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num为uint8_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。）