早期的編碼器主要是旋轉變壓器，旋轉變壓器IP值高，能在一些比較惡劣的環境條件下工作，雖然因為對電磁干擾敏感以及解碼復雜等缺點而逐漸退出，但是時至今日，仍然有其特有的價值，比如作為混合動力汽車的速度反饋，幾乎是不可代替的，此外在環境惡劣的鋼鐵行業、水利水電行業，旋轉變壓器因為其防護等級高同樣獲得了廣泛的應用。隨著半導體技術的發展，后來便有霍爾傳感器和光電編碼器，霍爾傳感器精度不高但價格便宜，而且不能耐高溫，只適合用在一些低端場合，光電編碼器正是由于克服了前面兩種編碼器的缺點而產生，它精度高，抗干擾能力強，接口簡單使用方便因而獲得了最廣泛的應用。

多摩川

日本多摩川是編碼器的專業生產廠家，主要生產旋轉變壓器以及增量式、絕對式編碼器。產品廣泛應用在航天軍工、汽車制造、礦山設備、冶金、水利水電、船舶等各行各業。其在中國地區的總代理艾而特工業設備有限公司承擔其產品在中國大陸的銷售、服務、技術咨詢等責任。

下面以旋轉變壓器、增量式編碼器、絕對式編碼器為例逐一進行介紹。

旋轉變壓器

簡稱旋變是一種輸出電壓隨轉子轉角變化的信號元件。當勵磁繞組以一定頻率的交流電壓勵磁時，輸出繞組的電壓幅值與轉子轉角成正余弦函數關系，或保持某一比例關系，或在一定轉角范圍內與轉角成線性關系。

按勵磁方式分，多摩川旋轉變壓器分BRT和BRX兩種，BRT是單相勵磁兩相輸出;BRX是雙相勵磁單相輸出。用戶往往選擇BRT型的旋變，因為它易于解碼。

使用旋變時一般要注意3個參數:傳輸比，勵磁電壓，勵磁頻率。傳輸比是指輸出電壓和輸入電壓的比值，勵磁電壓就是初級繞組的輸入電壓，就多摩川的旋轉變壓器來說，允許勵磁電壓可以從3V-1.2倍額定電壓。

多摩川為自己的旋變開發了專門的解碼芯片AU6802N1，并且艾而特公司有現成的解碼板可供使用，解碼板支持10kHz勵磁頻率，0.5的傳輸比，可以同時提供增量式和絕對式信號輸出，增量式輸出1024C/T，采用長線輸出;絕對式輸出12位/T，輸出采用光電隔離，必要時可以根據客戶需要調整。轉換后的信號和編碼器無異。

增量式編碼器

每轉過一個單位，編碼器就輸出一個脈沖，故稱之為增量式;

多摩川的增量式編碼器輸出信號有長線輸出，開集輸出，電壓輸出，推拉互補輸出四種方式。機械結構上分的話有中空軸和帶軸編碼器，可以滿足各種不同的應用場合。

多摩川編碼器型號眾多，目前主要用在電梯曳引機、門機、伺服馬達、數控設備等行業。

絕對式編碼器

以某一點為參考原點，數據線始終輸出編碼器軸的當前位置偏離原點的距離的數據信息，是稱絕對式編碼器。比如，一款10位BCD碼輸出的編碼器分辨率為360C/T，那么每個單位對應1°，如果軸偏離原點一個單位，也就是處在1°的位置，那么輸出00 0000 0001，如果偏離50°，也就是在50°的位置， 那么輸出就是00 0101 0000。絕對式編碼器總是輸出當前位置信息。由于這樣的特點，絕對式編碼器非常適合應用在跑軌跡的場合。

多摩川絕對式編碼器型號齊全，從輸出信號的編碼方式來分類的話，有BCD碼、GRAY碼和純2進制碼(PB)輸出;從輸出方式來劃分的話并行輸出和串行輸出；從分辨率來劃分的話有從8位到36位不等。用戶可以根據自己的需要進行選擇。

此外絕對式編碼器還有單回轉和多回轉之分，多回轉計圈數而單回轉不計圈數，多摩川絕對式編碼器單回轉最多可以作到20位，多回轉16位。輸出信號采用串行傳送，經專用芯片轉換后變為并行輸出信號，可以直接送給DSP、MCU、FPGA等進行處理。

輸出電路接口

對于分辨率不是很高的絕對式編碼器來講，一般適合采用并行輸出，這樣接口電路簡單，而且通信速率高。采用并行輸出的編碼器輸出回路主要有集電極開路（如圖1所示）和射極跟隨（如圖2示）兩種方式。集電極開路輸出模式用戶端需要加接上拉電阻，如圖1中虛線所示；射極跟隨模式下，則應加下拉電阻，如圖2中虛線所示。

