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AVR单片机教程——旋转编码器

本文隶属于AVR单片机教程系列。

 

好久没写这个系列了。今天讲讲旋转编码器。

旋转编码器好像不是单片机玩家很常用的器件,但是我们的开发板上有,原因如下:

  1. 旋转编码器挺好用的。电位器能旋转的角度有限,旋转编码器可以无限圈旋转;旋转时不连续,有卡点,适合对应离散数据。

  2. 开发板上选用的旋转编码器,使用起来简单、方便。

  3. 本来旁边的电位器(旋钮,以后会讲)一枝独秀,挺孤单的,我就配一个高度大致相同的旋转编码器陪伴它。

今天我想写旋转编码器,于是在网络上搜索了一下,相关资料很少。最基本地,旋转编码器的作用是将角位移、角速度等机械量转换为电信号。本文不求成为旋转编码器的百科全书,但会把 触点电刷式 增量式 旋转编码器的原理讲清楚。这里出现了两个定语,是对类别的限定;关于旋转编码器的分类,请自行百度。

开发板上的旋转编码器是从淘宝买的,淘宝商家提供了资料,这是本讲的主题。为避免广告嫌疑,我不能放链接上来,所以我就把它转换成图片放在文章里(请在新页面中查看):

我们从旋转编码器的原理开始。旋转编码器的内部是触点与电刷,可以看作按键:当两者接触时,开关闭合;反之断开。实际上它们的本质是一样的。在旋转时,按键会周期性地闭合、断开;如果一端接地,另一端接上拉电阻,就会有周期性高、低电平的脉冲信号产生。我们使用的旋转编码器每转过一圈会输出24个脉冲。

通过对脉冲进行计数,可以知道编码器转过的角度。如果不管方向,测量角度或角加速度等,用一个输出就够了。但是如果考虑方向,无论是顺时针还是逆时针转动,电平都是“高低高低高……”。为了获得方向的信息,需要使用两个输出,它们的相位相差90°,如图所示:

A和B是两个输出端,C端接地。当程序检测到A端由高电平变为低电平时(方法在按键那里讲过了),如果检测到B端是高电平(这就更简单了),那就是顺时针旋转;如果是低电平,那就是逆时针旋转。实际上不一定要检测A端的下降沿,只要按照这张图来,怎么都对。

库函数使用的检测方法是:A、B端由低低变为高低时,判为顺时针转过一格;由低低变为低高时,判为逆时针转过一格。这不是最好的方法(你可以想一下怎样改进,但是不要低估它的难度),但从实际使用上来看,只要用户不故意在两个卡点之间扭来扭去,这种方法是可以胜任的。

我们写一个用旋转编码器控制数码管显示数字的程序,也可以理解为对旋转编码器进行计数并用数码管显示。旋转编码器A和B端分别连接端口4和5,数码管连接6和7。程序的思路是:每隔一毫秒调用rotary_rotated(它和button_pressed函数类似——如果你还记得的话)检测编码器是否被转动以及转动的方向,并根据方向对计数器变量num进行增减。(为什么让numuint8_t类型?)为了凸显旋转编码器的主题,数码管就用segment_auto来解决了。

#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);
    }
}

注意相邻卡点之间挤了4个AB端口的状态,因此延时不能过长。你可以试试更长的间隔。

作业:对于旋转编码器,直接检测IO口电平;对于数码管,使用“原始”的动态扫描,即不要用segment_auto();重写样例。(提示:你可以分别完成两个要求,然后合并。)

posted on 2019-12-19 12:53  jerry_fuyi  阅读(1552)  评论(0编辑  收藏  举报