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　　光電編碼器(Optical Encoder)俗稱(chēng)“單鍵飛梭”,其外觀(guān)好像一個(gè)電位器,因其外部有一個(gè)可以左右旋轉(zhuǎn)同時(shí)又可按下的旋鈕,很多設(shè)備(如顯示器、示波器等)用它作為人機(jī)交互接口。

　　光電編碼器是利用光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)位移-數(shù)字變換,通過(guò)光電轉(zhuǎn)換,將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字量的傳感器.
　　常見(jiàn)的光電編碼器由光柵盤(pán),發(fā)光元件和光敏元件組成.光柵實(shí)際上是一個(gè)刻有規(guī)則透光和不透光線(xiàn)條的圓盤(pán),光敏元件接收的光通量隨透光線(xiàn)條同步變化,光敏元件輸出波形經(jīng)整形后,變?yōu)槊}沖信號(hào),沒(méi)轉(zhuǎn)一圈,輸出一個(gè)脈沖.根據(jù)脈沖的變化,可以精確測(cè)量和控制設(shè)備位移量

　　EPC－755A光電編碼器的應(yīng)用
　　EPC－755A光電編碼用具備良好的使用性能,在角度丈量、位移丈量時(shí)抗干擾能力很強(qiáng),并具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號(hào),且該脈沖信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)后可得到被丈量的數(shù)字信號(hào)。因此,我們?cè)谘兄破��?chē)駕駛模擬器時(shí),對(duì)方向盤(pán)旋轉(zhuǎn)角度的丈量選用EPC－755A光電編碼器作為傳感器,其輸出電路選用集電極開(kāi)路型,輸出分辨率選用360個(gè)脈沖/圈,考慮到汽車(chē)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)是雙向的,既可順時(shí)針旋轉(zhuǎn),也可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),需要對(duì)編碼器的輸出信號(hào)鑒相后才能計(jì)數(shù)。圖2給出了光電編碼器實(shí)際使用的鑒相與雙向計(jì)數(shù)電路,鑒相電路用1個(gè)D觸發(fā)器和2個(gè)與非門(mén)組成,計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成。
　　當(dāng)光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),通道A輸出波形超前通道B輸出波形90°,D觸發(fā)器輸出Q(波形W1)為高電平,Q(波形W2)為低電平,上面與非門(mén)打開(kāi),計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)(波形W3),送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193的加脈沖輸進(jìn)端CU,進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；此時(shí),下面與非門(mén)封閉,其輸出為高電平(波形W4)。當(dāng)光電編碼器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),通道A輸出波形比通道B輸出波形延遲90°,D觸發(fā)器輸出Q(波形W1)為低電平,Q(波形W2)為高電平,上面與非門(mén)封閉,其輸出為高電平(波形W3)；此時(shí),下面與非門(mén)打開(kāi),計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)(波形W4),送至雙向計(jì)數(shù)器74LS193的減脈沖輸進(jìn)端CD,進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。
　　汽車(chē)方向盤(pán)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),其最大旋轉(zhuǎn)角度均為兩圈半,選用分辨率為360個(gè)脈沖/圈的編碼器,其最大輸出脈沖數(shù)為900個(gè)；實(shí)際使用的計(jì)數(shù)電路用3片74LS193組成,在系統(tǒng)上電初始化時(shí),先對(duì)其進(jìn)行復(fù)位(CLR信號(hào)),再將其初值設(shè)為800H,即2048(LD信號(hào))；如此,當(dāng)方向盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),計(jì)數(shù)電路的輸出范圍為2048～2948,當(dāng)方向盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),計(jì)數(shù)電路的輸出范圍為2048～1148；計(jì)數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出D0～D11送至數(shù)據(jù)處理電路。
