使用带有 AVR 微控制器的旋转编码器

Posted 2023-03-15

【中文标题】使用带有 AVR 微控制器的旋转编码器

【英文标题】：Using a rotary encoder with AVR Micro controller

【发布时间】：2010-09-07 06:39:16

【问题描述】：

我无法让旋转编码器与 AVR 微控制器一起正常工作。编码器是机械的ALPS encoder，我用的是Atmega168。

澄清

我曾尝试使用外部中断来监听引脚，但似乎太慢了。当引脚 A 变为高电平时，中断程序开始，然后检查引脚 B 是否为高电平。这个想法是，如果在引脚 A 变高的那一刻引脚 B 为高，那么它会逆时针旋转。如果引脚 B 为低电平，则它正在顺时针旋转。但似乎 AVR 需要太长时间来检查 Pin B，所以它总是被读取为高。

我还尝试创建一个程序，该程序仅在 Pin B 或 Pin A 更改之前阻塞。但是可能是编码器旋转时噪音太大，因为这也不起作用。我最后一次尝试是有一个计时器，它将最后 8 个值存储在缓冲区中，并检查它是否从低到高。这也不起作用。

我尝试过确定编码器的范围，从第一个 Pin 更改到另一个 Pin 更改，它似乎使用了 2 到 4 毫秒。

【参考方案1】：

您到底遇到了什么问题？我假设您已经能够根据您提供的 Farnell 页面上链接的技术规范将编码器的引脚连接到您的 PIC，那么读取数据有问题吗？你没有从编码器得到任何数据吗？您不知道如何解释您返回的数据吗？

【参考方案2】：

我有一个关于rotary encoders and how to use them 的网页，您可能会觉得它很有用。

很遗憾，如果没有更多信息，我无法解决您的特定问题。

哪些微控制器引脚连接到编码器，您当前用于解码脉冲的代码是什么？

好的，您正在处理几个不同的问题，第一个问题是这是一个机械编码器，因此您必须处理开关噪声（弹跳、颤动）。 data sheet 表示部件停止弹跳和创建错误输出可能需要长达 3 毫秒的时间。

您需要创建一个去抖动例程。其中最简单的方法是不断检查 A 是否变高。如果是，请启动计时器并在 3 毫秒内再次检查。如果它仍然很高，那么您可以检查 B - 如果它不高，那么您忽略杂散脉冲并继续寻找 A 高。当您检查 B 时，您查看它，启动一个 3 毫秒的计时器，然后再查看 B。如果两次都相同，那么您可以使用该值 - 如果它在 3 毫秒内发生变化，那么您必须再次执行（读取 B，等待 3 毫秒，然后再次读取并查看是否匹配）。

atmega 足够快，您不必担心这些检查会缓慢进行，除非您的时钟速度也很慢。

处理完机械噪声后，您需要查看一个适当的格雷码例程 - 您所遵循的算法将不起作用，除非您在 A 高时 B 变低时也减量。通常人们存储两个输入的最后一个值，然后将其与两个输入的新值进行比较，并使用一个小函数根据它来增加或减少。 （查看我上面提到的网站上的“高分辨率阅读”标题）。我将这两个读数组合成一个四位数，并使用一个简单的数组来告诉我是递增还是递减计数器，但还有更高级的解决方案，并针对代码大小、速度或代码维护的便利性进行了优化。

【讨论】：

第一个链接似乎（不再？）包含任何信息。

【参考方案3】：

速度应该不是问题。大多数机械开关都需要去抖动程序。如果您想通过中断执行此操作，请在触发时关闭中断，请启动一个计时器，该计时器将在几毫秒后将其重新打开。将使您的程序免于轮询>:)

【参考方案4】：

/* into 0 service rutine */
if(CHB)

  if(flagB)
   Count++;
  FlagB=0;

else

  if(FlagB)
   count--:
  FlagB=0:


/* into 1 service rutine */
FlagB=1;

/* make this give to you a windows time of 1/4 of T of the encoder resolution
   that is in angle term: 360/ (4*resolution)
 */

【参考方案5】：

添加模拟低通滤波器可大大改善信号。使用低通滤波器，AVR 上的代码非常简单。

       _________
        |         |
        | Encoder |
        |_________|
          |  |  |
          |  |  |
     100n |  O  | 100n  
 GND O-||-+ GND +-||-O GND
          |     | 
          \     /
      3K3 /     \ 3K3
          \     /
          |     |    
VCC O-/\/-+     +-\/\-O VCC
     15K  |     |  15K
          |     |
          O     O
          A     B

啊，ASCII艺术的奇迹：p

这是 AVR 上的程序。将 A 和 B 连接到 avr 上的输入 PORTB：

#include <avr/io.h>

#define PIN_A (PINB&1)
#define PIN_B ((PINB>>1)&1)

int main(void)
    uint8_t st0 = 0;
    uint8_t st1 = 0;
    uint8_t dir = 0;
    uint8_t temp = 0;
    uint8_t counter = 0;
    DDRD = 0xFF;
    DDRB = 0;
    while(1)   
    if(dir == 0)
        if(PIN_A & (!PIN_B))
            dir = 2;
        else if(PIN_B & (!PIN_A))
            dir = 4;
        else
            dir = 0;
        
    else if(dir == 2)
        if(PIN_A & (!PIN_B))
            dir = 2;
        else if((!PIN_A) & (!PIN_B))
            counter--;
            dir = 0;
        else
            dir = 0;
        
    else if(dir == 4)
        if(PIN_B & (!PIN_A))
            dir = 4;
        else if((!PIN_A) & (!PIN_B))
            counter++;
            dir = 0;
        else
            dir = 0;
        
    else if(PIN_B & PIN_A)
        dir = 0;
    
        PORTD = ~counter;
    
    return 0;

除非您真正快速旋转编码器，否则此代码有效。然后它可能会错过一两步，但这并不重要，因为使用编码器的人不会知道他们转动了多少步。

【讨论】：

作为“爱好者”解决方案是可以的。但是，不可低估额外的硬件（电阻器/电容器）。这就是为什么软件去抖动是一个“更好”的解决方案（恕我直言）。

硬件解决方案的好处在于，它提供了额外的保护，免受用户的 ESD 伤害。当然，没有为此优化，但有一点好处。

我认为您的电路没有显示从编码器到 µC 的无源 LP 滤波器。你必须交换电阻和电容的位置。

注意这个过滤器会在开关打开时产生VCC，在开关闭合时产生18%的VCC。像this bourns datasheet 中推荐的过滤器将干净地连接到 VCC 和 GND，并使用更少的部分值。