Энкодер
Время рассматривать всякие кнопочки-датчики)
Начнём с простейшего – с механического накапливающего энкодера.
Энкодер, он же датчик угла поворота – устройство, "предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота". Иными словами, крутим крутилку, а на выход нам даётся информация о том, насколько мы повернули ручку.
По способу выдачи информации энкодеры бывают абсолютные и накапливающие (инкрементные). Абсолютные показывают непосредственно сам угол поворота, накапливающие формируют импульсы «Был поворот вправо» или «Был поворот влево».
Мы будем рассматривать накапливающие энкодеры. Вот принцип их работы:
Рисунок 1. Принцип работы механического накапливающего энкодера
Таким образом, если датчик оказывается в пропуске пластины, то с него есть сигнал.
По принципу действия энкодеры бывают оптическими, резистивными, магнитными, индуктивными и механическими.Наиболее простые – механические накапливающие.
Их можно рассматривать как просто две кнопки. Если мы поворачиваем крутилку вправо, то сначала включается кнопка b, если влево – то кнопка a. Подробнее на рисунке:
Рисунок 2. Состояние "кнопок" внутри энкодера при вращении
Таким образом, можно просто регулярно проверять две ножки микросхемы, и мы будем знать, куда крутится энкодер.
Попробуем реализовать простенькую программку: пусть у нас будет ATtiny2313, энкодер и парочка светодиодов. Крутим энкодер в одну сторону – горит один светодиод, крутим в другую – другой.
Заморачиваться с погашением светодиодов не будем. Сейчас главное – понять, как работает энкодер. "Пощупать", так сказать!
Итак, алгоритм программы:
- Проверяем состояние энкодера. В "спокойном состоянии" на ножках микросхемы "единичка" - ножки, слушающие энкодер, установлены на вход с подтяжкой. Как только на этих ножках оказывается не "11", а "01" или "10" - энкодер начал крутиться. Запоминаем, что нажалось первое, и переходим на шаг 2.
- Ждём следующего состояния энкодера – нажатия двух внутренних кнопок – "00". Как только получили его, считаем, что энкодер уже точно щелкнул в ту или иную сторону, поэтому зажигаем нужный светодиод и гасим ненужный. Переходим на шаг 3.
- Просто дожидаемся окончания поворота энкодера – то есть, прихода "11". Как только получили, переходим снова на шаг 1.
Тут программа на Си.
typedef unsigned char byte;
typedef unsigned int word;
//глобальные переменные и константы, определяющие распиновку
//переменные для энкодера
byte EncoderDDR at DDRB;
byte EncoderPORT at PORTB;
byte EncoderPIN at PINB;
const byte ENCODER_OUT_A_PIN = 0;
const byte ENCODER_OUT_B_PIN = 1;
//переменные для светодиодов
byte LED_DDR at DDRD;
byte LED_PORT at PORTD;
const byte LED_A_PIN = 0;
const byte LED_B_PIN = 1;
enum TTurnSide {tsLeft, tsRight}; //перечисление сторон поворота энкодера
enum TEncoderState {esWaitChanges, //перечисление состояний энкодера: ожидание изменений ("01 или 10");
esWaitValidation, //ожидание подтверждения поворота ("00");
esWaitEnding}; //ожидание окончания поворота ("11");
void main()
{
//объявляем переменные
enum TTurnSide TurnSide; //переменная, определяющая сторону поворота энкодера.
enum TEncoderState EncoderState = esWaitChanges; //переменная, определяющая текущее состояние энкодера; изначально - "ждём изменений"
//начальная инициализация - все ножки в Z-состояние
PORTA = 0;
DDRA = 0;
PORTB = 0;
DDRB = 0;
PORTD = 0;
DDRD = 0;
//определяем конкретные биты:
EncoderDDR &= ˜((1 << ENCODER_OUT_A_PIN) | (1 << ENCODER_OUT_B_PIN));
EncoderPORT |= (1 << ENCODER_OUT_A_PIN) | (1 << ENCODER_OUT_B_PIN);
LED_DDR |= (1 << LED_A_PIN) | (1 << LED_B_PIN);
LED_PORT |= (1 << LED_A_PIN) | (1 << LED_B_PIN);
while(1)
{
switch (EncoderState) //в зависимости от состояния энкодера
{
case esWaitChanges: //состояние "Ждём начала поворота"
//если есть изменения ("01" или "10")
if ((EncoderPIN.ENCODER_OUT_A_PIN == 0) ˆ (EncoderPIN.ENCODER_OUT_B_PIN == 0))
{
//то запоминаем, в какую сторону поворот
if (EncoderPIN.ENCODER_OUT_A_PIN == 0)
TurnSide = tsLeft;
else
TurnSide = tsRight;
//переходим на следующий шаг - ждём подтверждения поворота
EncoderState = esWaitValidation;
}
break;
case esWaitValidation: //состояние "Ждём подтверждения поворота"
//если пришло подтверждение поворота ("00"):
if ((EncoderPIN.ENCODER_OUT_A_PIN == 0) && (EncoderPIN.ENCODER_OUT_B_PIN == 0))
{
//зажигаем нужный светодиод и гасим ненужный
if (TurnSide == tsLeft)
{
LED_PORT.LED_A_PIN = 0;
LED_PORT.LED_B_PIN = 1;
}
else
{
LED_PORT.LED_B_PIN = 0;
LED_PORT.LED_A_PIN = 1;
}
//переходим на следующий шаг - ждём окончания поворота
EncoderState = esWaitEnding;
}
break;
case esWaitEnding: //состояние "Ждём окончания поворота"
//если перешли в "спокойное" состояние ("11")
if ((EncoderPIN.ENCODER_OUT_A_PIN == 1) && (EncoderPIN.ENCODER_OUT_B_PIN == 1))
EncoderState = esWaitChanges;
break;
}
}
}
А теперь – невероятно, но факт! На mikroPascal не были реализованы ни перечисления, ни наборы, ни объединения.
