轴角编码器（位移编码器）的基本原理和译码方法
◆ 轴角编码器的原理
轴角编码器是一种价格低廉、应用广泛、牢固可靠、使用方便、及检测与模数转
换为一体的传感器，广泛应用于各种角位移和直线位移的检测场合。有许多其他的物
理量，也可以通过模拟—模拟的转换，变为有空间特性的角位移或直线位移来进行检
测。轴角编码器从原理上讲，是在某种介质的表面上，利用某种物理的或化学的方法，
制作不同的图形，利用不同角度或不同区间的不同信息读出，（可以是接触式的、光
电式的、电容式的或电感式的等）实现位移的检测。
目前在测量和控制领域多使用接触式的和光电式的编码器。
接触式轴角编码器是应用平面印制工艺在绝缘衬板上制作导电图形，利用接触电
刷在不同角度时接触到的不同导电部位，反映出不同的读出信息。通常在安装检测时，
接触电刷是固定的，而编码盘是随引出轴旋转的。
光电式轴角编码器是应用机械的或化学腐蚀的方法制作带有编码图形的透光或
反光圆盘，利用光的透射或折射原理，使用光电器件捡拾通过编码盘透射或反射的入
射光信号来读出信息的。如果读出的信息组合成的数字序列符合某种数制的规律，那
么就可以进行数字化的角位移或线位移的测量。
编码器种类繁多，编码方式也五花八门，根据不同的使用场合和对象，可以设计
各种各样的码型。这些不同类型的码型，可以通过相应的译码控制电路，读出数字来。
图（一）所示为一个接触式三位二进制码盘，阴影部分为导电镀层，上面的小方块相
当于接触电刷位置。当最内圈通环通过电刷注入电压时，可在其余电刷上获得一组信
息，若导电区为“1”信息，则图中所示电刷位置，即可获得“001”（从里向外）这
个数字。通常码盘的导电镀层采用耐磨性强，接触导电电阻小，抗腐蚀性强的贵金属
如铑，而电刷采用铂铱合金材料。图（二）所示为一个四位二进制格雷码透光式光电
编码盘和其组成编码器时相应结构的侧视图。可以看到，当采用自上而下的线光源照
射时，编码盘无论转到什么位置，在码盘另一侧的光电管都可以接收到相应的数字编
码。
电刷点
图（一）接触式三位二进制码盘
101
110
100
111
000 001
011
010
0001
0101
图（二）四位二进制格雷码光电式码盘和结构
1110
1100
1101
1111
0100
1010
1000
1011
1001
0000
旋转轴
0110
0111
光盘
0010
0011
光敏器件线形光源
◆ 译码方法
★ 循环码—二进制码。其规律为：
Cn = Rn
Cn-1 = Rn Rn-1
Cn-2 = Rn Rn-1 Rn-2
……
Co = Rn Rn-1 Rn-2 …R2 R1
一般表达式为
Cs = Rn Rn-1 …Rs+1 Rs
或 Cs = Cs+1 Rs
其中 n 为总位数，s 表示某一位（s = 0，1，2…n）
根据表达式不难得出逻辑电路形式如图（三）
★ 变位循环码的译码
变位循环码的低位盘就是标准的循环码，其译码方法前已述及。关键在于
高位盘的译码，只要将低位盘和高位盘分别译码然后相连接，就构成了整个数组。
高位盘的变位循环码是由高位盘的所有码道和低位盘的最高位码道共同组成。高
位盘本身的编码实际上也是标准的循环码。
如果要得到m 位的高位二进制数值，根据编码原理，高位盘应由m+1 位二
进制循环码组成，它和低位盘的最高位Ln 共同组成变位循环码。从编码表中可
以看出，要想得到输出为正确的二进制码Hm，其真值与高位盘的m+1 位二进制
码（Hm+1）的奇偶性有关，也和低位盘的Ln 的值有关。当Hm+1 为奇数（二
进制码的最低位为“1”）时，其真值（m 位二进制）为Hm÷2（或右移一位，
舍去最低位）且与Ln 无关；当Hm+1 为偶数（二进制码的最低位为“0”）时，
其真值（m 位二进制）为Hm÷2-Ln（或右移一位，舍去最低位，再减去Ln）。
更简单地，也可以理解为将高位盘的二进制真值Hm+1，直接减去Ln 的值，然
后除以2（右移一位，舍去最低位），得到Hm 的值。硬件译码电路如图（四）。
河海科技485 口通信协议MOD_HH
河海科技设备的485 口通信协议MOD_HH 采用Modbus 通信协议(RTU 方式)。
河海设备作为从机。
数据字节格式：
起始位 数据位 （无奇偶校验位） 停止位
1 8 1
波特率：9600
功能码03：
利用Modbus 通信协议的03 功能码，读取传感器或显示器的数值（1 个数值）。
主机的命令格式是从机地址、功能码、起始地址、字节数及CRC 码。
从机响应的命令格式是从机地址、功能码、数据区及CRC 码。数据区的数据
是二进制码，二个字节，高位在前。
CRC 码都是二个字节，低位在前。
信息帧格式举例：
主机呼：
01 03 00 00 00 01 84 0A
站号 功能码 起始地址 读取点数 CRC 校验码
低 高
从机答：
01 03 02 XX XX XX XX
站号 功能码 读单元字节 数据 CRC 校验码
高(二进制)低
上面01,03,02,XX 等均为一个字节。数据为两个字节，高位字节在前。每
帧的开头和结尾至少有3.5 个字节时间的间隔。用户在为主机编程时，除了站号
（地址）和CRC 校验码之外，其它字节的字符均采用上面的内容不变。主机格式
中的读取点数可以为01 也可以为02（02 是为了兼容某些协议）。从机回答帧中
的功能码（03）和读单元字节数（02）不变。CRC 的检验内容包括从地址到CRC
校验码之前的全部内容。