【6】格雷碼
林慧玲
發(fā)布于2015-01-12 15:04
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標(biāo)簽：三菱連載,PLC
1.2.2、格雷碼
定位控制是自動控制的一個(gè)重要內(nèi)容。如何精確地進(jìn)行位置控制在許多領(lǐng)域里面有著廣泛的引用，例如機(jī)器人運(yùn)動，數(shù)控機(jī)床的加工，醫(yī)療機(jī)械和伺服傳動控制系統(tǒng)等。
編碼器是一種把角位移或者是直線位移轉(zhuǎn)換成電信號（脈沖信號）的裝置。按照其工作原理，可分為增量式和絕對式兩種。增量式編碼器是將位移產(chǎn)生周期性的電信號，再把這個(gè)電信號轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖，用計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)來表示位移的大小，而絕對式編碼器則是用一個(gè)確定的二進(jìn)制碼來表示其位置，其位置和二進(jìn)制碼的關(guān)系是用一個(gè)碼盤來傳送的。
下圖為一個(gè)僅作說明的三位純二進(jìn)制碼的碼盤示意圖
一組固定的光電二極管用于檢測碼盤徑向一列單元的反射光，每個(gè)單元根據(jù)其明暗的不同輸出相對于二進(jìn)制數(shù)1或者0的信號電壓，當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出一系列的三位二進(jìn)制數(shù)，每轉(zhuǎn)一圈，有八個(gè)二進(jìn)制數(shù)從000～111每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)表示轉(zhuǎn)動的確定位置（角位移量）。圖中是以純二進(jìn)制編碼來設(shè)計(jì)碼盤的。但是這種編碼方式在碼盤轉(zhuǎn)至某些邊界時(shí)，編碼器輸出便出現(xiàn)了問題。例如：當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)至001到010邊界時(shí)（如圖所示）這里有兩個(gè)編碼改變，如果碼盤剛好轉(zhuǎn)到理論上的邊界位置，編碼器輸出多少？由于是在邊界，001和010都是可以接受的編碼。然后由于機(jī)械裝配的不完美，左邊的光電二極管在邊界兩邊都是0，不會產(chǎn)生異議，而中間和左邊的光電二極管則可能會是“1”或者“0”假定中間是1左邊也是1，則編碼器就會輸出011，這是與編碼盤所轉(zhuǎn)到的位置010不相同的編碼，同理。輸出也可能是000，這也是一個(gè)錯(cuò)碼。通常在任何邊界只要是一個(gè)以上的數(shù)位發(fā)生變化時(shí)都可能產(chǎn)生此類問題，壞的情況是三位數(shù)位都發(fā)生變化的邊界如000～111邊界和011～100邊界，錯(cuò)碼的機(jī)率極高。因此，純二進(jìn)制編碼是不能作為編碼器的編碼的。
格雷碼解決了這個(gè)問題。下圖為一格雷碼編制的碼盤。
與上面純二進(jìn)制碼相比，格雷碼的特點(diǎn)是：任何相鄰的碼組之間只有一位數(shù)位變化。這就大大的減少了由一個(gè)碼組轉(zhuǎn)換到相鄰碼組時(shí)在邊界上所產(chǎn)生的錯(cuò)碼的可能。因此，格雷碼是一種錯(cuò)誤少的編碼方式，屬于可靠性編碼，而且格雷碼與其所對應(yīng)的角位移量是絕對唯一的，所以采樣格雷碼的編碼器又稱為絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器。這種光電編碼器已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度，長度測量和定位控制中。
格雷碼是無權(quán)碼，每一位碼沒有確定的大小，因此不能直接進(jìn)行比較大小和算術(shù)運(yùn)算，要利用格雷碼進(jìn)行定位，還必須經(jīng)過碼制轉(zhuǎn)換，變成純二進(jìn)制碼，再由上位機(jī)讀取和運(yùn)算。
但是格雷碼的編制還是有規(guī)律的，它的規(guī)律是：后一位的順序?yàn)?1、10、01…，倒數(shù)第二位為0011，1100，0011…，倒數(shù)第三位為00001111，11110000，00001111，……倒數(shù)第四位為0000000011111111，1111111100000000，…..;,等以此類推。
下面是四位編制的格雷碼對照表，
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