輸出數據線對應從1、2、22…2?的數據位，用戶只需從數據總線直接讀取編碼器數據即可。

并行輸出因為占用的數據線太多只被低分辨率的編碼器采用，而高精度的編碼器多不采用并行輸出，而一般采用串行輸出，以節省輸出線。多摩川提供專用串并行轉換芯片，用戶可依照通信協議對其進行編程，將串行輸出的編碼器數據轉換為并行輸出，用戶從轉換芯片的輸出端讀取編碼器位置數據。

多摩川公司的轉換芯片有AU5561和AU5688兩款，可以支持所有多摩川生產的串行輸出的絕對式編碼器的解碼。

圖3所示是編碼器和AU5561轉換芯片之間的接口電路，串行輸出的絕對式編碼器內部多采用ADM485或類似芯片作為輸出，因此在用戶端的解碼板上需要采用和ADM485兼容的芯片，作為與轉換芯片的中間接口電路。圖4是整個的系統接口電路圖，從圖中可以看出，芯片共可輸出40位，用戶可以根據自己的CPU選擇通訊模式， 16位、32位單片機或DSP模式。用戶可以從用戶數據總線上讀取編碼器數據。該芯片可以作為TS5647、TS5648、TS5667、TS5668、TS5669等型號的絕對式編碼器轉換用。采用該電路，波特率為2.5MB/S。比較適合在高速實時控制場合使用。

圖3

圖4

圖5所示是另一款轉換芯片AU5688轉換芯片的時針電路，R1為1MΩ，C1、C2為10pF，晶振頻率8MHz。

圖5

該型編碼器采用26LS31芯片作為輸出級，因此在用戶端的解碼板上需要采用和26LS31對應的芯片，比如26LS32作為與轉換芯片的中間接口電路。芯片共可輸出16位數據線，低12位是單回轉，高4位是多回轉。 用戶可以從用戶數據總線上讀取編碼器數據。采用該電路，波特率為2.5Mbps。

圖6是TS5643N50等編碼器和轉換芯片之間的接口電路。用戶可以通過自己的CPU等控制器下發請求信號，編碼器的輸出數據通過26LS32送解碼芯片轉換后再經過AU5688轉換為并行輸出的數據，供用戶讀取。

圖6

圖7是TS5643N353等編碼器和轉換芯片之間的接口電路。編碼器信號的進出都經過AU5688芯片，輸出數據都是16位， 12位單回轉，4位多回轉。

圖7

此外， 在通訊協議上，多摩川提供了比較完備的接口協議和用戶通訊，具體內容不在此一一介紹， 有興趣的讀者朋友可以來電索取資料或咨詢。

絕對式編碼器的應用特點

旋轉增量式編碼器轉動時輸出脈沖，通過CPU計數來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數設備的內部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，否則計數設備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有報錯后才能知道。

比如，打印機掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機，我們都能聽到傳動馬達響聲，這就是CPU在找參考零點，然后才工作。

這樣的方法對有些工控項目比較麻煩，甚至不允許開機找零(開機后就要知道準確位置)，于是就有了絕對編碼器的出現。

絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數，什么時候需要知道馬達位置，什么時候就去讀取它的位置， 不需要像增量式編碼器那樣去計算。甚至編碼器帶有備用電池這樣，斷電后編碼器也能記憶斷電前的位置信息，大大的提高了使用絕對式編碼器的安全性和可靠性。

由于絕對編碼器在定位方面明顯地優于增量式編碼器，已經越來越多地應用于工控定位中。其中最主要的就是應用在高精度的數控機床和伺服系統里面。在西方比較發達的國家，運動控制比較側重于軌跡控制，如果采用絕對式編碼器無疑將為控制提供更方便的位置信息。

結語

目前，多摩川已經推出最高達到36位的絕對式編碼器，其中單回轉20位，多回轉16位。最大響應頻率可以達到52MHz。可以真正實現高速高精度實時控制。

此外，在有些大功率的伺服馬達上，由于初始化時用普通增量式編碼器測位置誤差較大，所以適合用絕對值加增量式編碼器找磁極位置角，這樣可以大大的提高其輸出力矩，目前多摩川也已經推出混合式編碼器。其增量式輸出A、B、Z三相，絕對植輸出24位，11單回轉，13位多回轉，能極大的提高伺服馬達初始化時的定位精度。同時對位置控制和速度計算也都極為方便。(e