编码器应用技术
编码器是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备，是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量被测物的转角或直线位移量。
1、编码器的定义：
中文名称：编码器
英文名称：coder; encoder
定义：一种按照给定的代码产生信息表达形式的器件。
2、编码器的分类：
（1）根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。
（2）按测量方式的分类，编码器可分为旋转编码器、直尺编码器
（3）根据读出方式，编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式采用电刷输出，用电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是"1”还是“0”；非接触式的接受敏感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”，通过"1”和“0”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。
（4）根据其刻度方法及信号输出形式或者信号原理或者编码方式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。
我们常用这种分类方法区别编码器，并且混合式的编码器也是由增量型和绝对值型的组合而成的，增量型和绝对型一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件，以下将重点讲述。
编码器控制转速的原理：
ΔN=ND1(测量)-ND2(理论)，N为电机转速
当测出的脉冲个数与计算出的理论值有偏差时,可根据电压与脉冲个数的对应关系计算出输出给伺服系统的增量电压△U，经过D/A转换，再计算出增量脉冲个数，等下减去。当运行时间越长路线越长，离我们预制的路线偏离就多了。这时系统起动位置环，通过不断测量光电编码器每秒钟输出的脉冲个数，并与标准值PD（理想值）进行比较，计算出增量△P并将之转换成对应的D/A输出数字量，通过控制器减少输个电机的脉冲个数，在原来输出电压的基础上减去增量，迫使电机转速降下来，当测出的△P近似为零时停止调节，这样可将电机转速始终控制在允许的范围内。
编码器的常规工作电压有以下几种：5V、12V、24V、5-24V（通用型）、5-30V
编码器常规防护性能：防油、防尘、抗震型。
弹性联接器：编码器轴与用户轴联接时，存在同轴误差，严重时将损坏编码器。要求采用弹性联接器（编码器厂家提供选件），解决偏心问题，一般可以做到允许扭矩<1N.m, 不同轴度<0.2mm，轴向偏角<1.5度。
弹性联轴器常用规格为：
3、增量式编码器
增量式编码器（其中增量脉冲编码器简称SPC）是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。
增量型编码器(旋转型)工作原理：由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号，由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。
编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，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，精度就有限制，其热稳定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、热稳定性、寿命均要差一些。
分辨率—编码器以每旋转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。
基本技术规格
（1）分辨率：用编码器轴转动一周所产生的输出信号基本周期来表示的，即脉冲数/转（PPR），码盘上的透光缝隙的数目就等于编码器的分辨率，码盘上刻的缝隙越多，编码器的分辨率就越高。倍频提高分辨率。
（2）精度：度量在所选定的分辨率范围内，确定任一脉冲相对另一脉冲位置的能力。精度通常用角度、角分、角秒来表示。编码器的精度与码盘透光缝隙的加工质量、码盘的机械旋转情况的制造精度因素有关，也与安装技术有关。
（3）输出信号的稳定性：在实际运行条件下，保持规定精度的能力。影响编码器输出信号稳定性的主要因素是温度对电子器件造成的漂移、外界加于编码器的变形力以及光源特性的变化。由于温度和电源变化的影响，编码器的电子电路不能保持规定的输出特性，在设计和使用中都要给予充分考虑。
（4）响应频率：编码器输出的响应频率取决于光电检测器件、电子处理线路的响应速度。当编码器高速旋转时，如果其分辨率很高，那么编码器输出的信号频率将会很高。如果光电检测器件和电子线路元器件的工作速度与之不能相适应，就有可能使输出波形严重畸变，甚至产生丢失脉冲的现象。这样输出信号就不能准确反映轴的位置信息。所以，每一种编码器在其分辨率一定的情况下，它的最高转速也是一定的，即它的响应频率是受限制的。编码器的最大响应频率、分辨率和最高转速之间的关系如公式：
（5）信号输出形式：有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路Open Collector（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL（ToTEM Pole）也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。
信号经过放大、整形得到了正弦波或矩形波。
正弦波：基本消除了定位停止时的振荡现象，并且容易通过电子内插方法，以较低的成本得到较高的分辨率。
矩形波：容易进行数字处理，多用。
信号连接：编码器的脉冲信号一般连接计数器、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，开关频率有低有高。
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、判断正反向和测速。
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，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离,TTL信号传输距离可达150米,HTL信号传输距离可达300米。
增量型编码器的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。
增量型编码器的缺点是存在零点累计误差，无法输出轴转动的绝对位置信息，抗干扰较差，接收设备的停机需断电记忆，开机应找零或参考位等问题，这些问题如选用绝对型编码器可以解决。
增量型编码器的一般应用:测速，测转动方向，测移动角度、距离(相对)。
4、绝对式编码器
绝对式编码器（其中绝对脉冲编码器简称APC）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，而与测量的中间过程无关。
旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对值编码器。如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对值编码器。编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，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，这样在安装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。
绝对型旋转编码器的机械安装形式：
<1>高速端安装：安装于动力马达转轴端（或齿轮连接），此方法优点是分辨率高，由于多圈编码器有4096圈，马达转动圈数在此量程范围内，可充分用足量程而提高分辨率，缺点是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。
