了解编码器的基本理论：码制与码盘

　　码盘是个薄的圆盘。按其所用码制可分为二进制码、循环码（格雷码）、十进制码、六十进（度、分、秒进制）制码等。

　　下图所示是一个6位的二进制码盘。

6位的二进制码盘

        最内圈称为C₆码道，一半透光，一半不透光。最外圈称为C₁码道，一共分成2⁶=64个黑白间隔。每一个角度方位对应于不同的编码。例如，零位对应于000000（全黑），第23个方位对应于010111。测量时，只要根据码盘的起始和终止位置就可确定转角，与转动的中间过程无关。

　　二进制码码盘具有以下主要特点：

　　①n位（n个码道）的二进制码码盘具有2ⁿ种不同编码，称其容量为2ⁿ，其最小分辨力θ₁=360/2ⁿ它的最外圈角节距为2θ₁。

　　②二进制码为有权码，编码C_nC_n-1…C_i对应于由零位算起的转角为

　　③码盘转动中，C_k变化时，所有C_j（j＜k）应同时变化。

　　为了使二进制码盘达到1ⁿ左右的分辨力，需要采用20或21位码盘。一个刻划直径为400mm的20位码盘，其外圈分划间隔为1μm。不仅要求各个码道刻划精确，而且要求彼此对准，这给码盘制作造成了很大困难。

　　由于二进制码盘微小的制作误差，只要有一个码道提前或延后改变，就可能造成输出的粗误差。究其原因，是因为当某一较高位的数码改变时，所有比它低的各位的数码应同时改变。若由于刻划误差等原因，某一较高位提前或延后改变，二进制码是有权码，就会引起粗误差。采用其他有权码编码器时，也存在类似问题。下图(a)所示是一个4位二进制码盘展开图。当读数狭缝处于AA位置时，正确读数为0111，为十进制数7。若码道04黑区做得太短，就会误读为1111，为十进制数15。反之，若C4的黑区太长，当狭缝处于A'A'时，就会将1000读为0000。在这两种情况下都将产生粗误差。

　　为了消除粗误差，可以采用双读数头法，或者用循环码代替二进制码。下图(b)是采用双读数头消除粗误差的示意图。这里有两个狭缝AA和以及相对应的两组光电元件。各个码道上AA与BB的间距可以不一样，但不能超过该码道分划间隔的一半。最低位码道C₁只按AA读数，其余各位按比它低一位码道的读数值而定。若C_i-1的读数为1，C_i码道按AA读数，反之若C_i-1读数为0，则C_i位按BB读数。其逻辑关系可以用下图(c)所示电路实现。这样，当刻划误差小于相应码道AA与间距时，可以避免粗误差。这种方法的缺点是读数头的个数需增加一倍，码道很多时光电元件安放位置也有困难。

　　图 二进制码盘的粗误差及用双读数头消除粗误差

　　下图所示是一个6位的循环码码盘。

6位循环码码盘

        循环码码盘具有以下特点：

　　①n位循环码码盘与二进制码一样，具有2ⁿ种不同编码，最小分辨力为θ₁=360°/2ⁿ。最内圈称为R_n码道，也与二进制码一样一半透光，一半不透光。其他第i码道相当于二进制码码盘第i+1码道向零位方向转过θ₁角。它的最外圈亿码道的角节距为4θ₁。

　　②循环码码盘具有轴对称性，其和为（2ⁿ—1）的两个数，其最高位相反，而其余各位相同。

　　③循环码为无权码。

　　④循环码码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化。只要适当限制各码道的制作误差和安装误差，就不会产生粗误差。由于这一原因，使得循环码码盘获得了广泛的应用。

　　下图所示是一个十进制码盘。

十进制码盘

       这里有8个码道，但只有2位。该码盘里面四圈为高位，外面四圈为低位，共有102个不同编码，最小分辨力为360°/102==3.6°。编码方法实质上是二-十进制。十进制数0〜9对应为二进制码0000〜1010。

　　十进制码的容量小，8个码道采用二进制码或循环码可以有256个编码，这里只有100个编码。二-十进制也是有权码，也会产生粗误差，所以应有纠错措施。由于它无太多的优点，目前使用较少。