昨天的文章中分享了一個小技巧：

設計小技巧：如何用MCU或FPGA的一個數(shù)字IO測量2個電位計的阻值變化?

實際上是利用了我們常用的PWM功能的一個逆向思維應用。

今天再分享一個小技巧 - 如何使用一個MCU的模擬輸入端口連接多個旋轉(zhuǎn)編碼器?

作為一種輸入控制器件，旋轉(zhuǎn)編碼器被大量使用，尤其在測試測量領域，有的設備上會有多個旋轉(zhuǎn)編碼器用于調(diào)節(jié)多個參量。

一般來講，旋轉(zhuǎn)編碼器需要至少2根微控制器的輸入管腳，如果有內(nèi)置的按鍵，還需要第三根。如果連接2個旋轉(zhuǎn)編碼器那就要消耗掉6根輸入管腳，連接3個旋轉(zhuǎn)編碼器需要9根，以此類推。。。

常用的旋轉(zhuǎn)編碼器的外形

旋轉(zhuǎn)編碼器的典型檢測電路

然而，如果你用的MCU有ADC的功能，其實只需要一根模擬輸入管腳就可以搞定多個旋轉(zhuǎn)編碼器的連接。

硬禾學堂的STM32 DIY示波器板用一個旋轉(zhuǎn)編碼器和2個按鍵作為輸入

聽起來不可思議?

我們先看一下旋轉(zhuǎn)編碼器是如何使用的。

確定旋轉(zhuǎn)方向：

編碼器在旋轉(zhuǎn)的時候會同時在其”A“和”B“管腳輸出一串脈沖，從這兩串脈沖的相位關系上就可以確定編碼器的旋轉(zhuǎn)方向 - 將一路脈沖延遲”一步“并將2個脈沖進行異或操作。

比如：

假設管腳 'A'的輸出為：'00110011...' ，管腳'B'的輸出為 '01100110...', 將 'A'的信號延遲一步,得到'01100110...'.， 將延遲后的'A'同'B'異或，將得到'00000000...'. ，向另外要給方向旋轉(zhuǎn)，管腳'A'的輸出變?yōu)?11001100...' ('B'不變), 這樣'A' 延遲一步編程'10011001...'.再跟'B'信號異或，就給出結(jié)果'11111111...'.

用模擬的方式來實現(xiàn)：

我們可以把'A'和'B'輸出的信號一起看，當成是一個2bit的并行總線，能夠有4種組合的輸出: 0b00, 0b01, 0b10 and 0b11 (格雷碼).多個位數(shù)的二進制值可以轉(zhuǎn)換成一個模擬電壓信號，這本質(zhì)上就是一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器.

R-2R電阻網(wǎng)絡

有一種非常簡單實現(xiàn)的DAC是R-2R電阻網(wǎng)絡，這種方法只使用兩個電阻值R和2R就可以構(gòu)成一個網(wǎng)絡，每增加一個位數(shù)，只需要增加兩個電阻。一個2根管腳的旋轉(zhuǎn)編碼器只需要4個電阻，如下圖：

這個電路可以產(chǎn)生4個不同電壓值的信號，這個信號用單片機的ADC進行量化解碼，即可解碼得到管腳”A“和”B“的值。一般旋轉(zhuǎn)編碼器還有一個按鍵，考慮到按鍵的輸入檢測，電路可以變成下面這樣：

一個實際的實現(xiàn)

兩個旋轉(zhuǎn)編碼器再加上內(nèi)置的按鍵，共需要一個6位的DAC.一般MCU內(nèi)置的ADC為10位，可以非常輕松地解碼由此生成的模擬信號，并且每1位相當于還有4bit的分辨率余量，因此我們可以使用5%精度的電阻 (當然1% 會更好).

R-2R的阻值相對于上拉電阻要足夠大，以避免引起R-2R的比值失衡，同時上拉電阻也不能太小，否則流過開關觸點的電流會太大。

2R電阻可以簡單地將兩個R阻值的電阻串聯(lián)起來，還可以節(jié)省一種阻值的電阻.

為防止觸點的抖動需要加一個0.01uF的電容，否則會引起兩個編碼器之間的干擾。

觸點抖動噪聲

通過電容濾除掉觸點抖動噪聲

是不是又Get到一個新技能?

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原文標題：逆向思維: 如何用一根MCU的模擬輸入檢測多個旋轉(zhuǎn)編碼器?

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審核編輯：湯梓紅