<2>低速端安装：安装于减速齿轮后，如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端，此方法已无齿轮来回程间隙，测量较直接，精度较高，此方法一
般测量长距离定位，例如各种提升设备，送料小车定位等。
<3>辅助机械安装：常用的有齿轮齿条、链条皮带、摩擦转轮、收绳机械等。
绝对型编码器（旋转型）：绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线……编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，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，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。
绝对值编码器的信号输出：
绝对值编码器信号输出有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出
1、并行输出：
绝对值编码器输出的是多位数码（格雷码或纯二进制码），并行输出就是在接口上有多点高低电平输出，以代表数码的1或0，对于位数不高的绝对编码器，一般就直接以此形式输出数码，可直接进入PLC或上位机的I/O接口，输出即时，连接简单。但是并行输出有如下问题：
<1>必须是格雷码，因为如是纯二进制码，在数据刷新时可能有多位变化，读数会在短时间里造成错码。
<2>所有接口必须确保连接好，因为如有个别连接不良点，该点电位始终是0，造成错码而无法判断。
<3>传输距离不能远，一般在一两米，对于复杂环境，最好有隔离。
<4>对于位数较多，要许多芯电缆，并要确保连接优良，由此带来工程难度，同样，对于编码器，要同时有许多节点输出，增加编码器的故障损坏率。
2、串行SSI输出：
串行输出就是通过约定，在时间上有先后的数据输出，这种约定称为通讯规约，其连接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。
由于绝对值编码器好的厂家都是在德国，所以串行输出大部分是与德国的西门子配套的，如SSI同步串行输出（RS422模式，两根数据线DATA、两根时钟线CLOCK)。
T=0.9—11us 每个脉冲周期n为编码器总位数，t1>0.45us每个脉冲半周期，t2≤0.4us数据输出延迟时间，t3=12—35us数据恢复（熄灭）时间
串行输出连接线少，传输距离远，对于编码器的保护和可靠性就大大提高了。
一般高位数的绝对编码器都是用串行输出的。
3、现场总线型输出
现场总线型编码器是多个编码器各以一对信号线连接在一起，通过设定地址，用通讯方式传输信号，信号的接收设备只需一个接口，就可以读多个编码器信号。总线型编码器信号遵循RS485的物理格式，其信号的编排方式称为通讯规约，目前全世界有多个通讯规约，各有优点，还未统一，编码器常用的通讯规约有如下几种：PROFIBUS-DP、CAN、DeviceNet、Interbus等。
总线型编码器可以节省连接线缆、接收设备接口，传输距离远，在多个编码器集中控制的情况下还可以大大节省成本。
4、变送一体型输出
我公司提供的GPMV0814、GPMV1016绝对编码器，其信号已经在编码器内换算后直接变送输出，其有模拟量4—20mA输出、RS485数字输出、14位并行输出。
连接绝对编码器的电气二次设备：
连接绝对值编码器的设备可以是可编程控制器PLC、上位机，也可以是专用显示信号转换仪表，由仪表再输出信号给PLC或上位机。
1．直接进入PLC或上位机：
编码器如果是并行输出的，可以直接连接PLC或上位机的输入输出接点
I/O，其信号数学格式应该是格雷码。编码器有多少位就要占用PLC的多少位接点，如果是24伏推挽式输出，高电平有效为1，低电平为0；如果是集电极开路NPN输出，则连接的接点也必须是NPN型的，其低电平有效，低电平为1。
2．编码器如果是串行输出的，由于通讯协议的限制，后接电气设备必须有
对应的接口。
3．编码器如是总线型输出，接受设备需配专用的总线模块。
但是，如选择总线型输出编码器，在编码器与接收设备PLC中间，就无法加入其他显示仪表，如需现场显示，就要从PLC 再转出信号给与信号匹配的显示仪表。
有些协议自定义的RS485输出信号进PLC的RS485接口，需PLC具有智能编程功能。
4．连接专用显示转换仪表：
针对较多使用的SSI串行输出编码器，我公司提供专用的显示、信号转换仪表，由仪表进行内部解码、计算、显示、信号转换输出，再连接PLC或上位机。其优点如下：
a.现场可以有直观的显示，直接在仪表上设置参数。
b.专用程序读码解码、容错、内部计算，可以大大减少各个项目的编程工作量，提高稳定和可靠性。信号输出是由内部数字量直接计算，快速、准确。
c.信号输出有多种形式，灵活方便，后面可连接各种PLC或上位机，通用性强。
一般的应用，可选同时两组输出型，一组信号连接PLC，另一组连接显示仪表，如需要增加开关输出，可从显示仪表设定输出。
常用线数：
30、60、100、120、200、250、256、300、360、400、480、500、512、600、700、800、900、907、1000、1024、1200、1250、1440、1500、1800、2000、2048、2400、2500、2669、3000、3600、4000、4069、4500、5000、5400
5、编码器安装使用及注意事项
（1）编码器检测轴与用户端输出轴之间避免钢性联接采用螺丝夹紧安装连接。如果条件允许，也可以采用弹性软连接(比如弹性联轴器、尼龙齿轮或同步带联接传动)或以避免因用户轴的串动、跳动而造成编码器轴系的损坏；
（2）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°；
（3）安装时尽量避免敲击和摔打碰撞,以免损坏轴系和码盘；
（4）不可带电插拔编码器；
（5）编码器电缆插头线芯不可与手等部位接触；
（6）不要将电源线与地线接反；
（7）编码器的输出线彼此不要搭接，以免损坏输出电路；
（8）编码器的信号线不要接到直流电源上或交流电流上，以免损坏输出电路；
（9）与编码器相连的电机等设备，应接地良好，不要有静电；
（10）配线时应采用屏蔽电缆；
（11）开机前，应仔细检查，产品说明书与编码器型号是否相符，接线是否正确；
（12）长距离传输时，应考虑信号衰减因素，选用输出阻抗低，抗干扰能力强的输出方式；
（13）避免在强电磁波环境中使用；
（14）编码器属于高精密仪器，使用转速不要超过标称转速，否则会影响电气信号。
（15）长期使用时，定期检查固定编码器的螺钉是否松动（每季度一次）,接地线应尽量粗，一般应大于1.5平方。
（16）编码器是精密仪器，使用时要注意周围有无振源及干扰源
（17）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
（18）注意环境温度、湿度是否在仪器使用要求范围之内
6、应用中问题分析及改进措施
（一）常规应用
1、角度测量
2、长度测量
3、速度测量
4、位置测量
5、同步控制
（二）应用中问题分析
光电检测装置的发射和接收装置都安装在生产现场，在使用中暴露出许多缺陷，其有内在因素也有外在因素，主要表现在以下几个方面：
1．发射装置或接受装置因机械震动等原因而引起的移位或偏移，导致接收装置不能可靠的接收到光信号，而不能产生电信号。
2．因光电检测装置安装在生产现场，受生产现场环境因素影响导致光电检测装置不能可靠的工作。
3．生产现场的各种电磁干扰源，对光电检测装置产生的干扰，导致光电检测装置输出波形发生畸变失真，使系统误动或引发生产事故。
（三）改进措施
1．改变光电编码器的安装方式。光电编码器不在安装在电动机外壳上，而是在电动机的基础上制作一固定支架来独立安装光电编码器，光电编码器轴与电动机轴中心必须处于同一水平高度，两轴采用软橡胶或尼龙软管相连接，以减轻电动机冲击负载对光电编码器的机械冲击。采用此方式后经测振仪检测，其振动速度降至1.2mm/s。
