法，由于，当然二进制码可
以立即由数/模转化器转化成脉冲信号，但某种状况，比如从十进制的3 转化成4 时二进制
码的每一位都需要变，使数字电路设计造成较大的顶峰电流量单脉冲。而格雷码则沒有这一缺陷，它是
一种数字排序系统软件，在其中的全部邻近整数金额在他们的数字表示中只有一个数据不一样。它在随意
2个邻近的数中间变换时，只有一个多位产生变化。它极大地降低了由一个情况到下一个状
态时逻辑性的搞混。此外因为最大值与最少数中间也仅一个数不一样，故一般又叫葛莱反射面码或
循环码。表1-1 为几类当然二进制码与格雷码的一览表：
表 1-1 几类当然二进制码与格雷码的一览表

从表 1-1 种能够得到，十进制数N 与n 位二进制码达到下列关联：

由此可见，二进制码因为是有权利码，达到（1-4）的关联，而格雷码是没有权利码，不符合（1-4）
的关联。它与所相对应的视角不会有相近（1-3）的关联，因而需要找到循环码和二进制码之
间的对应关系和互相转换方法。
（2）二进制码转化成制格雷码
二进制码转化成制格雷码，其规律是保存二进制码的最大位做为格雷码的最大位，而次
上位格雷码为二进制码的上位与次上位不同或，而格雷码其他诸位与次上位的求法像相近。
图1-11 所显示为二进制码转化成格雷码。

图 1-11 当然二进制码转化成二进制格雷码
图 1-12 为将二进制码变换为格雷码的原理图，在其中图（a）为并行处理变换电源电路，图（b）
为串行通信变换电源电路。当选用串行通信电源电路时，工作中以前先将D 触发器原理D1 置0，Q=0，在Ci 端送进
C1，异或门D2 輸出R1=C1○ 0=C1，接着加CP 单脉冲，使Q=C1；在Ci 端添加C2，D 輸出R2=C2○
C1，之后反复以上全过程，能够先后得到 R1，R2，……，Rn。

（3）格雷码变换为二进制码
格雷码转化成二进制码，则是保存格雷码的最大位做为二进制码的最大位，而次上位二
进制码为上位二进制码与次上位格雷码不同或，而二进制码的其他诸位与次上位二进制码的
求法像相近。图1-13 为将格雷码变换为二进制码的电源电路，在其中图（a）为并行处理变换电源电路，图
（b）为串行通信变换电源电路。当选用串行通信电源电路时，工作中以前先将JK 触发器原理D 置0，Q=0，将R1
与此同时加进J、K 端，再添加CP 单脉冲后，Q=C1= R1。之后若Q 端为Ci-1 在J、K 端添加Ri。
依据JK触发器的特点，若J、K为“1”则添加CP单脉冲后， i 1 Q C − = ；若J、K 为“0”则
添加CP 单脉冲后维持Q=Ci-1。这一逻辑顺序能够写出：

图 1-13 格雷码变换为二进制码的电源电路
格雷码是没有权利码，选用格雷码盘得到的格雷码R1，R2，……，Rn 务必按图1-11 变换为
相匹配的二进制码C1，C2，……，Cn 后，才可以带入（1-3）式明确与之相匹配的视角。
（4）格雷码与二进制码交换的系统完成方式
（a）二进制码转化成格雷码的系统完成法
依据当然二进制转换成格雷码的规律，能够获得下面的编码：
staTIc unsigned int DecimaltoGray(unsigned int x)
{
return x^(x>>1);
}
//之上编码完成了unsigned int 型数据信息到格雷码的变换，最大可变换32 位当然二进
制码，超过32 位将外溢。
staTIc int DecimaltoGray( int x)
{
return x^(x>>1);
}
//之上编码完成了 int 型数据信息到格雷码的变换，最大可变换31 位当然二进制码，超
出 31 位将外溢。
以上编码就可以用以 VC 管理程序中，还可以用以单片机设计管理程序中。在单片机编程设计方案
时，若选用汇编程序程序编写，能够按同样的工作原理设计方案程序流程；若选用C 编程语言，则还可以立即
运用以上编码，但提议用unsigned int 涵数。
（b）手机软件完成法(参照实例工程项目中的 Gray to Binary )
依据二进制格雷码转化成当然二进制码的规律，能够获得下面的三种编码方法：
staTIc unsigned int GraytoDecimal(unsigned int x)
{
unsigned int y = x;
while(x>>=1)
y ^= x;
return y;
}
staTIc unsigned int GraytoDecimal(unsigned int x){
x^=x>>16;
x^=x>>8;
x^=x>>4;
x^=X>>2;
x^=x^1;
return x;
}
static unsigned int GraytoDecimal(unsigned int x)
{
int i;
for(i=0;(1<<i)<sizeof(x)*8;i )
{
x^=x>>(1<<i);
}
return x;
}
//之上编码完成了unsigned int 型数据信息到当然二进制码的变换，最大可变换32 位格雷码，
超过32 位将外溢。将基本数据类型改成int 型就可以完成31 位格雷码变换。
以上编码就可以用以 VC 管理程序中，还可以用以单片机设计管理程序中。在单片机编程设计方案
时，若选用汇编程序程序编写，能够按同样的工作原理设计方案程序流程；若选用C 编程语言，则还可以立即
运用以上编码，但提议用unsigned int 涵数。