編碼器使用教程與測速原理

我們將通過這篇教程與大家一起學(xué)習(xí)編碼器的原理，并介紹一些實用的技術(shù)。
1.編碼器概述
編碼器是一種將角位移或者角速度轉(zhuǎn)換成一連串電數(shù)字脈沖的旋轉(zhuǎn)式傳感器，我們可以通過編碼器測量到底位移或者速度信息。
1.1增量式編碼器和絕對式編碼器。
編碼器從輸出數(shù)據(jù)類型上分，可以分為增量式編碼器和絕對式編碼器。
增量型編碼器一般給出兩種方波，它們的相位差存在一定的角度(不一定是90°)，通常稱為通道A和通道B。通常只需一個通道的讀數(shù)給出與轉(zhuǎn)速有關(guān)的信息，與此同時，通過所取得的第二通道信號與第一通道信號進(jìn)行順序?qū)Ρ鹊幕A(chǔ)上,得到旋轉(zhuǎn)方向的信號。有時候還有一個可利用的信號稱為Z通道或零通道，該通道給出編碼器軸的絕對零位。
主要應(yīng)用:測速、測量轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)角、移動距離等。
優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，特別是使用微機采集的時候，使用非常方便。缺點:斷電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，抗*力差。
絕對編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，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*為二的2進(jìn)制編碼（格雷碼)，這就稱為n位絕對編碼器。
主要應(yīng)用:測速位移、轉(zhuǎn)角。
優(yōu)點: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是*為二的，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。
缺點:成本高。

1.2增量式編碼器和絕對式編碼器。
從編碼器檢測原理上來分，還可以分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式、電容式。常見的是光電編碼器（光學(xué)式)和霍爾編碼器（磁式），因為兩者的使用方法是一致的，限于篇幅，便不再展開敘述，下面有使用說明介紹。
2.編碼器接線說明
具體到我們的編碼器電機，我們可以看看電機編碼器的實物。
這是一款增量式輸出的霍爾編碼器。有AB相輸出，所以不僅可以測速，還可以辨別轉(zhuǎn)向。根據(jù)上圖的接線說明可以看到，我們只需給編碼器電源5V供電，在電機轉(zhuǎn)動的時候即可通過AB相輸出方波信號。編碼器自帶了上拉電阻，所以無需外部上拉，可以直接連接到微機IO讀取。

3.編碼器軟件四倍頻技術(shù)
下面我們說一下編碼器倍頻的原理。為了提高大家下面學(xué)習(xí)的興趣，我們先明確，這是一項實用的技術(shù)，可以真正地把編碼器的精度提升4倍。作用可類比于單反相機的光學(xué)變焦，而并非犧牲清晰度來放大圖像的數(shù)碼變焦。
這里，我們是通過軟件的方法實現(xiàn)四倍頻。首先可以看到上圖編碼器輸出的AB相波形，正常情況下我們使用M法測速的時候，會通過測量單位時間內(nèi)A相輸出的脈沖數(shù)來得到速度信息。常規(guī)的方法，我們只測量A相（或B相)的上升沿或者下降沿，也就是上圖中對應(yīng)的數(shù)字1234中的某一個，這樣就只能計數(shù)3次。而四倍頻的方法是測量A相和B相編碼器的上升沿和下降沿。這樣在同樣的時間內(nèi)，可以計數(shù)12次（3個1234的循環(huán)）。這就是軟件四倍頻的原理。