AVR單片機教程——旋轉編碼器

本文隸屬於AVR單片機教程系列。

 

很久沒寫這個系列了。今天講講旋轉編碼器。

旋轉編碼器好像不是單片機玩家很經常使用的器件，可是咱們的開發板上有，緣由以下：

1. 旋轉編碼器挺好用的。電位器能旋轉的角度有限，旋轉編碼器能夠無限圈旋轉；旋轉時不連續，有卡點，適合對應離散數據。

2. 開發板上選用的旋轉編碼器，使用起來簡單、方便。

3. 原本旁邊的電位器（旋鈕，之後會講）一枝獨秀，挺孤單的，我就配一個高度大體相同的旋轉編碼器陪伴它。

今天我想寫旋轉編碼器，因而在網絡上搜索了一下，相關資料不多。最基本地，旋轉編碼器的做用是將角位移、角速度等機械量轉換爲電信號。本文不求成爲旋轉編碼器的百科全書，但會把 觸點電刷式 增量式 旋轉編碼器的原理講清楚。這裏出現了兩個定語，是對類別的限定；關於旋轉編碼器的分類，請自行百度。

開發板上的旋轉編碼器是從淘寶買的，淘寶商家提供了資料，這是本講的主題。爲避免廣告嫌疑，我不能放連接上來，因此我就把它轉換成圖片放在文章裏（請在新頁面中查看）：

咱們從旋轉編碼器的原理開始。旋轉編碼器的內部是觸點與電刷，能夠看做按鍵：當二者接觸時，開關閉合；反之斷開。實際上它們的本質是同樣的。在旋轉時，按鍵會週期性地閉合、斷開；若是一端接地，另外一端接上拉電阻，就會有周期性高、低電平的脈衝信號產生。咱們使用的旋轉編碼器每轉過一圈會輸出24個脈衝。

經過對脈衝進行計數，能夠知道編碼器轉過的角度。若是無論方向，測量角度或角加速度等，用一個輸出就夠了。可是若是考慮方向，不管是順時針仍是逆時針轉動，電平都是「高低高低高……」。爲了得到方向的信息，須要使用兩個輸出，它們的相位相差90°，如圖所示：

A和B是兩個輸出端，C端接地。當程序檢測到A端由高電平變爲低電平時（方法在按鍵那裏講過了），若是檢測到B端是高電平（這就更簡單了），那就是順時針旋轉；若是是低電平，那就是逆時針旋轉。實際上不必定要檢測A端的降低沿，只要按照這張圖來，怎麼都對。

庫函數使用的檢測方法是：A、B端由低低變爲高低時，判爲順時針轉過一格；由低低變爲低高時，判爲逆時針轉過一格。這不是最好的方法（你能夠想一下怎樣改進，可是不要低估它的難度），但從實際使用上來看，只要用戶不故意在兩個卡點之間扭來扭去，這種方法是能夠勝任的。

咱們寫一個用旋轉編碼器控制數碼管顯示數字的程序，也能夠理解爲對旋轉編碼器進行計數並用數碼管顯示。旋轉編碼器A和B端分別鏈接端口4和5，數碼管鏈接6和7。程序的思路是：每隔一毫秒調用rotary_rotated（它和button_pressed函數相似——若是你還記得的話）檢測編碼器是否被轉動以及轉動的方向，並根據方向對計數器變量num進行增減。（爲何讓num爲uint8_t類型？）爲了凸顯旋轉編碼器的主題，數碼管就用segment_auto來解決了。

#include <ee1/delay.h>
#include <ee1/rotary.h>
#include <ee1/segment.h>

int main()
{
    rotary_init(PIN_4, PIN_5);
    segment_init(PIN_6, PIN_7);
    segment_auto();
    uint8_t num = 0;
    while (1)
    {
        switch (rotary_rotated())
        {
        case ROTARY_CW:
            ++num;
            break;
        case ROTARY_ACW:
            --num;
            break;
        default:
            break;
        }
        segment_hex(num);
        delay(1);
    }
}

注意相鄰卡點之間擠了4個AB端口的狀態，所以延時不能過長。你能夠試試更長的間隔。

做業：對於旋轉編碼器，直接檢測IO口電平；對於數碼管，使用「原始」的動態掃描，即不要用segment_auto()；重寫樣例。（提示：你能夠分別完成兩個要求，而後合併。）