一、编码器基础

编码器属于传感器的一类，它主要的作用是检测机械运动的速度、位置、角度、距离还有计数这些方面。好多马达控制都得配上编码器，好让马达控制器能把换相、速度以及位置啥的检测出来，它的应用范围那是相当的广。按照不一样的分类办法，

编码器能分成下面这几种类型：

1. 依照检测原理来说，能分成光学式、磁电式、感应式还有电容式。

2. 按照输出信号的形式，可以分成模拟量编码器、数字量编码器。

3. 依据编码器的方式，分成增量式编码器、绝对式编码器以及混合式编码器。

光电编码器

那种把光、机、电技术都融合在一起的数字化传感器，主要是靠着光栅衍射的原理来达成位移转变成数字的变化，经过光电转换把输出轴上的机械几何位移量变成脉冲或者数字量的传感器。典型的光电编码器是由码盘、检测光栅、光电转换电路（这里面包含光源、光敏器件、信号转换电路）、机械部件等等构成的。光电编码器有着结构简单、精度高、寿命长这类优点，在精密定位、速度、长度、加速度、振动等等方面都被广泛运用。

在这儿呢，咱们主要说一说 SIMATIC S7 系列高速计数产品通常都支持的增量式编码器和绝对式编码器。

增量式编码器

增量式编码器给出了一种把连续的位移量给分开、增多，还有感知位移变化（也就是速度）的办法。增量式编码器的特点在于，每弄出一个输出的脉冲信号，就对应着一个增量的位移，它能产生跟位移增量价值相等的脉冲信号。增量式编码器测量的是相对于某个基准点的相对位置增加的量，但是不能直接检测出绝对的位置信息。

原理如图所示：

增量式编码器主要是由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件还有转换电路构成的。在码盘上刻着节距一样的、辐射状的透光缝隙，相邻的两个透光缝隙之间就代表一个增量周期。检测光栅上刻有 A、B 两组跟码盘相对应的透光缝隙，用来让光源和光电检测器件之间的光线通过或者挡住，它们的节距跟码盘上的节距是一样的，而且两组透光缝隙错开了 1/4 节距，这就让光电检测器件输出的信号在相位上差了 90°。当码盘跟着被测量的转轴转动的时候，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照到光电检测器件上，光电检测器件就会输出两组相位差 90°的差不多像正弦波的电信号，电信号经过转换电路进行信号处理，就能得到被测量轴的转角或者速度的信息。

一般来讲，增量式光电编码器会输出 A、B 两相相位差是 90°的脉冲信号（就是所说的两相正交输出信号），按照 A、B 两相的先后位置关系，能够很方便地判断出编码器的旋转方向。另外，码盘通常还会提供用作参考零位的 N 相标志（指示）脉冲信号，码盘每转一圈，就会发出一个零位标志信号。增量式编码器输出信号的图示如下：

绝对式编码器

绝对式编码器的原理还有组成部件跟增量式编码器基本上是一样的。不过和增量式编码器不一样的地方在于，绝对式编码器是用不一样的数码来表明每个不一样的增量位置，它属于一种直接输出数字量的传感器。

绝对式编码器原理图图示如下

就像上面的图展示的那样，绝对式编码器的圆形码盘在径向有好些个同心的码道，每条码道都是由透光的和不透光的扇形区域相互间隔组成的，相邻码道的扇区数量是双倍的关系，码盘上的码道数量就是它二进制数码的位数。在码盘的一边是光源，另一边对应着每一条码道都有一个光敏元件。当码盘处在不同的位置时，各个光敏元件根据有没有受到光照来转换出相应的电平信号，形成二进制数。很明显，码道越多，分辨率就越高，对于一个有着 n 位二进制分辨率的编码器，它的码盘必须要有 n 条码道。

按照编码方式的不一样，绝对式编码器有两种类型的码盘（二进制码盘和格雷码码盘），下面的图里有展示。

绝对式编码器的特点在于不需要计数器，在转轴的随便哪个位置都能读出一个固定的、和位置相对应的数字码，也就是能直接读出角度坐标的绝对值。另外，跟增量式编码器相比，绝对式编码器没有累积误差，而且就算电源被切断了，位置信息也不会丢失。

二、 编码器输出信号类型

通常来说，从编码器的光电检测器件得到的信号电平比较低，波形也不规整，不能直接拿来用于控制、信号处理以及远距离传输，因此在编码器里面还得对信号进行放大、整形之类的处理。经过处理之后的输出信号一般跟正弦波或者矩形波差不多，由于矩形波输出信号进行数字处理比较容易，所以在控制系统当中应用得比较多。增量式光电编码器的信号输出有着集电极开路输出、电压输出、线驱动输出以及推挽式输出等好多不同的信号形式。

集电极开路输出

集电极开路输出指的是把输出电路的晶体管发射极当作公共端，并且集电极空着的输出电路。按照使用的晶体管类型的不一样，可以分成 NPN 集电极开路输出（也叫漏型输出，当是逻辑 1 的时候输出电压是 0V，就像下面的图展示的那样）和 PNP 集电极开路输出（也叫源型输出，当是逻辑 1 的时候，输出电压是电源电压，下面的图里也有）这两种形式。要是编码器供电电压和信号接收装置的电压不一样，就可以用这种类型的输出电路。

对于 PNP 型的集电极开路输出的编码器信号，能够接到漏型输入的模块里，具体的接线原理在下面的图里有展示。

要注意：PNP 型的集电极开路输出的编码器信号不能直接连到源型输入的模块里。

对于 NPN 型的集电极开路输出的编码器信号，能够接入到源型输入的模块当中，具体的接线原理在下面的图里能看到。注意啦：NPN 型的集电极开路输出的编码器信号不能直接接到漏型输入的模块里。

电压输出型

电压输出是在集电极开路输出电路的基础上，在电源和集电极之间加了一个上拉电阻，这就让集电极和电源之间有了一个稳定的电压状态，就像下面的图显示的那样；通常在编码器供电电压和信号接收装置的电压相同的情况下，会使用这种类型的输出电路。

推挽式输出

推挽式输出方式是由两个分别是 PNP 型和 NPN 型的三极管构成的，就像下面的图展示的那样。当其中一个三极管导通的时候，另外一个三极管就关断了，两个输出晶体管交替着工作。这种输出形式有着高的输入阻抗和低的输出阻抗，所以在低阻抗的情况下它也能够提供很广范围的电源。因为输入、输出信号的相位是一样的，而且频率范围很宽，所以它也适合进行长距离传输。推挽式输出电路能够直接和 NPN 以及 PNP 集电极开路输入的电路连接，也就是说可以接到源型或者漏型输入的模块里。

线驱动输出

就像下面的图展示的那样，线驱动输出接口用了专门的 IC 芯片，输出的信号符合 RS-422 标准，是以差分的形式输出的，所以线驱动输出信号的抗干扰能力更强，可以用在高速、长距离数据传输的地方，同时还有响应速度快和抗噪声性能强的优点。

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高速计数的编码器详解

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(出处: PLC论坛-全力打造可编程控制器专业技术论坛)