绝对式光电编码器基本构造及特点Word格式.docx
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绝对式光电编码器原理如图1-8所示。
绝对式光电编码器是利用自然二进制、循环二进制（格雷码）、二-十进制等方式进行光电转换的。
绝对式光电编码器与增量式光电编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对光电编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。
它的特点是：
可以直接读出角度坐标的绝对值；
没有累积误差；
电源切除后位置信息不会丢失；
编码器的精度取决于位数；
最高运转速度比增量式光电编码器高。
绝对式光电编码器
图1-8绝对式光电编码器原理
1.3.2码制与码盘
绝对式光电编码器的码盘按照其所用的码制可以分为：
二进制码、循环码（格雷码）、十进制码、六十进制码（度、分、秒进制）码盘等。
四位二元码盘（二进制、格雷码）如图1-9所示。
图中黑、白色分别表示透光、不透光区域。
可以选择不同的分辨率即位数。
目前有10位、11位、12位、13位、14位或更高位等多种。
其中采用循环二进制编码的绝对式编码器，其输出信号是一种数字排序，不是权重码，每一位没有确定的大小，不能直接进行比较大小和算术运算，也不能直接转换成其他信号，要经过一次码变换，变成自然二进制码，再由上位机读取以实现相应的控制。
而在码制变换中有不同的处理方式，本文着重介绍二进制格雷码与自然二进制码的互换。
（1）格雷码（又叫循环二进制码或反射二进制码）介绍
在数字系统中只能识别0和1，各种数据要转换为二进制代码才能进行处理，格雷码是一种无权码，采用绝对编码方式，典型格雷码是一种具有反射特性和循环特性的单步自补码，它的循环、单步特性消除了随机取数时出现重大误差的可能，它的反射、自补特性使得求反非常方便。
格雷码属于可靠性编码，是一种错误最小化的编码方式，因为，自然二进制码可以直接由数/模转换器转换成模拟信号，但某些情况，例如从十进制的3转换成4时二进制码的每一位都要变，使数字电路产生很大的尖峰电流脉冲。
而格雷码则没有这一缺点，它是一种数字排序系统，其中的所有相邻整数在它们的数字表示中只有一个数字不同。
它在任意
两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化。
它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆。
另外由于最大数与最小数之间也仅一个数不同，故通常又叫葛莱反射码或循环码。
表1-1为几种自然二进制码与格雷码的对照表：
表1-1几种自然二进制码与格雷码的对照表
从表1-1种可以得出，十进制数N与n位二进制码满足以下关系：
可见，二进制码由于是有权码，满足（1-4）的关系，而格雷码是无权码，不满足（1-4）的关系。
它与所对应的角度不存在类似（1-3）的关系，因此必须找出循环码和二进制码之间的对应关系和相互转换规则。
（2）二进制码转换成制格雷码
二进制码转换成制格雷码，其法则是保留二进制码的最高位作为格雷码的最高位，而次高位格雷码为二进制码的高位与次高位相异或，而格雷码其余各位与次高位的求法相类似。
图1-11所示为二进制码转换成格雷码。
图1-11自然二进制码转换成二进制格雷码
图1-12为将二进制码转换为格雷码的电路图，其中图（a）为并行转换电路，图（b）
为串行转换电路。
当采用串行电路时，工作之前先将D触发器D1置0，Q=0，在Ci端送入C1，异或门D2输出R1=C1○+0=C1，随后加CP脉冲，使Q=C1；
在Ci端加入C2，D输出R2=C2○+C1，以后重复上述过程，可以依次获得R1，R2，……，Rn。
（3）格雷码转换为二进制码
格雷码转换成二进制码，则是保留格雷码的最高位作为二进制码的最高位，而次高位二进制码为高位二进制码与次高位格雷码相异或，而二进制码的其余各位与次高位二进制码的求法相类似。
图1-13为将格雷码转换为二进制码的电路，其中图（a）为并行转换电路，图（b）为串行转换电路。
当采用串行电路时，工作之前先将JK触发器D置0，Q=0，将R1同时加到J、K端，再加入CP脉冲后，Q=C1=R1。
以后若Q端为Ci-1在J、K端加入Ri。
根据JK触发器的特性，若J、K为“1”则加入CP脉冲后，i1QC−=；
若J、K为“0”则加入CP脉冲后保持Q=Ci-1。
这一逻辑关系可以写成：
图1-13格雷码转换为二进制码的电路
格雷码是无权码，采用格雷码盘获得的格雷码R1，R2，……，Rn必须按图1-11转换为对应的二进制码C1，C2，……，Cn后，才能代入（1-3）式确定与之对应的角度。
（4）格雷码与二进制码互换的软件实现方法
（a）二进制码转换成格雷码的软件实现法
根据自然二进制转换成格雷码的法则，可以得到以下的代码：
staticunsignedintDecimaltoGray（unsignedintx）
{
returnx^（x>
>
1）;
}
//以上代码实现了unsignedint型数据到格雷码的转换，最高可转换32位自然二进
制码，超出32位将溢出。
staticintDecimaltoGray（intx）
//以上代码实现了int型数据到格雷码的转换，最高可转换31位自然二进制码，超出31位将溢出。
上述代码即可用于VC控制程序中，也可以用于单片机控制程序中。
在单片机程序设计时，若采用汇编语言编程，可以按相同的原理设计程序；
若采用C语言编程，则可以直接
利用上述代码，但建议用unsignedint函数。
（b）软件实现法（参见示例工程中的GraytoBinary）
根据二进制格雷码转换成自然二进制码的法则，可以得到以下的三种代码方式：
staticunsignedintGraytoDecimal（unsignedintx）
unsignedinty=x;
while（x>
=1）
y^=x;
returny;
staticunsignedintGraytoDecimal（unsignedintx）{
x^=x>
16;
8;
4;
x^=X>
2;
x^=x^1;
returnx;
inti;
for（i=0;
（1<
<
i）<
sizeof（x）*8;
i++）
i）;
//以上代码实现了unsignedint型数据到自然二进制码的转换，最高可转换32位格雷码，超出32位将溢出。
将数据类型改为int型即可实现31位格雷码转换。
若采用C语言编程，则可以直接利用上述代码，但建议用unsignedint函数。
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