旋转编码器控制的另一种算法

操作原理

旋转编码器是通常将轴的角运动转换为数字输出信号的设备。有许多 Web 资源解释了这些设备的机制以及如何将它们连接到微型计算机，但本页并非完整的概述。这个想法是提出另一种算法来正确读取机械旋转编码器的输出。

原则上，常见的旋转编码器通过交替闭合两个开关来产生信号，如上图所示。根据连接，中性状态可以是高 (1) 或低 (0)。我们在这里假设中性状态为高的最常见连接。对于顺时针运动，第一个开关的动作先于第二个开关的动作，而逆时针运动则相反。如果我们将每个状态表示为二进制数，两位数字表示两个开关的状态，则中性状态表示为11, 顺时针旋转由状态链表示11→01→00→10→11逆时针旋转由状态链表示11→10→00→01→11.

开关弹跳

 

问题是机械电气开关不完善，所以会出现开关弹跳的现象。当切换开关时，触点必须从一个位置物理移动到另一个位置。当开关的组件进入新位置时，它们会机械弹跳，导致底层电路多次打开和关闭。得到的信号如上图所示。

这个问题可以通过硬件或软件来解决。在软件的情况下，这涉及到某个主观确定的保持时间，在此期间开关的活动被忽略。然而，在旋转开关的情况下，我们可以完全避免保持时间。由于这对开关经过四个连续的状态，我们原则上可以准确地定义操作何时完成。

算法

 

微处理器一共可以读出四种不同的状态，连续两次读出总共给出了十六种可能的转换，如上图所示。四个过渡代表没有移动，四个过渡代表向右四分之一移动，四个过渡代表向左四分之一移动，四个过渡代表理论上不可能的过渡。

让我们将一个完整的周期定义为一个以中性状态开始和结束的过程。通过分配 0 表示没有移动，+1 表示向右移动四分之一，-1 表示向左移动四分之一，我们得到 +4 的总和表示向右一个完整的周期，-4 的总和表示一个完整的循环循环向左，总和为 0 表示没有移动。特别是，每个单独的开关弹跳，无论是向左还是向右，总和为 0，对结果没有影响。此外，聚合和 4 的模数为我们提供了确切的状态。例如，如果模数为零，则当前状态为中性状态。