旋轉編碼器（rotary encoder）也稱為軸編碼器，是將旋轉位置或旋轉量轉換成模擬或數位訊號的機電設備。一般裝設在旋轉物體中垂直旋轉軸的一面。旋轉編碼器用在許多需要精確旋轉位置及速度的場合，如工業控制、機器人技術、專用鏡頭、計算機輸入設備（如滑鼠及軌跡球）等。旋轉編碼器可分為絕對型（absolute）編碼器及增量型（incremental）編碼器二種。增量型編碼器也稱作相對型編碼器（relative encoder），利用檢測脈衝的方式來計算轉速及位置，可輸出有關旋轉軸運動的信息，一般會由其他設備或電路進一步轉換為速度、距離、每分鐘轉速或位置的信息；絕對型編碼器會輸出旋轉軸的位置，可視為一種角度傳感器。
「編碼」 是一種數學模式，是指信息傳遞中將信息編排送出（Encode），接收端收取編碼、解碼後獲取信息（Decode）。
現代編碼的數學模式是 0 和 1（有和無、通和斷、長音和短音，高電平和低電平，等等）。例如：航海中的兩船相遇的旗語、燈語，無線電發報的摩爾斯編碼（長短音）；再例如：音頻編碼器的 CD 唱片與唱機，視頻編碼器的 DVD、藍光與高畫質電視...等等。
而旋轉編碼器就是要把當前的角度信息或旋轉的角度變化信息「編碼」送出。
相對型旋轉編碼，是指需要兩次以上的編碼信息與輸出，通過兩次以上的編碼信息的比較，獲得相對變化的角度值，也叫增量編碼器。這種編碼角度信息必須有轉動才會有信息變化與累加，就好比 CD 唱片必須有轉動才會有聲音。當前的角度值是要經過前面歷史信息的比較與累加、記憶才能獲得。
絕對型旋轉編碼是指不需要讀兩次以上的變化信息，無需比較與累加，絕對值是與歷史信息無關的，可以直接一次性讀取到當前的角度位置值。相對型的編碼是「變化的角度量」，包括內部和外部的計數器計數累計與記憶，與歷史計數有關係；絕對值的編碼是「直接的當前角度值」，與歷史計數無關。
增量編碼器通過輸出每圈的脈衝數（PPR）對一個 360° 圓周分割，也稱為解析度。每個脈衝周期的變化代表了一定角度變化，這樣預先分割角度到每個周期並讀取計數周期變化的方式為「增量編碼」，增量編碼器輸出一般是 A、B、Z 三相信號，A 和 B 的輸出相差 1/4 個周期，正轉是 1/4 相差，而反轉是 3/4 相差，以此可以判斷編碼器的正反轉；Z 相是每圈僅提供一個位置脈衝，以此可以設定零位值。
以傳感器內部信號獲得的有和無，電學的高低電平作為 1 和 0 的編碼，有 N 位的 0、1 編碼（也稱為二進位編碼）組成的絕對值編碼。數字式編碼的有和無，對於各種微動因素的幹擾引起的大小變化不敏感，為此抗幹擾性強。目前越來越多的應用採用絕對值編碼器。
十進位碼
日常生活中，我們的數字是 0～9，逢十進一，這稱為「十進位」數字編碼；
因 10 進位編碼需要用十個階梯的分布物理量，物理實現較不方便，編碼器中很少用此編碼。
純二進位碼
現代電子數字編碼，一般都以通斷（明暗）代表 0、1，有多位數 2 的 N 次方構成編碼，最簡單的就是純二進位編碼 BIN，變化的數字就是 0 和 1，逢二進一，這稱為「純二進位」數字編碼，計算機電子應用中較多以此為編碼。
16 進位碼
以二進位 4 位一組向十進位解碼 0～15，但是 10 以上不以兩位數表示，而是以 A～F 表示，如 10 為 A，15 為 F，這是 16 進位的編碼，便於數據寄存及辨識。
BCD 碼
十進位每一位分解解碼到二進位碼的4位一組十個數，其 BCD 碼向十進位解碼後只有 0～9，而無需再考慮十進位的進位問題，一般用於人眼習慣的 7 段數碼顯示管。
格雷碼
