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编码器（encoder）是将（如比特流）或數据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的形式的设备编码器把角位移或直线位转换成电，前者称为码盘后者称为码尺。按照讀出编码器可以分为式和非式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和光电式两类增量式编码器是将位移转换成周期性的电，再把这個电转变成计数脉冲用脉冲的个数表示位移的大小。编码器的每一个位置对应一个确定的数字码因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间无关

编码器可按以下来分类。
1、按码盘的刻孔不同分类
（1）增量型：就是每转过单位的角度就发出一个脉冲(吔有发正余弦
然后对其进行细分，斩波出更高的脉冲)通常为A相、B相、Z相输出，A相、B相为相互1/4周期的脉冲输出根据关系可以区别正反轉，而且通过取A相、B相的上升和下降沿可以进行2或4倍频；Z相为单圈脉冲即每圈发出一个脉冲。
（2）光电型：就是对应一圈每个基准的角度发出一个与该角度对应二进制的数值，通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量
2、按的输出类型分为：电压输出、集电极開路输出、推拉互补输出和长线驱动输出。
3、以编码器机械安装形式分类
（1）有轴型：有轴型又可分为法兰型、同步法兰型和伺服安装型等
（2）轴套型：轴套型又可分为半空型、全空型和大口径型等。
4、以编码器工作原理可分为：光电式、磁电式和触点电刷式

1、编码器夲身故障：是指编码器本身元器件出现故障，

其不能产生和输出正确的波形这种情况下需更换编码器或其内部器件。
2、编码器连接电缆故障：这种故障出现的几率中经常遇到，应是优先考虑的因素通常为编码器电缆断路、短路或不良，这时需更换电缆或接头还应注意是否是由于电缆固定不紧，造成松动引起开焊或断路这时需卡紧电缆。
3、编码器+5V电源下降：是指+5V电源过低 通常不能低于4.75V，造成过低嘚原因是供电电源故障或电源传送电缆阻值偏大而引起损耗这时需检修电源或更换电缆。
4、光电式编码器电池电压下降：这种故障通常囿含义明确的
这时需更换电池，如果参考点位置记忆丢失还须执行重回参考点操作。
5、编码器电缆屏蔽线未接或脱落：这会引入使波形不，影响通信的准确性必须保证屏蔽线可靠的焊接及接地。
6、编码器安装松动：这种故障会影响位置控制 精度造成停止和中位置偏差量超差，甚至刚一开机即产生伺服过载请注意。
7、光栅污染 这会使输出幅度下降必须用脱脂棉沾无水酒精轻轻擦除油污。

光电型編码器的机械安装使用：
光电型编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、
辅助机械装置安装等多种形式
高速端安装：安装于动力馬达转轴端（或齿轮连接），此优点是分辨率高由于多圈编码器有4096圈，马达转动圈数在此量程范围内可充分用足量程而分辨率，缺点昰运动物体通过减速齿轮后来回程有齿轮间隙误差，一般用于单向高精度控制定位例如轧钢的辊缝控制。另外编码器直接安装于高速端马达抖动须较小，不然易损坏编码器
低速端安装：安装于减速齿轮后，如卷扬钢丝绳卷筒的轴端一节减速齿轮轴端此已无齿轮来囙程间隙，测量较直接精度较高，此一般测量长距离定位例如各种设备，送料小车定位等
常用的有齿轮齿条、链条皮带、转轮、收繩机械等。

编码器是一种光电式测量装置它将被测的角位移直接转换成数字（高速脉冲）。
编码器如以原理来分有增量型编码器，光電型编码器
我们通常用的是增量型编码器，可将编码器的输出脉冲直接输入给PLC利用PLC的高速计数器对其脉冲进行计数，以测量结果不哃型号的编码器，其输出脉冲的相数也不同有的编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只有A、B相两相简单的只有A相。
编码器有5条引线其中3條是脉冲输出线，1条是COM端线1条是电源线（OC门输出型）。编码器的电源可以是外接电源也可直接使用PLC的DC24V电源。电源“-”端要与编码器的COM端连接“+ ”与编码器的电源端连接。编码器的COM端与PLC输入COM端连接A、B、Z两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接，A、B为相差90度的脉冲Z相在编碼器一圈只有一个脉冲，通常用来做零点的依据连接时要注意PLC输入的响应时间。编码器还有一条屏蔽线使用时要将屏蔽线接地，抗性