Жизнь – боль. Удар ниже пояса.
Соответственно, придётся обходить перечисления просто числами – но тогда код становится более запутанным.
Вот программа на Паскале.
program Encoder;
const
ENCODER_OUT_A_PIN = 0;
ENCODER_OUT_B_PIN = 1;
LED_A_PIN = 0;
LED_B_PIN = 1;
var
EncoderDDR: byte at DDRB;
EncoderPORT: byte at PORTB;
EncoderPIN: byte at PINB;
LED_DDR: byte at DDRD;
LED_PORT: byte at PORTD;
TurnSide: byte;
EncoderState: byte;
begin
EncoderState := 0;
//начальная инициализация - все ножки в Z-состояние
PORTA := 0;
DDRA := 0;
PORTB := 0;
DDRB := 0;
PORTD := 0;
DDRD := 0;
//определяем конкретные биты:
EncoderDDR := EncoderDDR and (not((1 shl ENCODER_OUT_A_PIN) or (1 shl ENCODER_OUT_B_PIN)));
EncoderPORT := EncoderPORT or (1 shl ENCODER_OUT_A_PIN) or (1 shl ENCODER_OUT_B_PIN);
LED_DDR := LED_DDR or (1 shl LED_A_PIN) or (1 shl LED_B_PIN);
LED_PORT := LED_PORT or (1 shl LED_A_PIN) or (1 shl LED_B_PIN);
while(1) do
begin
case (EncoderState) of //в зависимости от состояния энкодера
0: //состояние "Ждём начала поворота"
//если есть изменения ("01" или "10")
if ((EncoderPIN.ENCODER_OUT_A_PIN = 0) xor (EncoderPIN.ENCODER_OUT_B_PIN = 0)) then
begin
//то запоминаем, в какую сторону поворот
if (EncoderPIN.ENCODER_OUT_A_PIN = 0) then
TurnSide := 0
else
TurnSide := 1;
//переходим на следующий шаг - ждём подтверждения поворота
EncoderState := 1;
end;
1: //состояние "Ждём подтверждения поворота"
//если пришло подтверждение поворота ("00"):
if ((EncoderPIN.ENCODER_OUT_A_PIN = 0) and (EncoderPIN.ENCODER_OUT_B_PIN = 0)) then
begin
//зажигаем нужный светодиод и гасим ненужный
if (TurnSide = 0) then
begin
LED_PORT.LED_A_PIN := 0;
LED_PORT.LED_B_PIN := 1;
end
else
begin
LED_PORT.LED_B_PIN := 0;
LED_PORT.LED_A_PIN := 1;
end;
//переходим на следующий шаг - ждём окончания поворота
EncoderState := 2;
end;
2: //состояние "Ждём окончания поворота"
//если перешли в "спокойное" состояние ("11")
if ((EncoderPIN.ENCODER_OUT_A_PIN = 1) and (EncoderPIN.ENCODER_OUT_B_PIN = 1)) then
EncoderState := 0;
end;
end;
end.
Итак – оно работает. Но если долго пробовать крутить энкодер в разные стороны, можно заметить, что иногда может, например, включиться не тот светодиодик, а изредка микроконтроллер вообще пропускает обороты.
Почему все работает не идеально? Не будем забывать, что раз у нас энкодер – это просто две кнопки, то, значит, может возникнуть дребезг контактов - это раз. А во-вторых, может так случиться, что начало нашего поворота - "01" или "10" - придется не на момент проверки именно этих состояний.