2．合理选择光电检测装置输出信号传输介质，采用双绞屏蔽电缆取代普通屏蔽电缆。双绞屏蔽电缆具有两个重要的技术特性，一是对电缆受到的电磁干扰具有较强的防护能力，因为空间电磁场在线上产生的干扰电流可以互相抵消。双绞屏蔽电缆的另一个技术特点是互绞后两线间距很小，两线对干扰线路的距离基本相等，两线对屏蔽网的分布电容也基本相同，这对抑制共模干扰效果更加明显。
3．利用PLC软件监控或干涉。
7、编码器信号输出形式：
集电极开路输出（通用型）、互补输出、电压输出、长线驱动器输出、UVW 输出
1.电压型VOLTAGE:一般而言对没有特殊要求或现场工作电气环境单纯的设备，用VOLTAGE输出(90%计数器)即可。
2.电流型OPEN-COLLECT:有些客户偏好电流型(OPEN-COLLECT)，认为对稍许有干扰环境有较佳效果，早期PLC（DC24V系统）客户均要求用此规格，因为当时的日本ENCODER制造商无法找到高压稳定的IC，因此只能利用电流型OPEN-COLLECT电路特性，生产高电压型信号输出ENCODER，形成今日PLC客户会指定电流型的原因。
另外对于一般信号要超过3M以上的场合，亦建议客户使用此规格，并且用高电压型，以避免长距离输送，因电压下降或干扰造成产品不良。
3．PUSH-PULL（互补型）：这是一种NPN+PNP混合电路，一般而言日本（亚洲）系产品偏好设计NPN系统，欧美喜欢PNP系统，有时不清楚对方使用NPN或PNP系统时，我们会建议使用PUSH-PULL（互补型）规格，但是有一点要注意，如果对方的系统也是PUSH-PULL（互补型）时就不能使用此规格，PUSH-PULL另一优点是它的输送信号距离为50M。
4．LINE DRIVER线性差动----它的电压于亚洲区几乎95%为DC5V，而欧美制造商则有DC5V，12V，8—26V。
一般对现场环境干扰源大，或者信号输送距离远（5M以上），建议使用此型式。LINE DRIVER信号可输送100M。
对于无法提供稳定电源之设备或厂商，务必要求使用高电压
LINE DRIVER，避免因电压下降造成无法输出，使用该电路时要注意客户的控制器是否接受RS422信号功能介面，一般而言只有PLC，人机介面，工业电脑有这些选配功能，普通型计数器无法接收，另外注意控制器能提供何种电源给编码器ENCODER使用。
8、判断编码器损坏的方法：
1、如果是通过PLC定位模块来记数的，可以看plc上面的定位模块上脉冲指示灯。UP 、DOWN脉冲指示，如果有指示说明编码器正常。没有指示，说明编码器是坏的。这是从外表直观去判断的。
2、可以看plc程序当中的读取脉冲通道上的地址，看数据有变化与否，或是有规律的脉冲数量增加与否，如果没有，说明编码器是坏的。这是从程序当冲来判别的。
3、用万用表检查的方法：
用数字万用表的直流电压档，分别去测量。编码器的A相对地电压和B相对地电压(编码器一定要在匀速转动)。如果其中有一相电压始终为0V或始终为高电平的话，那么编码器肯定损坏了。如果A相和B相对0V(数字地)的电压在工作电源电压的一半附近的话，那么编码器应该是完好的。A相或B相对0V的电压始终在高电平附近或低电平附近，那么编码器有故障。
（1）测量电源电压以及信号线对地电压（静止时应该为一个数字电压值，动作时应该为静止电压值的一半左右），一般比较准确，需要开环辅助确认；
（2）在编码器近端测量编码器各相对地电阻并与编码器出厂时的电阻对比，看是否存在异常；
4、用示波器检查的方法：
（1）将编码器电源线接稳定的+5V电源。
（2）将双通道示波器正极分别与A+、B+相连，示波器负极与电源负极相连，转动编码器轴，应显示相位相差90°的波形
（3）将双通道示波器正极分别与A-、B-相连，示波器负极与电源负极相连，转动编码器轴，应显示相位相差90°的波形
（4）将双通道示波器正极分别与A+、A-相连，示波器负极与电源负极相连，转动编码器轴，应显示相位相差180°的波形
（5）将双通道示波器正极分别与B+、B-相连，示波器负极与电源负极相连，转动编码器轴，应显示相位相差180°的波形
（6）将双通道示波器正极分别与Z+相连，示波器负极与电源负极相连，转动编码器轴，每转应输出一个波形。
（7）如果编码器输出信号为方波形，所有信号的占空比应为50％。
5、用计数器测量：
（1）需要一个计数器显示脉冲数；
（2）需要一个切换开关切换A、A-、B、B-、C、C-；
9、编码器著名品牌：
（1）欧美占据高端市场
德国：海德汉Heidenhain，霍勒Hohner，倍加福P+F，RESATRON，亨士乐Hengstler，霍普纳Hubner-berlin，霍普纳Hubner-giessen，施克
STEGMANN，梅尔MEYER，库柏KUBLER，希科SIKO，帝尔T+R，LENORD+LINDE，兰宝LENORD+BAUER，FRABA，宜而创ELTRA，图尔克TURCK；
其他：莱卡LIKA （意大利），艾西斯ELCIS （意大利），SCANCON (丹麦)，堡盟Baumer (瑞士)，莱纳林德LEINE LINDE（瑞典），丹纳赫Danaher (美国)，艾迪克BEI IDEACOD （法国）。
（2）日韩品牌占据中低端市场：
日系：欧姆龙OMRON（日本），内密控NEMICON （日本），多摩川TAMAGAVA （日本），光洋KOYO （日本），MTL （日本）
其他：奥托尼克斯Autonics (韩国)，LTN（LITTON）
10、编码器其他技术：
（1）倍频方式；
（2）调向方法（尤其是6相：A、A-、B、B-）；
（3）输出电阻：输出电路的内部阻抗；
（4）电源端的最大允许输入电流；
（5）允许注入电流：编码器单路信号最大吸收的电流值；
（6）最小负载阻抗：输出电路所允许的最小负载阻抗；
（7）相邻周期误差：相邻脉冲周期之差。
编码器、译码器及应用电路设计 一、实验目的： 1、掌握中规模集成编码器、译码器的逻辑功能测试和使用方法； 2、学会编码器、译码器应用电路设计的方法； 3、熟悉译码显示电路的工作原理。 二、实验原理： 1、什么是编码： 教材说：用文字、符号、或者数字表示特定对象的过程称为编码 具体说：编码的逻辑功能是把输入的每个高、低电平信号编成对应的二进制代码 2、编码器74LS147的特点及引脚排列图： 74LS147是优先编码器，当输入端有两个或两个以上为低电平，它将对优先级别相对较高的优先编码。其引脚排列图： 3、什么是译码：译码是编码的逆过程，把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出，译码器广泛用于代码转换、终端的数字显示、数据分配、组合控制信号等。 译码器按照功能的不同，一般分为三类：二进制译码器、二—十进制译码器、显示译码器。 （1）变量译码器（用以表示输入变量的状态） 74LS138的特点及其引脚排列图：反码输出。 ABC是地址输入端，Y0—Y7是输出端，G1、G2A’、G2B’为 使能端，只有当G1=G2A’=G2B’=1时，译码器才工作。 （2）码制变换译码器：用于同一个数据的不同代码之间的相互转换，代表是4—10线译码器 译码器74LS42的特点及其引脚排列图： 译码器74LS42的功能是将8421BCD码译成10个对象 其原理与74LS138类同，只不过它有四个输入端， 十个输出端，4位输入代码0000—1111十六种状态组合
其中有1010—1111六个没有与其对应的输出端， 这六组代码叫做伪码，十个输出端均为无效状态。 （3）数码显示与七段译码驱动器：将数字、文字、符号的代码译成数字、文字、符号的电路 a、七段发光二极管数码显示管的特点：（共阴极） b、七段译码驱动器： 4、在本数字电路实验装置上已完成了译码器74LS48和数码管之间的连接图。 三四五脚接高电频，数码管的单独端接低电频。
实验四 译码器、编码器及其应用 实验人员： 班号： 学号： 一、实验目的 (1) 掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法； (2) 熟悉掌握集成译码器和编码器的应用； (3) 掌握集成译码器的扩展方法。 二、实验设备 数字电路实验箱，74LS20，74LS138。 三、实验容 (1) 74LS138译码器逻辑功能的测试。将74LS138输出Y 0????~Y 7????接数字实验箱LED 管，地址Y 2Y 1Y 0输入接实验箱开关，使能端接固定电平（Y YY 或GND ）。电路图如Figure 1所示： Figure 1 E Y 1YY 2Y ?????????? YY 2Y ??????????≠100时，任意拨动开关，观察LED 显示状态，记录观察结果。 E Y 1YY 2Y ?????????? YY 2Y ??????????=100时，按二进制顺序拨动开关，观察LED 显示状态，并与功能表对照，记录观察结果。 用Multisim 进行仿真，电路如Figure 2所示。将结果与上面实验结果对照。