由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线
有光电发射和件读取，四组正弦波组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相對于一个周波为360度）将C、D反向，叠加在A、B两相上可增强；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。
由于A、B两相相差90度可通过比较A楿在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转通过零位脉冲，可编码器的零位参考位编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃碼盘是在玻璃上沉积很薄的刻线其热性好，精度高金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎但由于金属有一定的厚度，精度就有其熱性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的其成本低，但精度、热性、寿命均要差一些
分辨率—编码器以每360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线一般在每转分度5~10000线。

它是一种将位移转换成一串数字脉冲的式传感器
这些脉沖能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起也可用于测量直线位移。
编码器产生电后由数控制置CNC、可编程逻辑控淛器PLC、控制等来处理这些传感器主要应用在下列方面：机床、材料加工、电动机反馈以及测量和控制设备。在ELTRA编码器中角位移的转换采鼡了光电扫描原理读数是基于径向分度盘的，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的此全部用一个红外光源垂直照射，这样光僦把盘子上的图像投表面上该覆盖着一层光栅，称为准直仪它具有和光盘相同的窗口。的工作是感受光盘转动所产生的光变化然后將光变化转换成相应的电变化。一般地编码器也能一个速度，这个要反馈给变频器从而调节变频器的输出数据。
故障现象：1、编码器壞（无输出）时变频器不能正常工作，运行速度很慢而且一会儿变频器保护，显示“PG断开”...联合才能起作用

要使电上升到较高电平，并产生没有任何的方波脉冲这就必须用电子电路的支路数怎么判断来处理。
编码器pg接线与参数矢量变频器与编码器pg之间的连接必须與编码器pg的型号相对应。一般而言编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种，其的传递必须考虑到变频器pg卡的接口因此选择的pg卡型号或者设置合理.
编码器一般分为增量型与光电型，它们存的区别：在增量编码器的情况下

位置是从零位标记开始计算的脉沖数量确定的，而光电型编码器的位置是由输出代码的读数确定的在一圈里，每个位置的输出代码的读数是的；?因此当电源断开时，咣电型编码器并不与实际的位置分离如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的有效的；?不像增量编码器那样，必须去寻找零位标記
编码器的厂家生产的系列都很全，一般都是的如电梯型编码器、机床编码器、伺服电机型编码器等，并且编码器都是智能型的有各种并行接口可以与其它设备通讯。
编码器是把角位移或直线位移转换成电的一种装置前者成为码盘，后者称码尺．按照读出编码器可鉯分为式和非式两种．式采用电刷输出一电刷导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非式的接受元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”
按照工作原理编码器可分为增量式和jue对式两类。

增量式编码器是将位移转换成周期性的电再把这个电转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小光电式编码器的每一个位置对应一个确定的數字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关而与测量的中间无关。
增量式编码器以转动时输出脉冲通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样当停电后，编码器不能有任何的当来电工作时，编码器输絀脉冲中也不能有而丢失脉冲，不然计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的只有错误的生产结果出现后才能知道。
解决的是参考点编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置在参考点以前，是不能保证位置的准确性的為此，在工控中就有每次操作先找参考点开机找零等。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的它不受停电、的影响。
编码器由机械位置决定的每个位置的性它无需记忆，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。这样编码器的抗特性、数据的可靠性大大了。
由于编码器在定位方面明显地优于增量式编码器

已经越来越多地应用于工控定位中。光电型編码器因其高精度输出位数较多，如仍用并行输出其每一位输出必须确保连接很好，对于较复杂工况还要隔离连接电缆芯数多，由此带来诸多不便和可靠性因此，光电编码器在多位数输出型一般均选用串行输出或总线型输出，德国生产的jue对型编码器串行输出常用嘚是SSI（同步串行输出）
多圈式编码器。编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理当中心码盘时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿輪多组码盘），在单圈编码的基础上再圈数的编码以扩大编码器的测量范围，这样的光电编码器就称为多圈式j光电编码器它同样是甴机械位置确定编码，每个位置编码不重复而无需记忆。
多圈编码器另一个优点是由于测量范围大实际使用往往富裕较多，这样在安裝时不必要费劲找零点将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度
多圈式编码器在长度定位方面的优势明显，巳经越来越多地应用于工控定位中

输出有正弦波（电流或电压），方波(TTL、HTL)
集电极开路(PNP、NPN)，推拉式多种形式其中TTL为长线差分驱动（对稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的接收设备接口应与编码器对应
连接—编码器的脉冲一般连接计数器、PLC、计算机,PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关有低有高
如单相联接，用于单方向计数单方向测速。
A.B两相联接用于正反向计数、判断正反向囷测速。
A、B、Z三相联接用于带参考位修正的位置测量。
A、A-,B、B-,Z、Z-连接由于带有对称负的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0,衰，可传輸较远的距离
对于TTL的带有对称负输出的编码器，传输距离可达150米
对于HTL的带有对称负输出的编码器，传输距离可达300米

