使用MCU连接旋转编码器的方法

昨天的文章中分享了一个小技巧：

设计小技巧：如何用MCU或FPGA的一个数字IO测量2个电位计的阻值变化?

实际上是利用了我们常用的PWM功能的一个逆向思维应用。

今天再分享一个小技巧 - 如何使用一个MCU的模拟输入端口连接多个旋转编码器?

作为一种输入控制器件，旋转编码器被大量使用，尤其在测试测量领域，有的设备上会有多个旋转编码器用于调节多个参量。

一般来讲，旋转编码器需要至少2根微控制器的输入管脚，如果有内置的按键，还需要第三根。如果连接2个旋转编码器那就要消耗掉6根输入管脚，连接3个旋转编码器需要9根，以此类推。。。

常用的旋转编码器的外形

旋转编码器的典型检测电路

然而，如果你用的MCU有ADC的功能，其实只需要一根模拟输入管脚就可以搞定多个旋转编码器的连接。

硬禾学堂的STM32 DIY示波器板用一个旋转编码器和2个按键作为输入

听起来不可思议?

我们先看一下旋转编码器是如何使用的。

确定旋转方向：

编码器在旋转的时候会同时在其”A“和”B“管脚输出一串脉冲，从这两串脉冲的相位关系上就可以确定编码器的旋转方向 - 将一路脉冲延迟”一步“并将2个脉冲进行异或操作。

比如：

假设管脚 'A'的输出为：'00110011...' ，管脚'B'的输出为 '01100110...', 将 'A'的信号延迟一步,得到'01100110...'.， 将延迟后的'A'同'B'异或，将得到'00000000...'. ，向另外要给方向旋转，管脚'A'的输出变为'11001100...' ('B'不变), 这样'A' 延迟一步编程'10011001...'.再跟'B'信号异或，就给出结果'11111111...'.

用模拟的方式来实现：

我们可以把'A'和'B'输出的信号一起看，当成是一个2bit的并行总线，能够有4种组合的输出: 0b00, 0b01, 0b10 and 0b11 (格雷码).多个位数的二进制值可以转换成一个模拟电压信号，这本质上就是一个数模转换器.

R-2R电阻网络

有一种非常简单实现的DAC是R-2R电阻网络，这种方法只使用两个电阻值R和2R就可以构成一个网络，每增加一个位数，只需要增加两个电阻。一个2根管脚的旋转编码器只需要4个电阻，如下图：

这个电路可以产生4个不同电压值的信号，这个信号用单片机的ADC进行量化解码，即可解码得到管脚”A“和”B“的值。一般旋转编码器还有一个按键，考虑到按键的输入检测，电路可以变成下面这样：

一个实际的实现

两个旋转编码器再加上内置的按键，共需要一个6位的DAC.一般MCU内置的ADC为10位，可以非常轻松地解码由此生成的模拟信号，并且每1位相当于还有4bit的分辨率余量，因此我们可以使用5%精度的电阻 (当然1% 会更好).

R-2R的阻值相对于上拉电阻要足够大，以避免引起R-2R的比值失衡，同时上拉电阻也不能太小，否则流过开关触点的电流会太大。

2R电阻可以简单地将两个R阻值的电阻串联起来，还可以节省一种阻值的电阻.

为防止触点的抖动需要加一个0.01uF的电容，否则会引起两个编码器之间的干扰。

触点抖动噪声

通过电容滤除掉触点抖动噪声

是不是又Get到一个新技能?

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原文标题：逆向思维: 如何用一根MCU的模拟输入检测多个旋转编码器?

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审核编辑：汤梓红