Figure 2 (2) 利用3-8译码器74LS138和与非门74LS20实现函数： Y =Y ???Y ???+Y ???Y ???+YYY 四输入与非门74LS20的管脚图如下： 对函数表达式进行化简： Y =Y ???Y ???+Y ???Y ???+YYY =Y ???Y ???Y ???+Y ???Y ???Y +A Y ???Y ???+YYY =Y 0+Y 1+Y 4+Y 7=Y 0????Y 1????Y 4????Y 7????????????????????? 按Figure 3所示的电路连接。并用Multisim 进行仿真，将结果对比。 Figure 3
编码器使用教程与测速原理 我们将通过这篇教程与大家一起学习编码器的原理，并介绍一些实用的技术。 1.编码器概述 编码器是一种将角位移或者角速度转换成一连串电数字脉冲的旋转式传感器，我们可以通过编码器测量到底位移或者速度信息。编码器从输出数据类型上分，可以分为增量式编码器和绝对式编码器。 从编码器检测原理上来分，还可以分为光学式、磁式、感应式、电容式。常见的是光电编码器（光学式）和霍尔编码器（磁式）。 2.编码器原理 光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光码盘和光电检测装置组成。光码盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，检测装置检测输出若干脉冲信号，为判断转向，一般输出两组存在一定相位差的方波信号。 霍尔编码器是一种通过磁电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。霍尔编码器是由霍尔码盘和霍尔元件组成。霍尔码盘是在一定直径的圆板上等分地布置有不同的磁极。霍尔码盘与电动机同轴，电动机旋转时，霍尔元件检测输出若干脉冲信号，为判断转向，一般输出两组存在一定相位差的方波信号。
可以看到两种原理的编码器目的都是获取AB相输出的方波信号，其使用方法也是一样，下面是一个简单的示意图。 3.编码器接线说明 具体到我们的编码器电机，我们可以看看电机编码器的实物。 这是一款增量式输出的霍尔编码器。编码器有AB相输出，所以不仅可以测速，还可以辨别转向。根据上图的接线说明可以看到，我们只需给编码器电源5V供电，在电机转动的时候即可通过AB相输出方波信号。编码器自带了上拉电阻，所以无需外部上拉，可以直接连接到单片机IO读取。
编码器应用技术 编码器是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备，是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量被测物的转角或直线位移量。 1、编码器的定义： 中文名称：编码器 英文名称：coder; encoder 定义：一种按照给定的代码产生信息表达形式的器件。 2、编码器的分类： （1）根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。 （2）按测量方式的分类，编码器可分为旋转编码器、直尺编码器 （3）根据读出方式，编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式采用电刷输出，用电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是"1”还是“0”；非接触式的接受敏感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”，通过"1”和“0”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。 （4）根据其刻度方法及信号输出形式或者信号原理或者编码方式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。 我们常用这种分类方法区别编码器，并且混合式的编码器也是由增量型和绝对值型的组合而成的，增量型和绝对型一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件，以下将重点讲述。
编码器控制转速的原理： ΔN=ND1(测量)-ND2(理论)，N为电机转速 当测出的脉冲个数与计算出的理论值有偏差时,可根据电压与脉冲个数的对应关系计算出输出给伺服系统的增量电压△U，经过D/A转换，再计算出增量脉冲个数，等下减去。当运行时间越长路线越长，离我们预制的路线偏离就多了。这时系统起动位置环，通过不断测量光电编码器每秒钟输出的脉冲个数，并与标准值PD（理想值）进行比较，计算出增量△P并将之转换成对应的D/A输出数字量，通过控制器减少输个电机的脉冲个数，在原来输出电压的基础上减去增量，迫使电机转速降下来，当测出的△P近似为零时停止调节，这样可将电机转速始终控制在允许的范围内。 编码器的常规工作电压有以下几种：5V、12V、24V、5-24V（通用型）、5-30V 编码器常规防护性能：防油、防尘、抗震型。 弹性联接器：编码器轴与用户轴联接时，存在同轴误差，严重时将损坏编码器。要求采用弹性联接器（编码器厂家提供选件），解决偏心问题，一般可以做到允许扭矩<1N.m, 不同轴度<0.2mm，轴向偏角<1.5度。 弹性联轴器常用规格为： 3、增量式编码器 增量式编码器（其中增量脉冲编码器简称SPC）是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。
实验三译码器和编码器 一实验目的 1.掌握译码器、编码器的工作原理和特点。 2.熟悉常用译码器、编码器的逻辑功能和它们的典型应用。 二、实验原理和电路 按照逻辑功能的不同特点，常把数字电路分两大类：一类叫做组合逻辑电路，另一类称为时序逻辑电路。组合逻辑电路在任何时刻其输出的稳态值，仅决定于该时刻各个输入信号取值组合的电路。在这种电路中，输入信号作用以前电路所处的状态对输出信号无影响。通常，组合逻辑电路由门电路组成。 组合逻辑电路的分析方法：根据逻辑图进行二步工作： a.根据逻辑图，逐级写出函数表达式。 b.进行化简：用公式法、图形法或真值表进行化简、归纳。 组合逻辑电路的设计方法：就是从给定逻辑要求出发，求出逻辑图。一般分四步进行。 a.分析要求；将问题分析清楚，理清哪些是输入变量，哪些是输出函数。 b.列真值表。 c.进行化简：变量比较少时，用图形法。变量多时，可用公式化简。 d.画逻辑图：按函数要求画逻辑图。 进行前四步工作，设计已基本完成，但还需选择元件——集成电路，进行实验论证。 值得注意的是，这些步骤并不是固定不变的程序，实际设计时，应根据具体情况和问题难易程度进行取舍。 1.译码器 译码器是组合电路的一部分，所谓译码，就是把代码的特定含义“翻译”出来的过程，而实现译码操作的电路称为译码器。译码器分成三类： a.二进制译码器：如中规模2—4线译码器74LS139。，3—8线译码器74LS138等。 b.二—十进制译码器：实现各种代码之间的转换，如BCD码—十进制译码器74LS145等。 c.显示译码器：用来驱动各种数字显示器，如共阴数码管译码驱动74LS48，（74LS248），共阳数码管译码驱动74LS47（74LS247）等。 2.编码器 编码器也是组合电路的一部分。编码器就是实现编码操作的电路，编码实际上是译码相反的过程。按照被编码信号的不同特点和要求，编码器也分成三类： a.二进制编码器：如用门电路构成的4—2线，8—3线编码器等。 b.二—十进制编码器：将十进制的0～9编成BCD码，如：10线十进制—4线BCD码编码器74LS147等。 c.优先编码器：如8—3线优先编码器74LS148等。 三、实验内容及步骤 1.译码器实验 （1）将二进制2-4线译码器74LS139，及二进制3-8译码器74LS138分别插入实验系统IC 空插座中。 按图1.3.1接线，输入G、A、B信号（开关开为“1”、关为“0”），观察LED输出Yo、Y1、Y2、Y3的状态(亮为“1”，灭为“0”)，并将结果填入表1.3.1中。
