ロータリーエンコーダの調査研究

１. ロータリエンコーダの種類

　ロータリエンコーダには回転量をパルス数に変換する機能がある。その変換方式により、光電式、ブラシ式、磁気式などがある。
　また出力パルスの形式により、インクリメンタル型（変位のみの情報を出力）とアブソリュート式（絶対位置を出力）の２つに大別される。一般の機械系では、初期動作で原点復帰を行うのでインクリメンタル型を使用する場合が多い。ここでは最も一般的な光電式、安価で構造も小さいインクリメンタル型を使用する。

２. 機能性能

　このボードは、ロータリ・エンコーダからの信号を取り込み、カウンタでカウントし、ＣＰＵの要求に応じてカウント値を出力するものである。また、タッチセンサの信号を取り込みスイッチの状態を調べ、スイッチ割込みの割込み信号を発生させるのも、このボードである。

・ロータリ・エンコーダは、ａ、ｂ２相入力式のものを、２個まで取り付け可能である。
・カウンタは、１２ビット・バイナリ・アップ・ダウン・カウンタを用いる。
・駆動輪が逆転の時にはカウンタはダウンカウントし、０以下になるとカウント値は２の補数表示となる。
・データ出力は、８ビットのパラレルデータを２回に分けて出力する。
・タッチセンサは、最高３個まで取付可能である。
・タッチセンサの割り込み信号は、３つのセンサの入力のＯＲとする。

３．機能のブロック構成

６つのブロックから本機能は構成される。

（１）ロータリ・エンコーダ
（２）波形整形回路
（３）方向検出回路
（４）カウンタ回路
（５）ラッチ回路
（６）マルチプレクサ

４．光電式ロータリエンコーダの概要

(１)回転量の検出

　２枚のスリット円盤Ａ，Ｂを挟んで発光ダイオード（ＬＥＤ）と受光素子（フォトトランジスタ）が相対して置いてあり、回転スリット（Ａ）が回転する事により、ＬＥＤの光が透過／遮断する。この光を受光素子で検出することで回転したか否か判断する。出力信号を２相にするため、固定スリット（Ｂ）はスリットが２つに分かれている。

　各端子における波形の例を左に示した。ａでは不定形な波形が、ｂでは定形なパルスに、更にアンプを通して＋５Ｖになる。ＺＥＲＯ相はエンコーダ１回転につき１パルス。

（２）波形整形回路

　ロータリエンコーダからの出力信号（Ａ相、Ｂ相）は近似正弦波形であるので、これをパルス波形（Ａｐ、Ｂｐ）に変換する。ＯＰアンプをコンパレータとして使用し、スレッショルド電圧によりＨレベルとＬレベルに分けられる。また、ＨＬとＬ→Ｈの場合のスレッショルド電圧の違いを利用すれば、多少のノイズにも耐えられる。

（３）方向検出回路

　波形整形回路から出力されたＡｐ，Ｂｐはそれぞれ９０度位相がずれている。正転の場合はＡｐがＢｐに対して位相が進み、逆転の場合はＡｐが遅れる。ここでは、この位相差を利用して方向を検出する。
　正転の場合、Ｂｐが立ち上がるとき、ＡｐはＨレベルであり、逆転の場合、ＡｐはＬレベルである。Ａｐのエッジ検出とＢｐの論理積で方向検出回路は作られる。

（４）カウンタ回路

　パルスＡｐをカウントするＩ／Ｏポートは８ビットあるが、回転方向を示すのに１ビット使うので残る７ビットを使用する。実現を容易にするため１６進カウンタを２個つなげた２５６進カウンタを使用し、その最上位ビットは使用しないものとする。

（５）ラッチ回路

　Ｉ／Ｏポートで値を引き渡す場合には一定時間、値を変化させないようにする必要がある。しかし、カウンタを止めてしまうと値が不正確になるため、ラッチを利用する。リセット信号の立ち上がりでラッチする。

（６）マルチプレクサ

　左右のデータを読み分けるために使う。左右独立して使用すれば必要ではないが、ポート数が不足する場合必要である。セレクト用に１ビット増えるが、データのビット数は半分になり、結果として使用ビット数は７ビット減る。