Инкрементальные энкодеры

Общая информация

Инкрементальные энкодеры

Инкрементальный (инкрементный) энкодер (Incremental Encoder (eng.)) - это импульсный датчик расчета количества импульсов от начальной метки за один оборот вращения диска для определения углового положения вала энкодера.
Данный тип энкодеров формирует последовательный импульсный цифровой код, который представляет собой информацию угла поворота вала.

Энкодер (Encoder)

Назначение инкрементального энкодера
Главная задача инкрементального энкодера - это расчет единичных импульсов за один цикл. Один цикл равен - одному обороту диска энкодера.

Принцип работы инкрементального энкодера
Импульсы формируются при помощи световых прерываний при вращении диска с отверстиями или метками (рисками). Отсчет одного оборота в инкрементальном энкодере определяется наличием стартовых меток (или так называемых референтных меток).

Диск инкрементального энкодера

Основные метки (риски), а также референтные метки, нанесены на хорошо отцентрованный, свободно-вращающийся диск внутри энкодера. Положение стартовых меток определяется первостепенно после включения в режим работы энкодера.
Разрешение инкрементальных энкодеров измеряется в импульсах за оборот (сокращенно: имп./об.) (Pulses Per Revolution - PPR (англ.)).

В состоянии остановки (без вращения вала) инкрементального энкодера, на выходе формируется логическая единица - "1". В начале вращения инкрементального энкодера в любую сторону, к земле подключается один вывод, а затем, к земле подключается - другой вывод, формируя, таким образом, логический ноль - "0".
Далее, при вращении вала инкрементного энкодера, данные выходы отключаются от земли поочередно, после чего, на выходах снова формируется логическая единица - "1". Цикл повторяется пока вал инкрементального энкодера не перестанет вращаться. Описанным методом, формируется последовательность нулей и единиц в инкрементальном энкодере.

Определение направления вращения вала инкрементального энкодера осуществляется в зависимости от того, какой именно из выходов первый подключился к земле. Подсчет полных циклов работы в инкрементальном энкодере, осуществляется при помощи подсчета общего количества сигналов вращения диска энкодера за определенное время, задаваемое встроенным таймером.

Цифровые значения сигналов в инкрементальном энкодере

У инкрементального энкодера цифровые значения сигналов образуют четыре логических состояния:
а) Единица и единица (две единицы): "1" и "1"
б) Ноль и единица: "0" и "1"
в) Ноль и ноль (два нуля): "0" и "0"
г) Единица и ноль: "1" и "0"

Данные логические состояния повторяются (изменяются) строго циклично во время вращения вала.
Состояние с двумя логическими единицами ("1" и "1") является режимом формирования сигнала, количество которых, в итоге учитывает счетчик энкодероа.
Три остальных состояния (состояние: "0" и "1", состояние: "0" и "0", и состояние: "1" и "0"), которые не равны единицам, являются промежуточными значениями, в них инкрементальный энкодер имеет неопределенные значения. Вал энкодера, при этом, поворачиваться на относительно большие угловые положения: на одно состояние формирования сигнала ("1" и "1"), приходится 3 неопределенных состояния, формируемые логическими значениями ("0" и "1"; "0" и "0"; "1" и "0"). То есть получается соотношение 1:3. Для формирования одного сигнала, вал энкодера, должен повернуться на трех-кратно большее угловое положение, чтобы сформировать последующий сигнал. Поэтому разрешение инкрементального энкодера относительно невысоко, в силу данной принципиальной особенности инкрементального энкодера.

В современных моделях микроконтроллеров инкрементальных энкодеров реализована функция расчета углового положения (поворота) вала энкодера с помощью таймера, у которого имеются отдельные входы.
Таймер энкодера отсчитывает на аппаратном уровне (функция встроена в микросхему на плате энкодера), на сколько сигналов и в какую сторону был повернут диск энкодера, таким образом, энкодер, формирует подсчитанное значение.
Другими словами, счетчик инкрементирует, то есть подсчитывая, складывает числа, прибавляя данные, полученные при подсчете сигналов и значений таймера за один оборот диска - от сюда название: "инкрементальный энкодер" или "инкрементный энкодер".

По изменениям данного числа импульсов можно определить, на какое количество сигналов был повернут вал инкрементального энкодера. По данному количеству сигналов и определяют угол поворота вала, или так называемое: "угловое положение" вала энкодера.