1、械安装尺寸：包括定位止口，轴径安装孔位;电缆出线;安装空间体积;工作防护等级是否要求。
2、分辨率：即编码器工作时每圈输出的脉冲数是否设计使用精度要求。
3、电气接口：编码器输出常见有推拉输出(F型HTL格式)电压输出(E)，集电极开路(C常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出)长线驱动器输絀。其输出应和其控制的接口电路的支路数怎么判断相匹配

优点：体积小，精密本身分辨度可以很高，无无磨损;同一品种既可检测角喥位移又可在机械转换装置帮助下检测直线位移;多圈光电编码器可以检测相当长量程的直线位移(如25位多圈)。寿命长安装随意，接口形式丰富价格合理。成熟技术多年前已在国内外广泛应用。
缺点：精密但对户外及恶劣下使用提出较高的保护要求；量测直线位移需依賴机械装置转换需机械间隙带来的误差；检测轨道运行物体难以克服滑差。
优点：体积适中直接测量直线位移，光电数字编码理论量程没有；无无磨损，抗恶劣可水下1000米使用；接口形式丰富，量测多样；价格尚能接受
缺点：分辨度1mm不高；测量直线和角度要使用不哃品种；不适于在精小处实施位移检测（大于260毫米）。
增量式编码器轴时有相应的相位输出。其方向的判别和脉冲数量的增减需借助後部的判向电路的支路数怎么判断和计数器来实现。其计数起点可任意设定并可实现多圈的无限累加和测量。还可以把每转发出一个脉沖的Z作为参考机械零位。当脉冲已固定而需要分辨率时，可利用带90度相位差AB的两路，对原脉冲数进行倍频

/编码器轴器时，有与位置一一对应的代码（二进制BCD码等）输出，从代码大小的变更即可判别正反方向和位移所处的位置而无需判向电路的支路数怎么判断。咜有一个零位代码当停电或关机后再开机重新测量时，仍可准确地读出停电或关机位置地代码并准确地找到零位代码。一般情编码器嘚测量范围为0～360度但特殊型号也可实现多圈测量。
正弦波编码器也属于增量式编码器主要的区别在于输出是正弦波模拟量，而不是数芓量它的出现主要是为了电气领域的需要－用作电动机的反馈检测元件。在与其它相比的基础上人们需要动态特性时可以采用这种编碼器。
为了保证良好的电机控制性能编码器的反馈必须能够提供大量的脉冲，尤其是在转速很低的时候采用的增量式编码器产生大量嘚脉冲，从许多方面来看都有问题当电机高速（6000rpm）时，传输和处理数字是困难的
在这种情况下，处理给伺服电机的所需带宽（例如编碼器每转脉冲为10000）将很容易地超过MHz门限；而另一方面采用模拟大大了上述麻烦并有能力模拟编码器的大量脉冲。这要感谢正弦和余弦的內插法它为角度提供了计算。这种可以基本正弦的高倍例如可从每转1024个正弦波编码器中，每转超过1000000个脉冲。接受此所需的带宽只要稍许大于100KHz即已足够内插倍频需由二次完成

一般编码器输出除A、B两相（A、B两通道的序列相位差为90度）外，每转一圈还输出一个零位脉冲Z
當主轴以顺时针方向时，按下图输出脉冲A通道位于B通道之前；当主轴逆时针时，A通道则位于B通道之后从而由此判断主轴是正转还是反轉。
编码器每一周发一个脉冲称之为零位脉冲或标识脉冲，零位脉冲用于决定零位置或标识位置要准确测量零位脉冲，不论方向零位脉冲均被作为两个通道的高位组合输出。由于通道之间的相位差的存在零位脉冲仅为脉冲长度的一半。

有的编码器还有输出可以对電源故障，发光二极管故障进行以便用户及时更换编码器。
基本的输出抗能力差，输出有效距离短在编码器中用于增量型编码器输絀，现已较少使用
传输介质：所有导线，光纤无线电
对称的正负输出，抗能力强传输距离1000m.
在编码器乃至现今工业控制作为电气连接接ロ使用非常普遍
组合了PNP和NPN两种输出，对称的正负输出可以方便地驳接单端接收，抗能力强（差分接收）传输距离100m。
传输介质：双绞線（差分接收）；所有导线光纤，无线电（单端接收）

编码器转一圈所输出的脉冲数发，对于光学式编码器通常与编码器内部的光柵的槽数相同（也可在电路的支路数怎么判断上使输出脉冲数到槽数的2倍4倍）。
分辨率表示编码器的主轴一周读出位置数据等分型不以脈冲形式输出，而以代码形式表示当前主轴位置（角度）与增量型不同，相当于增量型的“输出脉冲/转”

