什么是編碼器?有何作用?

編碼器是將信號(hào)(如比特流)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種按照工作原理編碼器可分為增重式和式兩類。

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(jìn)制碼按一定的規(guī)律編排，例如8421碼、格雷碼等，使每組代碼具有一持定的含義(代表某個(gè)數(shù)字或控制信號(hào))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(gè)輸入，在某一時(shí)刻只有一個(gè)輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制碼。如果一個(gè)編碼器有個(gè)輸入端和n個(gè)輸出端，則輸出端與輸入端之間應(yīng)滿足關(guān)系N<2n。例如8線一3線編碼器和10線一4線編碼器分別有8輸入、3位二進(jìn)制碼輸出和10輸入、4位二進(jìn)制碼輸出。

4線-2線編碼器

下面分析4輸入、2位二進(jìn)制輸出的編碼器的工作原理。
根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出邏輯圖如圖1所示。圖1

該邏輯電路可以實(shí)現(xiàn)如表1所示的功能，即當(dāng)I0~I3中某一個(gè)輸入為1，輸出Y1YO即為相對(duì)應(yīng)的代碼，例如當(dāng)I1為1時(shí)，Y1YO為01。這里還有一個(gè)問題請(qǐng)讀者注意。當(dāng)IO為1，I1~I3都為0和0~I3均為0時(shí)Y1YO都是0，這兩種情況在實(shí)際中是必須加區(qū)分的，這個(gè)問題留待后面加以解決。當(dāng)然，編碼器也可以設(shè)計(jì)為低電平有效。

 鍵盤輸入8421BCD碼編碼器

計(jì)算機(jī)的鍵盤輸入邏輯電路就是由編碼器組成。圖2是用十個(gè)按鍵和門電路組成的8421碼編碼器，其功能如表2所示，其中S0~S9代表十個(gè)按鍵，即對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)0~9的輸入鍵，它們對(duì)應(yīng)的輸出代碼正好是8421BCD碼，同時(shí)也把它們作為邏輯變量，ABCD為輸出代碼(A為zui高位)，GS為控制使能標(biāo)志。

對(duì)功能美和邏輯電路講行分析，都可得知:①該編碼器為輸入低電平有效:在按下S0~S9中任意一個(gè)鍵時(shí)，即輸入信號(hào)中有一個(gè)為有效電平時(shí)，GS=1，代表有信號(hào)輸入，而
只有S0~S9均為高電平時(shí)GS=0，代表無信號(hào)輸入，此時(shí)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。

上述機(jī)械式按鍵編碼電路雖然比較簡(jiǎn)單，但當(dāng)同時(shí)按下兩個(gè)或更多個(gè)鍵時(shí)，其輸出將是混亂的。在數(shù)字系統(tǒng)中，特別是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常常要控制幾個(gè)工作對(duì)象，例如微型計(jì)算機(jī)主機(jī)要控制打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、輸入鍵盤等。當(dāng)某個(gè)部件需要實(shí)行操作時(shí)，必須先送一個(gè)信號(hào)給主機(jī)(稱為服務(wù)請(qǐng)求)，經(jīng)主機(jī)識(shí)別后再發(fā)出允許操作信號(hào)(稱為服務(wù)響應(yīng))，這里會(huì)有幾個(gè)部件同時(shí)發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求的可能，而在同一時(shí)刻只能給其中一個(gè)部件發(fā)出允許操作信號(hào)。因此，必須根據(jù)輕重緩急，規(guī)定好這些控制對(duì)象允許操作的先后次序，即優(yōu)先級(jí)別。識(shí)別這類請(qǐng)求信號(hào)的優(yōu)先級(jí)別并進(jìn)行編碼的邏輯部件稱為優(yōu)先編碼器。4線一2線優(yōu)先編碼器的功能表如表3所示。編碼器的工作原理和種類

編碼器(encoder)是將信號(hào)(加比特流)或數(shù)據(jù)講行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，前者稱為碼盤，后者
稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種;按照工作原理編碼器可分為增量式和式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信
號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。式編碼器的每一個(gè)位署對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值口與測(cè)量的起始和終止位害有關(guān)，而與測(cè)量的中間討程無
關(guān)。

根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增重式、式以及混合式三種。

增重式編碼器: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中A、B和Z相:A、兩組脈沖相位差90度，從而可方便的判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于
基準(zhǔn)占定位。它的優(yōu)占是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，話合干長(zhǎng)距離傳輸。其缺占是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置信息。