编码器 科技名词定义 中文名称： 编码器 英文名称： coder;encoder 定义： 一种按照给定的代码产生信息表达形式的器件。 应用学科： 通信科技（一级学科）；通信原理与基本技术（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 编码器 编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，一电
刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是"1”还是“0”；非接触式的接受敏感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”，通过"1”和“0”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。 作用 设计图纸 利用电磁感应原理将两个平面型绕组之间的相对位移转换成电信号的测量元件，用于长度测量工具。感应同步器（俗称编码器、光栅尺）分为直线式和旋转式两类。前者由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量；后者由定子和转子组成，用于角位移测量。1957年美国的R.W.特利普等在美国取得感应同步器的专利，原名是位置测量变压器，感应同步器是它的商品名称，初期用于雷达天线的定位和自动跟踪、导弹的导向等。在机械制造中，感应同步器常用于数字控制机床、加工中心等的定位反馈系统中和坐标测量机、镗床等的测量数字显示系统中。它对环境条件要求较低，能在有少量粉尘、油雾的环境下正常工作。定尺上的连续绕组
的周期为2毫米。滑尺上有两个绕组，其周期与定尺上的相同，但相互错开1/4周期(电相位差90°)。感应同步器的工作方式有鉴相型和鉴幅型的两种。前者是把两个相位差90°、频率和幅值相同的交流电压U1 和U2分别输入滑尺上的两个绕组，按照电磁感应原理，定尺上的绕组会产生感应电势U。如滑尺相对定尺移动，则U的相位相应变化，经放大后与U1和U2比相、细分、计数，即可得出滑尺的位移量。在鉴幅型中，输入滑尺绕组的是频率、相位相同而幅值不同的交流电压，根据输入和输出电压的幅值变化，也可得出滑尺的位移量。由感应同步器和放大、整形、比相、细分、计数、显示等电子部分组成的系统称为感应同步器测量系统。它的测长精确度可达3微米/1000毫米，测角精度可达1″/360°。 分类 按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。 增量式 增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。 绝对式
译码器、编码器及其应用 一、实验目的 (1) 掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法； (2) 熟悉掌握集成译码器和编码器的应用； (3) 掌握集成译码器的扩展方法。 二、实验设备 数字电路实验箱，74LS20，74LS138。 三、实验内容 (1) 74LS138译码器逻辑功能的测试。将74LS138输出??接数字实验箱LED 管，地址输入接实验箱开关，使能端接固定电平（或GND）。电路图如Figure 1所示： Figure 2 ??????????????时，任意拨动开关，观察LED显示状态，记录观察结果。 ??????????????时，按二进制顺序拨动开关，观察LED显示状态，并与功能表对照，记录观察结果。 用Multisim进行仿真，电路如Figure 3所示。将结果与上面实验结果对照。
Figure 4 (2) 利用3-8译码器74LS138和与非门74LS20实现函数： ?? 四输入与非门74LS20的管脚图如下： 对函数表达式进行化简： ?? ?? A ? ??????????? ???? 按Figure 5所示的电路连接。并用Multisim进行仿真，将结果对比。 Figure 6
(3) 用两片74LS138组成4-16线译码器。 因为要用两片3-8实现4-16译码器，输出端子数目刚好够用。 而输入端只有 A、、三个，故要另用使能端进行片选使两片138译码器 进行分时工作。而实验台上的小灯泡不够用，故只用一个灯泡，而用连接灯泡的导线测试?，在各端子上移动即可。在multisim中仿真电路连接如Figure 7所示（实验台上的电路没有接下面的两个8灯LED）： Figure 8 四、实验结果 (1) 74LS138译码器逻辑功能的测试。 当输入 A时，应该是输出低电平，故应该第一个小灯亮。实际用实验台测试时，LE0灯显示如Figure 9所示。当输入 A时，应该是输出低电平，故理论上应该第二个小灯亮。实际用实验台测试时，LE0灯显示如Figure 6所示。 Figure 10
光电编码器的特性及应用 2009-04-09 15:31 1.光电编码器的工作原理 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感 器， 光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动 机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电 动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90o的两路脉冲信号。 根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。 1.1增量式编码器 增 量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相； A、B两组脉冲相位差90o，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于 基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信 息。 1.2绝对式编码器 绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透 光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏 元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形
成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。 绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛 莱码）方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对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。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是： 1.2.1可以直接读出角度坐标的绝对值； 1.2.2没有累积误差； 1.2.3电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。 1.3混合式绝对值编码器 混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。 光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理 转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。 2. 光电编码器的应用电路 2.1 EPC－755A光电编码器的应用 EPC－755A 光电编码器具备良好的使用性能，在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强，并具有稳定可靠的输出脉冲信号，且该脉冲信号经计数后可得到被测量的数字信号。因 此，我们在研制汽车驾驶模拟器时，对方向盘旋转角度的测量选用EPC－755A光电编码器作为传感器，其输出电路选用集电极开路型，输出分辨率选用360 个脉冲/圈，考虑到汽车方向盘转动是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。图2给出了光电编码器实际使用的鉴 相与双向计数电路，鉴相电路用1个D触发器和2个与非门组成，计数电路用3片74LS193组成。