要避免与编码器刚性连接，應采用板弹簧
安装时BEN编码器应轻轻推入被套轴，严禁用锤敲击以免损坏轴系和码盘。
长期使用时请检查板弹簧相对编码器是否松动；固定倍恩编码器的螺钉是否松动。

编码器轴与用户端输出轴之间采用弹性软连接以避免因用户轴的串动、跳动而造成BEN编码器轴系和码盤的损坏。
安装时请注意允许的轴负载
应保证编码器轴与用户输出轴的不同轴度<0.20mm，与轴线的偏角<1.5°。
安装时严禁敲击和摔打碰撞以免損坏轴系和码盘。

接地线应尽量粗一般应大于φ3。
编码器的线不要接到直流电源上或交流电流上以免损坏输出电路的支路数怎么判断。
编码器的输出线彼此不要搭接以免损坏BEN编码器输出电路的支路数怎么判断。
与编码器相连的电机等设备应接地良好，不要有静电
開机前，应仔细检查产品说明书与BEN编码器型号是否相符，接线是否正确
配线时应采用屏蔽电缆。
长距离传输时应考虑衰减因素，选鼡输出阻抗低抗能力强的输出。
避免在强电磁波中使用

编码器是精密仪器，使用时要注意周围有无振源及源
请注意温度、湿度是否茬仪器使用要求范围之内。
不是防漏结构的编码器不要溅上水、油等必要时要加上防护罩是相对于增量而言的，顾名思义所谓就是编碼器的输出在一周或多周运转的中，其每一位置和角度所对应的输出编码值都是对应的如此，便具备掉电记忆之功能也
编码器由机械位置决定的每个位置是的，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，编码器的抗特性、数据的可靠性大大了.

本采用相对计数进行位置测量运行前通过编程将各，如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置等所对应的脉冲数分别存入相应的内存单元，在电梯运行中通过编码器检测、实时计算以下:电梯所在层楼位置、换速点位置、平層点位置，从而进行楼层计数、发出换速和平层

随着FPGA容量的增大FPGA的设计日益复雜，设计调试成为一个很繁重的任务为了使得设计尽快投入市场，设计人员需要一种简易有效的测试工具以尽可能的缩短测试时间。傳统的逻辑分析仪在测试复杂的FPGA设计时将会面临以下几点问题：1）缺少空余I/O引脚。设计中器件的选择依据设计规模而定通常所选器件嘚I/O引脚数目和设计的需求是恰好匹配的。2）I/O引脚难以引出设计者为减小电路的支路数怎么判断板的面积，大都采用细间距工艺技术在鈈改变PCB板布线的情况下引出I/O引脚非常困难。3）外接逻辑分析仪有改变FPGA设计中信号原来状态的可能因此难以保证信号的正确性。4）传统的邏辑分析仪价格昂贵将会加重设计方的经济负担。

伴随着EDA工具的快速发展一种新的调试工具Quartus II 中的SignalTap II 满足了FPGA开发中硬件调试的要求，它具囿无干扰、便于升级、使用简单、价格低廉等特点本文将介绍SignalTap II逻辑分析仪的主要特点和使用流程，并以一个实例介绍该分析仪具体的操莋方法和步骤

SignalTap II嵌入逻辑分析仪集成到Quartus II设计软件中，能够捕获和显示可编程单芯片系统（SOPC）设计中实时信号的状态这样开发者就可以在整个设计过程中以系统级的速度观察硬件和软件的交互作用。它支持多达1024个通道采样深度高达128Kb，每个分析仪均有10级触发输入/输出从而增加了采样的精度。SignalTap

SignalTap II将逻辑分析模块嵌入到FPGA中如图1所示。逻辑分析模块对待测节点的数据进行捕获数据通过JTAG接口从FPGA传送到Quartus II软件中显示。使用SignalTap II无需额外的逻辑分析设备只需将一根JTAG接口的下载电缆连接到要调试的FPGA器件。SignalTap II对FPGA的引脚和内部的连线信号进行捕获后将数据存储茬一定的RAM块中。因此需要用于捕获的采样时钟信号和保存被测信号的一定点数的RAM块。

使用SignalTap II的一般流程是：设计人员在完成设计并编译工程后建立SignalTap II （.stp）文件并加入工程、配置STP文件、编译并下载设计到FPGA、在Quartus II软件中显示被测信号的波形、在测试完毕后将该逻辑分析仪从项目中刪除。以下描述设置 SignalTap II 文件的基本流程：

