正交编码正交编码器增量式编码器

1.何谓正交编码
正交编码：quadrature encoding
正交编码是一种典型通信编码技术，具有良好的抗噪性能，能有效消除脉冲边缘振荡造成的干扰，在通信编码时能有效提高准确性。
在数字通信中，正交编码与伪随机序列都是十分重要的技术。
正交编码不仅可以用作纠错编码，还可用来实现码分多址通信。
伪随机序列在误码率测量、时延测量、扩频通信、通信加密及分离多径等方面有十分广泛的应用。

另外一种定义：
两个周期为T的波形s1(t)，s2(t)在一个周期内积分为零，则他们是正交的，如果是离散域，则对他们采样值的累加和为零即s1(m)*s2(m)的累加和为零
对应到电机或者旋转编码器的波形来看，就是这样子：

而编码器的A相、B相、Z相信号中，A、B两个通道的信号一般是正交（即互差90°）脉冲信号；而Z相是零脉冲信号。详细来说，就是一般编码器输出信号除A、B两相（A、B两通道的信号序列(360度)相位差为90度）外，每转一圈还输出一个零位脉冲Z。
当主轴顺时针旋转时，输出脉冲A通道信号位于B通道之前；
当主轴逆时针旋转时，输出脉冲A通道信号位于B通道之后。
从而由此判断主轴是正转还是反转。
另外，编码器每旋转一周发一个脉冲，称之为零位脉冲或标识脉冲（即Z相信号），零位脉冲用于决定零位置或标识位置。要准确测量零位脉冲，不论旋转方向，零位脉冲均被作为两个通道的高位组合输出。由于通道之间的相位差的存在，零位脉冲仅为脉冲长度的一半。
A,B信号通常称为通道A和通道B
这类编码器也叫ABZ编码器，输出信号有差分方式输出的，有A+，A-，B+，B-，Z+，Z-三组信号。

几种常见的编码器：
2.增量式编码器Incremental Encoder
与之对应的叫IQ decoder：增量式编码器解码器

正交编码器（又名双通道增量式编码器），用于将线性移位转换为脉冲信号。通过监控脉冲的数目和两个信号的相对相位，用户可以跟踪旋转位置、旋转方向和速度。另外，第三个通道称为索引信号，可用于对位置计数器进行复位，从而确定绝对位置。
增量型编码器通过内部两个光敏接受管将编码器的转向转化为A相和B相脉冲的时序和相位关系。编码器每转还输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

如图1所示，A、B 两点对应两个光敏接受管，A、B 两点间距为 S2，编码器的光栅间距分别为S0 和S1。S2等于A，B的1/4周期。
当编码器以某个速度匀速转动时，输出波形中的S0:S1:S2 比值与实际编码器的S0:S1:S2相同。如果编码器做变速运动，可以把它看成为多个运动周期的组合，那么每个运动周期输出波形的S0:S1:S2 比值与实际编码器的S0:S1:S2仍相同。
通过输出波形可知每个运动周期的时序为:

我们把当前的A，B 输出值保存下来，与下一个A，B 输出值做比较，就可以得出编码器的运动方向。用编码器运动角位移除以所消耗的时间，就得到编码器运动的角速度。
如果S0=S1，且S2=S0/2，1/4个运动周期就可以得到运动方向和位移角度，否则要1个运动周期才可以得到运动方向和位移角度。
综上可知，可以通过判断A相和B相的相位关系来判断编码器的正反转，通过Z相脉冲获得零位参考位
分辨率：编码器每转提供的通或暗的刻线数叫分辨率，也称解析分度或直接称多少线。一般每转分度5~10000线。
信号输出：信号输出形式有正弦波（电流或电压）、方波（TTL/HTL）等多种。其中TTL方波的形式为长线差分信号（对称A+、A-；B+、B-；Z+、Z-）。
信号连接：编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机。形式有单相连接（用于单方向测速、计数）；AB两相连接（用于双向测速、计数及判断方向）；ABZ三相连接（用于带参考位修正的位置测量）；差分连接（用于远距离传输）
编码器具有如下特点：
1 能做到高精度
2 抗磁干扰性能好，不怕周围恶劣的磁场环境
3 响应速度快
4 方便确认转盘位置
5 容易辨认转盘转动方向
3.绝对值编码器

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；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。
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，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。
线数：
　　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。如果一个编码器是512线，说明这个编码器转一圈对应的信号线会输出500个脉冲。这个还是比较有用的，我们如果要得到转动角度：脉冲计数/512。
不同接法:
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。
它的特点是
（1）可以直接读出角度坐标的绝对值。
（2）抗干扰特性强、数据的可靠性大大提高，没有累积误差。
（3）分辨率是由二进制的位数决定的。
（4）不受停电、干扰的影响，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。

4.MCU中实现的decoder
现在比较多的MCU都包含了编码器的解码接口，简单来说就是一组定时器，配合一些寄存器单元，来实现输入脉冲计数和方向识别，高级的还带有jitter去除功能。以STM32F4系列为例：

5.旋转编码器在便携式设备的应用
如下面图示的机械编码器，在蓝牙手表等便携式设备有广泛的应用，输出信号的方式和前面介绍的基本一致。

还有一种磁编码器应用也非常广泛，与机械编码器最大的不同就是抗干扰能力强，可以用不同的输出接口方式输出编码信号。

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