1000线、2500线、17位还是23位，深入理解编码器的分辨率和精度

如果是第一次听说这个概念，可能真的不懂。

这跟我在几年前刚接触编码器的过程中，属实不明白老工控人口中的这些简单直白的术语。很正常哈!但是互联网很发达，一查便知！

我们这期就分辨率好好的梳理下。

编码器的种类

我们前期基本上就编码器的类型和内部结构原理有深入的介绍：

绝对式编码器还是增量式编码器（Absolute encoders vs. incremental encoders）

知道吗？编码器技术除了光编、磁编，还有...

这里简单回顾下：

图片

例如，上述光电式增量编码器，A/B信号的产生主要靠的是码盘上面的黑白的间隔，这里就把它称为“线（Lines）”。旋转一圈360°，对应接收到的信号就是A、B矩形方波，线条数目越多，每一条线的间距越小，实际上这里就是“分辨率”！

那么绝对式的编码器呢？

它的码盘，和增量式显著不同，每一次光源透过码盘，对应的信号包含了N条道的信息。

上图类似这种“跑道”，最终得到码盘上的信息展开如下图：

如果把黑色区域代表为0，白色透过区域代表为1。那么，每一次位置可以用二进制表示。例如：2#1001，那么它代表的是编码器上的某一个确定位置，所以这也是为什么它能够成为绝对式编码器的核心原理。

那上述“跑道”的数量，就对应于二进制的位的数量，例如，“跑道”有17条，相当于17个运动员可以赛跑，17个运动员组合成二进制数，总共多少种可能呢？

从2#00000000000000000到2#11111111111111111，共计2¹⁷种可能，也对应一圈2¹⁷个绝对位置，那么这个2¹⁷就是绝对式编码器的分辨率。

所以，绝对式编码器的分辨率通常就是靠位数（Bits）来表示。一个n位的绝对编码器可以将一圈（360°）划分为 2^n 个唯一的位置。例如：

• 12位编码器： 4096 (2¹²) 个位置/转。
• 16位编码器： 65,536 (2¹⁶) 个位置/转。
• 17位编码器： 131,072 (2¹⁷) 个位置/转。
• 20位编码器： 1,048,576 (2²⁰) 个位置/转。

小结

对于增量式编码器，分辨率一般以下几种方式：

• 脉冲/转 (PPR)： 每旋转一圈输出的脉冲总数（A/B相脉冲之和）。这是最常见的表示方式之一。例如，一个1000 PPR的编码器每转输出1000个脉冲（每相500个）。
• 线数 (Lines)： 通常等同于PPR。指码盘上的明暗刻线总数。
• 周期/转 (CPR)： 通常指一个完整的A/B正交周期（包含4个边沿）的数量。CPR = PPR / 4。一个1000 PPR的编码器有250 CPR。
• 每转计数 (Counts per Revolution - CPR)： 注意！ 这个词容易混淆。有时CPR等同于PPR（每转脉冲数），有时它指的是经过电子细分或正交解码后的实际可分辨位置数（即 PPR * 4）。务必查看制造商的具体定义！ 对于正交增量编码器，最常见的可分辨位置数是 PPR * 4（因为控制器可以计数A相和B相的上升沿和下降沿）。

对于绝对式编码器，分辨率表达方式：

• 位数 (Bits)： 这是最直接的表示方式。一个n位的绝对编码器可以将一圈（360°）划分为 2^n 个唯一的位置。
• 角度/步： 有时直接给出每个位置对应的角度（例如 0.088° 对应于一个 4096 位置的编码器： 360° / 4096 ≈ 0.088°）。

关于分辨率 vs. 精度 (Resolution vs. Accuracy)，我们简单说：

• 分辨率： 是编码器理论上能区分的最小变化量。它告诉你测量尺子上的最小刻度有多细。
• 精度： 是指编码器的实际输出值与真实物理位置之间的偏差。它告诉你尺子上的刻度标得有多准。一个高分辨率的编码器如果精度差，其读数虽然变化很精细，但可能离真实位置很远。两者都是重要指标，但含义不同。

参考链接：

1. https://www.quantumdev.com/resource-library/incremental-encoder-basics/
2. https://www.emcoprecima.com/blog/how-does-an-incremental-encoder-work-explained-in-simple-terms/
3. 绝对式编码器还是增量式编码器（Absolute encoders vs. incremental encoders）