编码器使用教程与测速原理

1编码器使用教程与测速原理我们将通过这篇教程与大家一起学习编码器的原理，并介绍一些实用的技术。1.编码器概述编码器是一种将角位移或者角速度转换成一连串电数字脉冲的旋转式传感器，我们可以通过编码器测量到底位移或者速度信息。1.1增量式编码器和绝对式编码器。编码器从输出数据类型上分，可以分为增量式编码器和绝对式编码器。增量型编码器一般给出两种方波，它们的相位差存在一定的角度（不一定是90°），通常称为通道A和通道B。通常只需一个通道的读数给出与转速有关的信息，与此同时，通过所取得的第二通道信号与第一通道信号进行顺序对比的基础上，得到旋转方向的信号。有时候还有一个可利用的信号称为Z通道或零通道，该通道给出编码器轴的绝对零位。主要应用：测速、测量转动方向、转角、移动距离等。优点：结构简单，特别是使用微机采集的时候，使用非常方便。缺点：断电导致数据丢失，抗干扰能力差。绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线„„编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。主要应用：测速位移、转角。优点：它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是2唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。缺点：成本高。1.2增量式编码器和绝对式编码器。从编码器检测原理上来分，还可以分为光学式、磁式、感应式、电容式。常见的是光电编码器（光学式）和霍尔编码器（磁式），因为两者的使用方法是一致的，限于篇幅，便不再展开叙述，下面有使用说明介绍。2.编码器接线说明具体到我们的编码器电机，我们可以看看电机编码器的实物。这是一款增量式输出的霍尔编码器。有AB相输出，所以不仅可以测速，还可以辨别转向。根据上图的接线说明可以看到，我们只需给编码器电源5V供电，在电机转动的时候即可通过AB相输出方波信号。编码器自带了上拉电阻，所以无需外部上拉，可以直接连接到微机IO读取。33.编码器软件四倍频技术下面我们说一下编码器倍频的原理。为了提高大家下面学习的兴趣，我们先明确，这是一项实用的技术，可以真正地把编码器的精度提升4倍。作用可类比于单反相机的光学变焦，而并非牺牲清晰度来放大图像的数码变焦。OK，先看看下面编码器输出的波形图。这里，我们是通过软件的方法实现四倍频。首先可以看到上图编码器输出的AB相波形，正常情况下我们使用M法测速的时候，会通过测量单位时间内A相输出的脉冲数来得到速度信息。常规的方法，我们只测量A相（或B相）的上升沿或者下降沿，也就是上图中对应的数字1234中的某一个，这样就只能计数3次。而四倍频的方法是测量A相和B相编码器的上升沿和下降沿。这样在同样的时间内，可以计数12次（3个1234的循环）。这就是软件四倍频的原理。4.单片机如何采集编码器数据因为编码器输出的是标准的方波，所以我们可以使用单片机（STM32STM851等）直接读取。在软件中的处理方法是分两种，自带编码器接口的单片机如STM32，可以直接使用硬件计数。而没有编码器接口的单片机如51单片机，可以通过外部中断读取，比如把编码器A相输出接到单片机的外部中断输入口，这样就可通过跳变沿触发中断，然后在对应的外部中断服务函数里面，通过B相的电4平来确定正反转。如当A相来一个跳变沿的时候，如果B相是高电平就认为是正转，低电平就认为是反转。