　　實(shí)際使用時(shí),方向盤(pán)頻繁地進(jìn)行順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),由于存在量化誤差,工作較長(zhǎng)一段時(shí)間后,方向盤(pán)回中時(shí)計(jì)數(shù)電路輸出可能不是2048,而是有幾個(gè)字的偏差；為解決這一題目,我們?cè)黾恿艘粋�(gè)方向盤(pán)回中檢測(cè)電路,系統(tǒng)工作后,數(shù)據(jù)處理電路在模擬器處于非操縱狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)檢測(cè)回中檢測(cè)電路,若方向盤(pán)處于回中狀態(tài),而計(jì)數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出不是2048,可對(duì)計(jì)數(shù)電路進(jìn)行復(fù)位,并重新設(shè)置初值。
　　光電編碼器在重力丈量?jī)x中的應(yīng)用
　　采用旋轉(zhuǎn)式光電編碼器,把它的轉(zhuǎn)軸與重力丈量?jī)x中補(bǔ)償旋鈕軸相連。重力丈量?jī)x中補(bǔ)償旋鈕的角位移量轉(zhuǎn)化為某種電信號(hào)量；旋轉(zhuǎn)式光電編碼器分兩種,盡對(duì)編碼器和增量編碼器。
　　增量編碼器是以脈沖形式輸出的傳感器,其碼盤(pán)比盡對(duì)編碼器碼盤(pán)要簡(jiǎn)單得多且分辨率更高。一般只需要三條碼道,這里的碼道實(shí)際上已不具有盡對(duì)編碼器碼道的意義,而是產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖。它的碼盤(pán)的外道和中間道有數(shù)目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區(qū)（光柵）,但是兩道扇區(qū)相互錯(cuò)開(kāi)半個(gè)區(qū)。當(dāng)碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),它的輸出信號(hào)是相位差為90°的A相和B相脈沖信號(hào)以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)（它作為碼盤(pán)的基準(zhǔn)位置,給計(jì)數(shù)系統(tǒng)提供一個(gè)初始的零位信號(hào)）。從A,B兩個(gè)輸出信號(hào)的相位關(guān)系（超前或滯后）可判定旋轉(zhuǎn)的方向。由圖3（a）可見(jiàn),當(dāng)碼盤(pán)正轉(zhuǎn)時(shí),A道脈沖波形比B道超前π/2,而反轉(zhuǎn)時(shí),A道脈沖比B道滯后π/2。圖3（b）是一實(shí)際電路,用A道整形波的下沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的正脈沖與B道整形波相‘與’,當(dāng)碼盤(pán)正轉(zhuǎn)時(shí)只有正向口脈沖輸出,反之,只有逆向口脈沖輸出。因此,增量編碼器是根據(jù)輸出脈沖源和脈沖計(jì)數(shù)來(lái)確定碼盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和相對(duì)角位移量。通常,若編碼器有N個(gè)（碼道）輸出信號(hào),其相位差為π/ N,可計(jì)數(shù)脈沖為2N倍光柵數(shù),現(xiàn)在N=2。圖3電路的缺點(diǎn)是有時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤記脈沖造成誤差,這種情況出現(xiàn)在當(dāng)某一道信號(hào)處于‘高’或‘低’電平狀態(tài),而另一道信號(hào)正處于‘高’和 ‘低’之間的往返變化狀態(tài),此時(shí)碼盤(pán)固然未產(chǎn)生位移,但是會(huì)產(chǎn)生單方向的輸出脈沖。例如,碼盤(pán)發(fā)生抖動(dòng)或手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)在這里,采用了有記憶功能的D型觸發(fā)器和時(shí)鐘發(fā)生電路。由圖4可見(jiàn),每一道有兩個(gè)D觸發(fā)器串接,這樣,在時(shí)鐘脈沖的間隔中,兩個(gè)Q端（如對(duì)應(yīng)B道的74LS175的第2、7引腳）保持前兩個(gè)時(shí)鐘期的輸進(jìn)狀態(tài),若兩者相同,則表示時(shí)鐘間隔中無(wú)變化；否則,可以根據(jù)兩者關(guān)系判定出它的變化方向,從而產(chǎn)生‘正向’或‘反向’輸出脈沖。當(dāng)某道由于振動(dòng)在‘高’、‘低’間往復(fù)變化時(shí),將交替產(chǎn)生‘正向’和‘反向’脈沖,這在對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器取代數(shù)和時(shí)就可消除它們的影響（下面儀器的讀數(shù)也將涉及這點(diǎn)）。由此可見(jiàn),時(shí)鐘發(fā)生器的頻率應(yīng)大于振動(dòng)頻率的可能最大值。由圖4還可看出,在原一個(gè)脈沖信號(hào)的周期內(nèi),得到了四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。例如,原每圈脈沖數(shù)為1000的編碼器可產(chǎn)生4倍頻的脈沖數(shù)是4000個(gè),其分辨率為0.09°。實(shí)際上,目前這類(lèi)傳感器產(chǎn)品都將光敏元件輸出信號(hào)的放大整形等電路與傳感檢測(cè)元件封裝在一起,所以只要加上細(xì)分與計(jì)數(shù)電路就可以組成一個(gè)角位移丈量系統(tǒng)(74159是4-16譯碼器)。