实验六编码器、译码器及应用电路设计 一、实验目的： 1、掌握中规模集成编码器、译码器的逻辑功能测试和使用方法； 1、学会编码器、译码器应用电路设计的方法； 3、熟悉译码显示电路的工作原理。 二、实验原理： 编码是用文字、符号或者数字表示特定对象的过程，在数字电路中是用二进制数进行编码的，相应的二进制数叫二进制代码。编码器就是实现编码操作的电路。本实验使用的是优先编码器74LS147，当输入端有两个或两个以上为低电平时，将对输入信号级别相对高的优先编码，其引脚排列如图6—1所示。 图6—1 74LS147引脚排列图图6—2 74LS138引脚排列图译码是编码的逆过程，是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。 译码器按照功能的不同，一般分为三类： 1、变量译码器（二进制译码器）：用以表示输入变量的状态，如2—4线、3—8线、4—16线译码器。以3—8线译码器74LS138为例介绍： 图6—2为74LS138的引脚图，其中，A2A1A0为地址输入端，为译码器输出端，为使能端（只有当时，才能进行译码）。 图6—3 74LS42引脚排列图图6—5为CC4511引脚排列图 2、码制变换译码器：用于同一个数据的不同代码之间的相互变换。这种译码器的代表是4—10线译码器，它的功能是将8421BCD码译为十个对象，如74LS42等。它的原理与 74LS138译码器类同，只不过它有四个输入端，十个输出端。4位输入代码共有0000—1111
目录 1设计目的与要求 (1) 1.1 设计的目的 (1) 1.2 设计要求 (1) 2 VHDL的简单介绍 (2) 2.1 VHDL的简介 (2) 2.2 VHDL的特点 (2) 2.3 VHDL的优势 (3) 2.4 VHDL的设计步骤 (4) 3 EDA的简单介绍 (5) 3.1 EDA的简介 (5) 3.2 EDA设计方法与技巧 (5) 4 设计过程 (7) 4.1编码器的原理 (7) 4.2译码器的原理 (7) 4.3课程设计中各部分的设计 (7) 5 仿真 (10) 5.1八-三优先编码器仿真及分析 (10) 5.2三-八译码器仿真及分析 (11) 5.3二-四译码器仿真及分析 (14) 心得体会 (13) 参考文献 (16) 附录 (17)
摘要 随着社会的发展，科学技术也在不断的进步。计算机从先前的采用半导体技术实现的计算器到现在广泛应用的采用高集成度芯片实现的多功能计算器。计算机电路是计算机的重要组成部分，了解计算机电路的知识是促进计算机的发展的先决条件。而编码器和译码器是计算机电路中的基本器件，对它们的了解可以为以后的进一步深化研究打下一个良好的基础。本设计主要介绍的是一个基于超高速硬件描述语言VHDL对计算机电路中编码器和译码器进行编程实现。 关键字：计算机编码器译码器
编码器和译码器的设计 1 设计目的与要求 随着社会的进一步发展，我们的生活各个地方都需要计算机的参与，有了计算机，我们的生活有了很大的便利，很多事情都不需要我们人为的参与了，只需要通过计算机就可以实现自动控制。由此，计算机对我们的社会对我们每个人都是很重要的。所以我们要了解计算机得组成，内部各种硬件，只有了解了计算机基本器件已经相应的软件，才能促进社会的发展。编码器和译码器的设计是计算机的一些很基础的知识，通过本次对于编码器和译码器的设计，可以让我知道究竟这种设计是如何实现的，这种设计对我们的生活有什么帮助，这种设计可以用到我们生活的哪些方面，对我们的各种生活有什么重大的意义。 1.1 设计的目的 本次设计的目的是通过简单的编码器和译码器的设计掌握基本的计算机的一些有关的知识，通过查资料已经自己的动手设计去掌握EDA技术的基本原理已经设计方法，并掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想。以计算机组成原理为指导，通过将理论知识，各种原理方法与实际结合起来，切实的亲手设计，才能掌握这些非常有用的知识。通过对编码器和译码器的设计，巩固和综合运用所学知识，提高IC设计能力，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。也能通过这种自主设计，增强自己的动手能力，将理论知识切实应用的能力，这对我们将来的发展是很有帮助的。 1.2 设计要求 根据计算机组成原理中组合逻辑电路设计的原理，利用VHDL设计计算机电路中编码器和译码器的各个模块，并使用EDA 工具对各模块进行仿真验证和分析。编码器由八-三优先编码器作为实例代表，而译码器则包含三-八译码器和二-四译码器两个实例
编码器 编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者称为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“１”还是“０”；非接触式的接受敏感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 和绝对式两类。增量式编码器是将位 移转换成周期性的电信号，再把这个 电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个 数表示位移的大小。绝对式编码器的 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，而与测量的中间过程无 关。 从接近开关、光电开关到旋转编码器DEEGS编码器DG38S 工业控制中的定位，接近开关、光电开关的应用已经相当成熟了，而且很好用。可是，随着工控的不断发展，又有了新的要求，这样，选用旋转编码器的应用优点就突出了： 信息化：除了定位，控制室还可知道其具体位置； 柔性化：定位可以在控制室柔性调整； 现场安装的方便和安全、长寿：拳头大小的一个旋转编码器，可以测量从几个μ到几十几百米的距离，n个工位，只要解决一个旋转编码器的安全安装问题，可以避免诸多接近开关、光电开关在现场机械安装麻烦，容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。由于是光电码盘，无机械损耗，只要安装位置准确，其使用寿命往往很长。 多功能化：除了定位，还可以远传当前位置，换算运动速度，对于变频器，步进电机等的应用尤为重要。 经济化：对于多个控制工位，只需一个旋转编码器的成本，以及更主要的安装、维护、损耗成本降低，使用寿命增长，其经济化逐渐突显出来。 如上所述优点，旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。 从增量式编码器到绝对式编码器
实验二编码器和译码器的应用 一．实验目的： 1.学会正确使用中规模集成组合逻辑电路。掌握编码器、译码器、BCD七段 译码器、数码显示器的工作原理和使用方法。 2.掌握译码器及其应用, 学会测试其逻辑功能。 二．实验仪器及器件： 1. TPE—D6Ⅲ型数字电路实验箱 1台 2.数字万用表 1块 3.器件：74LS20 二4输入与非门 1片 74LS04 六反相器 1片 74LS147 10线—4线优先编码器 1片 74LS138 3线—8线译码器 1片 74LS139 双2线—4线译码器 1片 74LS47 七段显示译码器 1片 三．实验预习： 1.复习编码器、译码器、BCD七段译码器、数码显示器的工作原理。 2.熟悉编码器74LS147及译码器74LS138、74LS139各引脚功能和使用方法， 列出74LS138、74LS139的真值表，画出所要求的具体实验线路图。四．实验原理： 在数字系统中，常常需要将某一信息变换为特定的代码,有时又需要在一定的条件下将代码翻译出来作为控制信号，这分别由编码器和译码器来实现。 1.编码：用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息的过 程。编码器：实现编码功能的电路。 编码器功能：从m个输入中选中一个,编成一组n位二进制代码并行输出。 编码器特点：(1)多输入、多输出组合逻辑电路。 (2)在任何时候m个输入中只有一个输入端有效（高电平或 低电平）对应有一组二进制代码输出。 编码器分类：二进制、二─十进制、优先编码器。2.译码：是编码的反过程，是将给定的二进制代码翻译成编码时赋予的原意。 译码器：实现译码功能的电路。译码器特点：(1)多输入、多输出组合逻辑电路。 (2)输入是以n位二进制代码形式出现，输出是与之对应的 电位信息。
