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增量型编码器接口

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增量旋转式编码器在轴每次旋转一定角度时产生输出信号。每圈信号(脉冲)的数量决定了编码器的分辨率。增量编码器不输出绝对位置,这使得编码器的内部组件更简单,更经济。

除了位置跟踪,增量编码器通常用来确定速度。通过计算脉冲数可以计算出相对于起始点的位置。速度可以通过将脉冲数除以测量的时间间隔得到。

增量型编码器的基本原理

增量型旋转式编码器在一条传输线上提供连续的脉冲信号。一个传感器必须连接到一个控制器。

增量型编码器至少有一个输出信号“A”或通常称为“A”和“B”的两个输出信号。这两个信号相互之间相位差90°,这是检测编码器选装方向所必需的。顺时针旋转编码器,“A”脉冲比“B”脉冲超前90°,逆时针旋转轴,“B”脉冲比“A”脉冲超前90°。

此外,一些增量型编码器输出一个“Z”信号。每一次旋转,这个Z信号会触发一次,在完全相同的位置。这可以作为一个准确的参考点。

一些增量型编码器也有额外的差分信号,称为“/A”、“/B”和“/Z”。这些信号是反向的“A”,“B”和“Z”信号。控制器可以比较每一对(“A”必须等于“/A”),以确保在传输过程中没有错误。

另外,通过双绞线传输差分信号可以提高传输稳定性。

incremental_pulse_diagram

编码器的特点

单圈脉冲数 (PPR):

增量型旋转编码器每转一圈输出一定数量的脉冲。PPR值越高,每个脉冲之间的间隔越小。这个PPR数字对于普通增量型编码器是固定的。可编程的增量型编码器可以通过软件更改将该值调整为所需的数字。

输出驱动器:

如今,大多数增量型编码器都有一个推挽(HTL)或RS422 (TTL)输出驱动程序,这些驱动电路已经取代了大多数旧的输出电路,如开路集电极NPN、开路集电极PNP、电压输出。

A)推挽(HTL)

推挽(HTL)电路,也被称为图腾柱,提供一个对应于应用电源电压的信号电平。电源电压通常在8到30伏直流电之间。

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通过适当的连接,你可以使用推挽接口来代替真正的开路集电极电路,方法是使用一个外部二极管来限制电流的方向

B)RS422(TTL)

RS422 (TTL)电路提供不依赖于电源电压的恒定的5v信号电平。可以选择两个电源电压范围:4.75到5.5 VDC(可用于替换开路集电极输出驱动器)或8到30 VDC。采用差分信号,输出完全符合RS422标准。

rs422__ttl

差分输出具有最高的频率响应能力和最佳的抗噪能力。为了确保这一点,接收器也应该具备接收差分信号的功能。

替换旧的输出驱动器

1) PNP开放集电极替换(电流源型)

pnp

NPN开式集电极更换(电流漏型)

npn

非可编程增量编码器只能在工厂配置到客户的规格。然而,如果应用需求变化,可编程增量型编码器只需要非常简单的调整一些关键的参数。在外部配置工具(UBIFAST配置工具)的帮助下,通过改变软件中的某些参数,客户可以对以下参数进行修改

  • 增量输出驱动器 – 将输出驱动器设置为推挽(HTL)或RS422(TTL)
  • 单圈脉冲数 – 可以将PPR设置在任意设定值
  • 脉冲递增方向 – 选择“A在B之前”或“B在A之前”

设备可编程性对于代理商、系统集成商或机器制造商来说非常重要,因为它有助于他们减少库存。现在,他们可以持有相对较少的“标准”型号,并根据需要为特定的应用程序进行设置。

规范

逻辑 信号登记 供电电压 输出电压
TTL High
Low
4.75-30 V
4.75-30 V
min 3 V
max 0.5 V
HTL High
Low
4.75-9 V
9-30 V
4.75-30 V
min 3 V
min Supply Voltage - 3 V
max 0.5 V
表1:Posital增量旋转式编码器的输出等级(I=50 mA /通道)

电气相位角和机械角度

机械角度是轴的实际转动度。电气相位角度是用来表示电信号的。完成一个交变电压/电流循环所需的时间定义为360度(el°)。对于增量编码器而言,一个周期等于一个完整的脉冲。在给定的PPR下,可以将任何增量编码器的电气相位角度数转换为机械角度。

正交:

增量型编码器每90 el°输出“a”或“B”输出的上升或下降的边缘,可以解释为一个计数。如果一个编码器输出1000 PPR,一个计数器可以解析出4000个脉冲计数(四倍频)。

相位角:

相角表示两个边缘之间的长度,单位为el°。这个参数通常指定一个恒定相角值和相角误差(也称为求积误差)。

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精度(DNL):

DNL精度是相角误差的绝对值,用(机械)度表示。

精度(INL)

增量编码器每转一圈输出一定数量的脉冲,这样每个脉冲都被期望在一个确定的机械位置上。这个理想位置与实际位置之间的最大偏差称为积分非线性(INL)。如果增量编码器用于定位任务,INL精度是一个重要的值。

工作周期:

工作周期描述了增量编码器的“高”时间与“低”时间之比。通常这个比例是50/50,这相当于180 el°高和180 el°低。

磁性增量编码器的性能随着PPR设置和转速(RPM)的提高而提高。这与性能下降的光学编码器形成了对比。在我们的数据表中声明的DNL和INL精度是最差的情况值,更高的PPR和RPM可以带来更好的性能。

频率响应:

这是编码器能够通过输出行输出的最大频率。例如,一个以600转/分钟旋转的200ppr编码器的频率是2000hz (200*600/60s)。