编码器是一种能将物理量转化为数字格式的装置，在运动控制系统中，它的作用是将位置和角度等参数转换为数字量。常见的编码器类型包括电接触、磁效应、电容效应和光电转换等，其中最常见的编码器是光电编码器。光电编码器分为旋转光电编码器和直线光电编码器两种，分别用于测量旋转角度和直线尺寸。
光电编码器的关键部件是光电编码装置，它通常是由码盘或码尺组成。码盘和码尺可以根据需要采用金属、玻璃、聚合物等材料制成，并通过特定编码规则形成的遮光和透光部分组合，产生代表运动位置的数字化光学信号。
图1-8展示了透射式旋转光电编码器的工作原理。码盘上刻有一些按照一定编码规则排列的遮光和透光部分的组合，当码盘随被测轴转动时，透过码盘的光束会因遮光和透光部分的变化而产生间断。在码盘的一侧安装有发光二极管或白炽灯光源，另一侧则设有接收光线的光电器件。通过光电器件接收和电子线路处理，输出特定电信号，最终计算出位置和速度信息。当然，除了透射式之外，还有反射式的光电编码器。
增量编码器的码盘结构如图1-9所示，现代高分辨率码盘上的透光和遮光部分都是很细的窄缝和线条，因此也被称为圆光栅。码盘上相邻窄缝之间的夹角称为栅距角，透光窄缝和遮光部分各占栅距角的1/2。码盘的分辨率以每转计数（counts per revolution，CPR）表示，即码盘旋转一周在光电检测部分可产生的脉冲数。此外，码盘上还会额外设置一些特殊的窄缝，用于产生定位(index)或零位(zero)信号，以便于测量装置或运动控制系统进行回零或复位操作。
在光电编码器设计中，经常会在码盘的一侧安排一组挡板和光电器件组合，这些挡板和光电器件之间形成的间隔距离决定了编码器的分辨率。因为运动部分和静止部分之间的间隙会导致光线衍射，以及光电器件本身的特点，所以实际得到的电信号并不是完全的三角波，而是接近正弦波，其幅度与码盘的分辨率无关。
为了进一步提高编码器的分辨率和获取运动方向信号，可以采用双通道输出信号的方法。如图1-10所示，可以通过特殊布局的方式，在码盘两侧同时放置一组挡板和光电器件组合，从而获得相位差为90度的两个准正弦波信号A和B。将这两个信号送入比较器后，可以分别得到占空比为50%的方波信号A和B。这两个信号具有以下特点：
1. 占空比均为50%。
2. 当朝着一个方向旋转时，A信号在相位上领先于B信号90度；反之，旋转方向反转时，B信号领先于A信号90度。
这种双通道信号的特点为测量分辨率的提高和方向信号的获取提供了条件。
为了充分利用这两个信号，可以在数字电路中采用施密特输入的反相器、异或门、或门和D触发器等元件，形成如图1-11所示的处理电路。在这个电路中，可以提取方波信号A和B的前沿和后沿，并通过适当的逻辑运算，产生4倍频的脉冲信号，从而将编码器的分辨率提高到4倍。同时，还可以通过比较信号A和B的相位关系，获取运动的方向信号。这些信号加上定位脉冲的配合，可以实现对运动系统位置的精确测量。通过使用计数器并在转轴朝某一方向旋转时进行增数，朝相反方向旋转时进行减数，可以实现对绝对位置的记忆，并确保在不掉电的情况下仍能保持记忆。
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