我用的是三菱PLC的FX2N，这里有A、B、Z相的HK38系列的增量式旋转编码器，将PLC 的X0,X1，X2分别接编码器的A相和B相及Z相，用PLC的双相计数器C252计数，虽然我知道A相超过B相90°为顺时针转，滞后就逆时针转，但不知道如何具体编程，我的目的是达到测旋转轴的角度，从-135°~-30°~-10°~10°~+30°~-135°，正反转旋转 多谢各位，我改了一下，但仍旧没找到问题原因，但测试中发现，接X2和X5都能使C252复位，尽管手册上说只有X2复位，但由于以上提到的Z相接入任何一个输入端都使之ON，所以我就避开了接X2和X5端子，改接其他的端子，比如X3，这并不是因为它是高速输入端的一种才选，其他端也一样，因此我采用了软件复位，也没办法了，效果倒是达到了想要的，
DHSZ D200 K8 C235 M8130 HSZ是高速区间比较指令，前面加D是32位的。运作如下： D200 > C235 M8130 ON D200<=C235>=k8 M8131 ON D200 < C235 M8132 ON
将旋转编码器的A相或B相的输出信号连接至X0~X5，（使用不同的计数器，接不同的输入点）然后用高速计数器对编码器的脉冲信号进行计数。以C235为例，只进行加计数，脉冲编码器的A相或B相需要接入PLC的X0，当设备带动编码器旋转，则X0就有信号输入，C235就会进行计数。使用很简单。 需求一段三菱PLC+旋转编码器+变频器实行多段距离控制，例如：上升总距离为50cm，0-15cm 实行20hz运行、16-25 cm 实行35HZ运行、26-35cm实行40HZ 运行、36-46cm实行20HZ 运行、47-50cm实行10HZ运行；下降反之！ 程序中的数字，是按每厘米100个脉冲设计的，在实际中还要经过计算。
编码器的分类、特点及其应用详解 编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式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，而与测量的中间过程无关。 根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式，根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。 1.1 增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z 相；A、B两组脉冲相位差90度，从而可方便的判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。 1.2 绝对式编码器绝对式编码器是直接输出数字的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码盘，每条道上有透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区树木是双倍关系，码盘上的码道数是它的二进制数码的位数，在吗盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件，当吗盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读书一个固定的与位置相对应的数字码。显然，吗道必须N条吗道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。 1.3 混合式绝对编码器混合式绝对编码器，它输出两组信息，一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。 二、光电编码器的应用增量型编码器与绝对型编码器区别 1、角度测量
编码器和译码器 07级23系 马运聪PB07210249 肖阳辉 实验目的： 1掌握编码器、译码器的逻辑功能和分析方法、设计方法。 2熟悉中规模集成电路编码器、译码器的电路结构和功能工作原理。 实验原理： 1优先编码器 输入输出均以低频信号为有效信号。 功能表如下： 输入 输出 S I'0 I'1 I'2 I'3 I'4 I'5 I'6 I'7 Y'2 Y'1 Y'0 Y's Y'ex 1 X X X X X X X X 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 X X X X X X X 0 0 0 0 1 0 0 X X X X X X 0 1 0 0 1 1 0 0 X X X X X 0 1 1 0 1 0 1 0 0 X X X X 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 X X X 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 X X 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 X 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 扩展端： 1=S 编码器工作，0=S 编码器关闭。 1''==EX S Y Y 编码器关闭。 1',0'==EX S Y Y 编码器工作，没有有效输入信号。 0',1'==EX S Y Y 编码器工作，有有效输入信号。
2译码器 输入高电平有效，输出低电平有效真值表如下： 序号 输入输出 A3 A2 A1 A0 Y'0 Y'1 Y'2 Y'3 Y'4 Y'5 Y'6 Y'7 Y'8 Y'9 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 3 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 4 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 5 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 9 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 伪码1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
实验四编码器及其应用 一、实验目的 1、加深理解编码器的逻辑功能。 2、掌握EWB中的数字集成电路的使用方法。 3、练习虚拟数字仪器的使用。 4、练习EWB中的指示元件的使用。 二、实验内容 1、 8线—3线二进制编码器功能测试 (1) 表4.6.3是8线—3线二进制编码器的真值表，根据此真值表写出各输出逻辑函数的表达式，在EWB的电路设计区创建用“或门”实现的逻辑图。 表4.6.3 8线—3线二进制编码器真值表 (2) 从仪器库中选择字信号发生器，将图标下沿的输出端口连接到电路的输入端，打开面板，按照真值表中输入的要求，编辑字信号并进行其它参数的设置。 （3）从仪器库中选择逻辑分析仪，将图标左边的输入端口连接到电路的输出端，打开面板，进行必要合理的设置。 （4）从指示元件库中选择彩色指示灯，接至电路输出端。 （5）单击字信号发生器“Step”（单步）输出方式，记录彩色指示灯的状态（亮代表“1”，暗代表“0”）。记录逻辑分析仪所示波形与真值表比较。 2、集成编码器74LS147的功能测试及应用 （1）输入端0---7分别加低电平以及均为低电平或高电平时，观察并记录输出端A、B、C、D的逻辑状态，功能表格自拟。