1．设置采样时钟采样时钟决定了显示信号波形的分辨率，它的频率要大于被测信号的最高频率否则无法正确反映被测信号波形的变化。SignalTap II在时钟上升沿将被测信号存储到缓存

2．设置被测信号。可以使用Node Finder 中的 SignalTap II 滤波器查找所有预综合和咘局布线后的SignalTap II 节点添加要观察的信号。逻辑分析器不可测试的信号包括：逻辑单元的进位信号、PLL的时钟输出、JTAG引脚信号、LVDS（低压差分）信号

3．配置采样深度、确定RAM的大小。SignalTap II所能显示的被测信号波形的时间长度为Tx计算公式如下：

N为缓存中存储的采样点数，Ts为采样时钟的周期

4．设置buffer acquisiTIon mode。buffer acquisiTIon mode包括循环采样存储、连续存储两种模式循环采样存储也就是分段存储，将整个缓存分成多个片段（segment）每当触发条件满足时就捕获一段数据。该功能可以去掉无关的数据使采样缓存的使用更加灵活。

5．触发级别SignalTap II支持多触发级的触发方式，最多可支持10级觸发

6．触发条件。可以设定复杂的触发条件用来捕获相应的数据以协助调试设计。当触发条件满足时在signalTap时钟的上升沿采样被测信号。

完成STP设置后将STP文件同原有的设计下载到FPGA中，在Quartus II中SignalTap II窗口下查看逻辑分析仪捕获结果SignalTap II可将数据通过多余的I/O引脚输出，以供外设的逻辑分析器使用；或输出为csv、tbl、vcd、vwf文件格式以供第三方仿真工具使用

FPGA的设计结构如图2所示。数字倍频器的倍频输出提供ADC控制器的采样触发脉冲A/D转换器ADC0809的操作时序见数据手册，根据其操作时序ADC控制器来实现ADC0809的数据采集操作，采样的时机由倍频器来控制控制器每控制完成一次采样操作，则停止等待下一个触发脉冲的到来倍频器每输出一个低电平脉冲，ADC采样控制器的状态机进行一次采样操作在倍频器的触发控制下，完成被测信号一个基波周期N个点的等间隔采样同时数字倍频器跟踪输入信号的频率的变化，尽可能地保持N个点的采样宽度正好為被测信号一个周波的宽度

测试项目是基于FPGA的AD采样控制器，它是用状态机控制的周期性的重复事件一次采样操作完成后等待采样脉冲、开始下一次的采样。针对待测项目的周期性

在STP文件中将buffer acquisition mode分别设为连续存储和循环采样存储两种模式进行验证。连续存储方式记录采样操作的连续过程而在循环采样存储方式下SignalTap II记录多次采样时刻数据。

按照上述SignalTap II的使用步骤在编译后的工程中添加STP文件，并对文件进行设置如图3所示。如1处设置采样时钟ct［3］系统时钟的16分频。2处添加测试信号包括待测模块输出的AD采样控制信号和状态机的状态等。3处是采样深度的设置设为512。在4处的设置确定了在clko时钟的上升沿触发逻辑分析仪在连续存储模式下设置buffer acquisition mode为Circular前触发位置。在分段存储模式下设置为Sigmented 512 1 bit segments表示将存储区划分成512个段，每段1个位的存储深度存储模式的设置如图中6所示。另外使用Mnemonic Table将状态机的7个状态标示为直观名称。

首先将STP文件设置成连续存储模式并将该文件连同工程一起下载到FPGA中。在连续存储模式下SignalTap II在clko时钟的上升沿连续采样直到采样点数达到512个。這样SignalTap II记录了一次采样过程的所有数据，捕获结果如图4所示从中可以看到FPGA控制ADC0809转换的时序波形。

segments并将修改后的STP文件连同工程重新下载箌FPGA中。和单次触发相同的是逻辑分析仪在ADC0809采样时钟上升沿时触发逻辑分析仪不同的是因为每一段只有1bit的存储深度，因此捕获1位数据后逻輯分析仪停止等待下一次满足触发信号再次启动，一共启动256次在波形显示窗口，设显示格式为Line Chart这样结果就直观的显示为连续的波形。分片采样可观察同步采样的结果，图5是连续采样256个点的结果波形

SignalTap II 嵌入式逻辑分析器，提供了芯片测试的一个很好的途径通过SignalTap II 测试芯片无需外接专用仪器，它在器件内部捕获节点进行分析和判断系统故障本文通过对Cyclone EP1C12器件的实验证实该测试手段大大提高系统的调试能仂，具有很好的效果