式編碼笑;式編瑪哭是百接輸出數(shù)字的傳感果，在它的高形碼盤上沿徑向有若干同心碼盤，每條道上有誘光和不語光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)樹木是倍關(guān)系
碼盤上的碼道數(shù)是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件，當(dāng)碼盤處干不同位害時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的中
平信號(hào)，形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，碼道必須8條碼道。目前國(guó)內(nèi)已有16位的編碼器產(chǎn)品。

溫合式編碼器;溫合式編碼器，它輸出兩組信息，一組信息用干檢測(cè)群極位置，帶有信息功能;另一組則*同增量式編碼器的輸出信息。

光電編碼器的應(yīng)用

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(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息的。光電編碼器，是目前應(yīng)用多的傳感器。

一船的光由編碼哭主要由光相盤和光由檢測(cè)準(zhǔn)害組成。在伺服系統(tǒng)中，由干光由碼舟與電動(dòng)機(jī)同油，由動(dòng)機(jī)旅轉(zhuǎn)時(shí)，光相盤與電動(dòng)機(jī)同速旅轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光一極管等電子元件組
成的檢測(cè)裝署檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)。通討計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈中的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判新旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90°的2個(gè)通道
的光碼輸出，根據(jù)雙通道光碼的狀態(tài)變化確定電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

根據(jù)光電編碼器的工作原理可以將光電編碼器分為式光電編碼器與增里式光電編碼器。下面，簡(jiǎn)單說明一下，增重型編碼器與型編碼器區(qū)別。

1、角度測(cè)量:汽車駕駛模擬器，對(duì)方向盤旋鑄角度的刷蛋選用光電編馮器作為傳威果。重力測(cè)量?jī)x，采用光電編碼器，把他的轉(zhuǎn)軸與重力測(cè)量?jī)x中補(bǔ)償旅訊鈾相連，招轉(zhuǎn)備
度儀，利用編碼器測(cè)量扭轉(zhuǎn)角度變化，如扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)、漁竿扭轉(zhuǎn)釣性測(cè)試等。擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)，利用編碼器計(jì)算沖擊時(shí)擺角變化。

2、長(zhǎng)度測(cè)里:計(jì)米器，利用流輪周長(zhǎng)來測(cè)里物體的長(zhǎng)度和距離。拉線位移傳感器，利用收卷輪周長(zhǎng)計(jì)量物體長(zhǎng)度距離。聯(lián)軸測(cè)，與驅(qū)動(dòng)直線位移的動(dòng)力裝置的主軸聯(lián)軸。通過輸出脈沖數(shù)計(jì)量。介質(zhì)檢測(cè)，在直步條、轉(zhuǎn)動(dòng)鏈條的鏈輪、同步帶輪等來傳遞直線位移信息。

3、速度測(cè)量:線速度，通過跟儀表連接，測(cè)里生產(chǎn)線的線速度角速度，通過編碼器測(cè)量電機(jī)、轉(zhuǎn)軸等的速度測(cè)量

4、位罟測(cè)量:機(jī)床方面，記憶機(jī)床各個(gè)業(yè)標(biāo)占的坐標(biāo)位害，加鉆床等白動(dòng)化控制方面?？刂圃诿總€(gè)位罟講行動(dòng)作。加由梯、提升機(jī)等

5、同步控制:通過角速度或線速度，對(duì)傳動(dòng)環(huán)節(jié)進(jìn)行同步控制，以達(dá)到張力控制

從單圈值編碼器到多圈值編碼器

旋轉(zhuǎn)單圈值編碼器，以轉(zhuǎn)動(dòng)中測(cè)量光電碼盤各道刻線，以獲取*的編碼，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)超過360度時(shí)，編碼又回到原點(diǎn)，這樣就不符合編碼*的原則，這樣的編碼只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測(cè)量，稱為單圈值編碼器。

如果要測(cè)量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈值編碼器。

編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過齒輪傳動(dòng)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(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍，這樣的編碼器就稱為多圈式編碼器，它同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個(gè)位置編碼*不重復(fù)，而無需記憶。

多圈編碼器是在單圈編碼器的基礎(chǔ)上通過機(jī)械傳動(dòng)原理，利用鐘表齒輪機(jī)械原理結(jié)構(gòu)制作而成。多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由干測(cè)量范圍大，將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，而大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試難度。

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