（2）74147优先编码器的应用 74147优先编码器、74LS248显示译码及七段字型显示器组成的优先编码器译码器实验电路如下图所示。当输入端1—9分别为低电平以及均为低电平或高电平时，观察显示器的数字。 三、实验报告 1、整理8线—3线二进制编码器的测试结果，说明电路的功能。 2、画出用74LS148构成的呼叫系统的电路图，说明设计原理。 3、回答思考题。 四、思考题 1、 74LS148优先编码器的优先权是如何设置的，结合真值表分析其逻辑关系。 2、译码数码管的管脚有四个，74SL148的输出代码仅有三位，多余的管脚
学生实验报告 学院： 课程名称：数字电路实验与设计 专业班级： 姓名： 学号：
学生实验报告(一) 一、实验综述 1. 实验目的： （1）了解编码器、译码器和数码管的管脚排列和管脚功能。 （2）掌握编码器、译码器和数码管的性能和使用方法。 2. 实验所用仪器及元器件： （1）示波器、信号源、万用表、数字实验箱和电脑。 （2）集成电路TTL74LS147、TTL74LS148、TTL74LS47、TTL74LS04、电阻和电位器等。3. 实验原理： （1） 10- 4线优先编码器74HC147 74HC147外引线排列如图1所示，逻辑符号如图2所示。 图1 74HC147外引脚排列图图2 74HC147逻辑符号如图74HC147有9路输入信号，4位BCD码输出，因输出端带圈，所以输入输出均为低电平有效。他将0—9十个十进制数编成4位BCD码，可把输入端的9路输入信号和隐含的不变信号按优先级进行编码，且优先级别高的排斥级别低的。当输入端都无效时，隐含着对0路信号进行编码（输出采用反码输出）。74HC147的功能见表1。 表1 10- 4线优先编码器74HC147
（2） 8-3线优先编码器74LS148 74LS148是8-3线优先编码器逻辑符号如图3，外引线排列如图4所示。共有8个输入信号，且输入低电平有效。三位代码输出端（反码输出）。 图3 逻辑符号如图图4外引线排列图 Y为优先扩展输出端。74LS148功能见表2。 其中，ST为选通输入端，YS为选通输出端，EX 表2 74LS148功能表 （3） 3-8线二进制译码器74LS138 74LS138是3-8线二进制译码器，其逻辑符号如图5，外引线排列如图6所示。
第八讲 编码器和译码器 一、编码器 编码是用代码表示特定对象的过程。编码器是实现编码的逻辑电路。二进制编码的原则是用n 位二进制代码可以表示2n 个信号,对N 个信号编码时，应由2n ≥N 来确定编码位数n 。 1. 二进制编码器：用n 位二进制代码对2n 个信号进行编码的电路。 8-3编码器电路（3位二进制编码器）：8个输入信号互斥。当I 1~I 7输入为0时，输出就是I 0的编码。I 0未画出。 输入信号为高电平有效（有效：表示有编码请求），输出代码编为原码（对应自然二进制数）。 2. 二—十进制编码器：将0~9十个十进制数转换为二进制代码的电路。 I 9 I 8 I 7I 6I 5I 4 I 3I 2 I 1 I 0Y Y Y Y (a) 由或门构成 9 8 765432 1 I 0 (b) 由与非门构成 Y Y Y Y
当编码器某一输入信号为1且其它输入信号为0时,有一组数码输出。如I 7=1时，Y 3Y 2Y 1Y 0=0111。输出数码各位的权从高位到低位分别为8、4、2、1，因此是一个8421BCD 码编码器。从编码表可以看出，该编码器输入信号I 0~I 9也是互斥的。 3. 优先编码器 从功能表看出，输入输出的有效信号都是0。在输入中，下标越大，优先级越高。 控制输入端（选通输入端）ST=0时，编码器工作。ST=1时，输出均为1，不进行编码。Ys 为选通输出端。当控制输入端ST=0，但无有效信号输入时，Ys=0。Y EX 为扩展输出端。当ST=0，且有信号输入时，Y EX 才为0，否则为1。 ※ 集成3位二进制优先编码器74LS148 ※ 集成3位二进制优先编码器74LS148的级联 V Y Y I I I I Y 45 6 7 2 1 7 6 5 4 3 2 1 0(a) 引脚排列图(b) 逻辑功能示意图 允许同时输入几个编码信号，而电路只对其中优先级别最高的信号进行编码。右图为8-3优先编码器74LS148的逻辑图。
西门子驱动编码器介绍
Encoders introduction and connection with Siemens drive
Getting started Edition (08-4)
目 录 西门子驱动编码器介绍 .................................................................................................................. 1 一 编码器介绍 ................................................................................................................................ 3 光学式编码器 ...................................................................................................................... 3 磁式编码器.......................................................................................................................... 3 感应式编码器 ...................................................................................................................... 4 电容式编码器 ...................................................................................................................... 4 二 标准传动编码器的连接及设置 ................................................................................................... 8 三 工程型变频器编码器的连接及设置.......................................................................................... 12 四 运动控制产品编码器介绍 CUMC与编码器的连接： ......................................................................................................... 19 SINAMICS S120 ...................................................................................................................... 20
1 编码器介绍
1.1 根据检测原理，编码器可以分为光学式、磁式、感应式和电容式等。 光学式编码器 光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何 位移量转换成脉冲或数字量的传感器，分为直线编码器与旋转编码器。在设备运行过程中， 光栅盘与电机同轴或按一定转速比进行旋转，经过二极管等电子元件组成的检测装置检测输 出若干脉冲信号，并通过计数器等脉冲接收电路来获取电机当前的位置与转速。光电编码器 是目前市场上应用最为广泛的编码器。
图1 磁式编码器 如图 2 所示，磁式编码器拥有一个由金属材料制作的齿轮，同时有永磁材料与敏感元件组 成的磁场接收器，当齿轮旋转时，金属齿轮会影响接收器发出的磁通，引起磁通强弱变化， 变化的磁通经过敏感元件后被转换成为相应的数字或脉冲信号。