格雷碼是二進位編碼的一種，其特徵是每一次遞增（或遞減）一個字變化，所有位數上只有其中一位發生了改變（0 與 1 的變化），並且數據終點循環到起點同樣遵循這個原則，這樣在一個字的變化過程中，只有一位數發生跳變，數「能」變化量最小，出錯概率最低。特別適合於絕對值編碼器的多碼道同步讀取或多位數同步輸出（並行輸出）中，也適合在通訊傳輸中。
格雷餘碼
二進位編碼中大部分是 2 的冪次方編碼，編碼總數也是 2 的冪次方，如 8 位的 256、10 位的 1024 等，在編碼器的角度計算中，在角度計算中無法整除取整，有時要用到角度的整數，為此有格雷餘碼，在格雷碼的數碼中去除一部分，餘下一部分編碼使用，因此也稱為「餘格雷碼」，例如 180、360、720 個編碼的「餘格雷碼」。格雷餘碼向十進位解碼後的十進位數不從 0 開始，需要「補碼」。
其他編碼
在通訊傳輸中，還有一些不常見的編碼，是上述編碼形式的變異或組合，例如曼切斯特編碼等，這裡就不一一敘述了。
絕對值多圈編碼器，就是在其測量範圍內，不僅僅在單圈 360° 內有「絕對值編碼」，而且在超過 360° 後仍然有不依賴於計數的多圈數值的唯一絕對編碼。其一般與鐘錶式的分針、時針原理相似。
絕對值多圈編碼器的數值讀取必須與歷史無關，不存在是否有記憶、是否有電池的問題。通電讀取或不讀取，停電記憶或不記憶，電池有或沒有，絕對值編碼的數據都在那裡。如果編碼器是通過內部或外部的計數器累加計數的，輸出編碼值與歷史計數有關係，一旦歷史關係丟失或出錯，信息也將錯誤，就不能稱為「絕對值」的多圈編碼器，無論其是否有電池。
多圈絕對值編碼器以「單圈位數 x 多圈圈數（或位數）」的方式表示其解析度和測量圈數行程，多圈常用的是 4096 圈，少量可以達到 16384 圈、65536 圈（16 位）。
在很多電機應用中，軸位置、方向以及速度都是關鍵信息。設計工程師可以選擇軸位編碼器，以實時提供這些關鍵信息。
在多數運動和電機控制設計中，電機軸的位置、方向和速度都是關鍵信息。對於無刷直流 (BLDC) 電機而言更是如此，此類電機具有優異的效率和可控性，應用範圍在不斷擴大，但其需要系統控制器準確的「知道」應在何時激勵和去激勵電機線圈以維持正常旋轉。
軸位編碼器可用來實時確定電機參數。此類編碼器是一種機電元件，可將軸的旋轉轉換為電信號，再將電信號反饋到電機控制器形成閉環迴路。系統就是通過這種方式控制電機軸的位置、速度、速度曲線和轉矩，同時還能監控停轉或其他故障。在確定了電機軸的位置和方向後，此元件可通過模擬電路或數字過程確定電機軸的速度，甚至是加速度。（請注意，速度是位置對時間的導數，而加速度是速度對時間的導數）。有些場合，會將編碼器安裝在遠離運動傳動裝置處，這樣便會產生一系列敏感性問題，如背隙、濺液、彎曲及其他需要在設計時考慮的機械類問題。
雖然檢測電機位置是一個比較簡單的概念，但在實際應用中還存在一些難題（從適度的擺動到啟動/停止操作的影響），這是因為多數電機的操作環境比較惡劣所致。而且，用戶對於精度、解析度、牢固性及成本的要求也各不相同。
請注意，並不是所有的電機都需要編碼器。在洗衣機滾筒等對位置或速度精度要求不高的場合，可使用「無傳感器」電機控制。
為滿足上述各類需求，通常可採用基於光學式、磁式（也稱為旋轉）和電容式原理的三類編碼器技術。這三類都是非接觸式器件，因此也就消除了較簡單的接觸式有刷編碼器可能會發生的摩擦或磨損問題。
解析度是需要注意的主要編碼器參數。標準編碼器的解析度為48 - 2,048ppr，雖然較高的ppr值能提供更高的精度，但需要的編碼器也更貴，從而將加重閉環迴路的系統控制器或數字處理器的計算和處理負擔。與所有高解析度器件一樣，由於軸位中有噪聲、振動或抖動，過高的精度可能會產生不利的影響。編碼器輸出進入電路，進而將原始信號轉換為有用的格式和數據，之後再送入系統控制器。在有些場合，轉換是由系統控制器本身完成的。
光電編碼器採用玻璃或塑料圓盤（「碼盤」），周邊有兩組缺口。LED光源和光檢測器位於碼盤的相對面。當碼盤旋轉時，透光/不透光缺口形成脈衝，指示旋轉位置和方向。光電編碼器通常需要一個20到40 mA的低壓直流電源。
有些光電編碼器只有光學部分，而由用戶提供實際的碼盤；也有一些供應商將碼盤作為選件提供，較大的碼盤便於實現較高的解析度。編碼器與碼盤在安裝布局和對齊時需要特別小心，碼盤的中心孔必須調整為適合電機軸的尺寸。
光電編碼器隨被廣泛使用且相當成功，但也需要滿足應用的嚴格要求。安裝環境中通常會充斥著汙垢、油汙及其他汙染物，這些都可能會干擾碼盤、缺口以及編碼器輸出。此外，LED亮度會在10,000到20,000小時（大約1到2年）內減少一半，最終熄滅。有些光電編碼器採用塑料碼盤以求降低成本，但這類碼盤在高溫環境下可能會變形（這是很多工業電機安裝時常見的現象），因此可能需要使用成本更高且更易碎的玻璃碼盤。但無論如何，光電編碼器的小尺寸、低成本以及眾多的供應商和型號，使其成為設計人員的首選。
電磁或旋轉編碼器採用一對特殊的類變壓器繞組，其初級繞組位於軸上，次級繞組為周圍的接收繞組。此類編碼採用正弦波激勵初級繞組，以在次級側產生正弦輸出，所得輸出將根據初級側波形進行解調。兩個波形間的相位差表示軸相對於固定繞組的位置。Ams的AS5145 12位可編程磁旋轉編碼器就是這類非接觸式磁性編碼器，作為一款片上系統，它在單顆器件內整合了集成霍爾元件、模擬前端及數位訊號處理功能，同時還配備了可用的評估/演示板。
作為基本變壓器繞組，採用這類設計的編碼器堅固耐用、可靠，並且可以在寬溫範圍內保持一致性，但它需要激勵和解調電路，因此需要的電源要高於光電編碼器。而且相對於光電編碼器，此類編碼器的成本和尺寸相對來說也更高、更大，安裝時也必須要考慮需要容納兩組繞組。但從另一方面來說，這類編碼器是「完整」的，不需要單獨提供碼盤或類似的配件。
第三種類型是電容編碼器，採用了標準線性位置編碼器的電容感應工作原理，這是30多年前為遊標卡尺而開發的。電容編碼器採用杆狀或線狀形式，一個位於固定元件上，另一個位於活動元件上，構成配置為發射器/接收器對的可變電容。當軸旋轉時，編碼器中的ASIC電路會對線條變化進行計數，還會進行插值運算以確定編碼器位置和旋轉方向。這種技術不會受到灰塵、汙垢或溫度的影響，也沒有LED變暗或熄滅問題，而且工作電流低於10 mA。
除了光電、磁性和電容編碼器之外，霍爾效應傳感器也可用於軸位編碼。雖然霍爾效應傳感器高效且可靠，但是它們通常僅適用於以相對低的精度/解析度確定軸位置的場合，例如指示傳動軸上的齒輪道。
在日常工作中，旋轉編碼器操作規程直接關係著能否安全生產，旋轉編碼器在安全操作中要注意的規程有哪些：
1、檢查旋轉編碼器門是否密封。工作前五分鐘，須開動通風除塵設備，通風除塵設備失效時，禁止旋轉編碼器工作。
2、工作前必須穿戴好防護用品，不準赤裸膀臂操作旋轉編碼器。
3、旋轉編碼器應與工作要求相適應，一般在十至二十號之間適用。
4、旋轉編碼器工作時，禁止無關人員接近。清掃和調整運轉部位時，應停機進行。
5、不準用旋轉編碼器壓縮空氣吹身上灰塵。
6、工作完後，旋轉編碼器通風除塵設備應繼續運轉五分鐘再關閉，以排出室內灰塵，保持場地清潔。