旋轉(zhuǎn)編碼器是一種輸入設(shè)備，可幫助用戶與系統(tǒng)進(jìn)行交互。它看起來更像是一個(gè)無線電電位計(jì)，但它輸出一系列脈沖，這使得它的應(yīng)用獨(dú)一無二。當(dāng)編碼器的旋鈕旋轉(zhuǎn)時(shí)，它以小步長的形式旋轉(zhuǎn)，這有助于它用于步進(jìn)/伺服電機(jī)控制，瀏覽一系列菜單以及增加/減少數(shù)字的值等等。

在本文中，我們將了解不同類型的旋轉(zhuǎn)編碼器及其工作原理。我們還將它與 Arduino 連接，并通過旋轉(zhuǎn)編碼器來控制整數(shù)的值，并在 16*2 LCD 屏幕上顯示其值。在本教程結(jié)束時(shí)，您將習(xí)慣于為您的項(xiàng)目使用旋轉(zhuǎn)編碼器。所以讓我們開始吧...

所需材料

旋轉(zhuǎn)編碼器 （KY-040）

Arduino UNO

16*2字母數(shù)字液晶顯示器

電位器 10k

面包板

連接線

旋轉(zhuǎn)編碼器如何工作？

旋轉(zhuǎn)編碼器是一種機(jī)電換能器，這意味著它將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電子脈沖。它由一個(gè)旋鈕組成，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋鈕將逐步移動(dòng)，并為每個(gè)步驟產(chǎn)生一系列具有預(yù)定義寬度的脈沖序列。有許多類型的編碼器，每種都有自己的工作機(jī)制，我們稍后將了解這些類型，但現(xiàn)在讓我們只關(guān)注KY040 增量編碼器，因?yàn)槲覀冊(cè)诮坛讨惺褂盟?/p>

編碼器的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)如下所示。它基本上由一個(gè)圓形圓盤（灰色）組成，導(dǎo)電墊（銅色）放置在該圓形圓盤的頂部。這些導(dǎo)電墊放置在相等的距離上，如下所示。輸出引腳固定在這個(gè)圓形圓盤的頂部，這樣當(dāng)旋鈕旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)電墊與輸出引腳接觸。這里有兩個(gè)輸出引腳，輸出A和輸出B，如下圖所示。

輸出引腳A和輸出B產(chǎn)生的輸出波形分別以藍(lán)色和綠色顯示。當(dāng)導(dǎo)電焊盤直接位于引腳下方時(shí)，它會(huì)變高，從而按時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)導(dǎo)電焊盤移開時(shí)，引腳變低，導(dǎo)致上面所示波形的關(guān)斷時(shí)間。現(xiàn)在，如果我們計(jì)算脈沖數(shù)，我們將能夠確定編碼器移動(dòng)了多少步。

現(xiàn)在可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題，為什么我們需要兩個(gè)脈沖信號(hào)，而一個(gè)脈沖信號(hào)足以計(jì)算旋轉(zhuǎn)旋鈕時(shí)采取的步數(shù)。這是因?yàn)槲覀冃枰_定旋鈕的旋轉(zhuǎn)方向。如果你看一下這兩個(gè)脈沖，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們都是90°的異相。因此，當(dāng)旋鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出 A 將首先變高，當(dāng)旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出 B 將首先變高。

旋轉(zhuǎn)編碼器的類型

市場上有許多類型的旋轉(zhuǎn)編碼器，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)自己的應(yīng)用選擇一種。下面列出了最常見的類型

增量編碼器

絕對(duì)值編碼器

磁編碼器

光學(xué)編碼器

激光編碼器

這些編碼器根據(jù)輸出信號(hào)和傳感技術(shù)進(jìn)行分類，增量編碼器和絕對(duì)編碼器根據(jù)輸出信號(hào)進(jìn)行分類，磁性、光學(xué)和激光編碼器根據(jù)傳感技術(shù)進(jìn)行分類。此處使用的編碼器是增量類型編碼器。

KY-040 旋轉(zhuǎn)編碼器引腳排列和說明

KY-040增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的引腳排列如下所示

前兩個(gè)引腳（接地和Vcc）用于為編碼器供電，通常使用+5V電源。除了順時(shí)針和逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)旋鈕外，編碼器還有一個(gè)開關(guān)（低電平有效），可以通過按下內(nèi)部旋鈕來按下。來自該開關(guān)的信號(hào)通過引腳 3（開關(guān)）獲得。最后，它具有兩個(gè)輸出引腳，可產(chǎn)生如上所述的波形。現(xiàn)在讓我們學(xué)習(xí)如何將其與Arduino接口。

Arduino 旋轉(zhuǎn)編碼器電路圖

旋轉(zhuǎn)編碼器與Arduino接口的完整電路圖如下圖所示

旋轉(zhuǎn)編碼器有 5 個(gè)引腳，順序如上標(biāo)簽所示。前兩個(gè)引腳是接地和Vcc，連接到Arduino的接地和+5V引腳。編碼器的開關(guān)連接到數(shù)字引腳D10，并通過一個(gè)1k電阻被拉高。兩個(gè)輸出引腳分別連接到D9和D8。

為了顯示通過旋轉(zhuǎn)編碼器增加或減少的變量值，我們需要一個(gè)顯示模塊。這里使用的是一種常見的16 * 2字母數(shù)字LCD顯示器。我們已經(jīng)連接了顯示器以4位模式運(yùn)行，并使用Arduino的+5V引腳為其供電。電位計(jì)用于調(diào)整LCD顯示屏的對(duì)比度。如果您想了解有關(guān)使用Arduino接口LCD顯示器的更多信息，請(qǐng)點(diǎn)擊鏈接。完整的電路可以建在面包板的頂部，一旦所有連接完成，我的下面看起來像這樣。

為旋轉(zhuǎn)編碼器編程 Arduino

如果您了解旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理，那么對(duì)Arduino板進(jìn)行編程以將旋轉(zhuǎn)編碼器與其連接是相當(dāng)容易和直接的。我們只需要讀取脈沖數(shù)來確定編碼器轉(zhuǎn)了多少圈，并檢查哪個(gè)脈沖先變高，以找到編碼器旋轉(zhuǎn)的方向。在本教程中，我們將在LCD的第一行顯示遞增或遞減的數(shù)字，在第二行顯示編碼器的方向。用于執(zhí)行相同操作的完整程序可以在此頁面底部找到演示視頻，它不需要任何庫。現(xiàn)在，讓我們將程序分成小塊以了解工作原理。

由于我們使用了LCD顯示器，因此我們包含了默認(rèn)情況下存在于Arduino IDE中的液晶庫。然后我們定義用于將LCD與Arduino連接的引腳。最后，我們初始化這些引腳上的LCD顯示。

#include //Default Arduino LCD Library is included

const int rs = 7, en = 6, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2; //Mention the pin number for LCD connection

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

lcd.begin(16, 2); //Initialise 16*2 LCD

接下來在設(shè)置功能中，我們?cè)贚CD屏幕上顯示一條介紹性消息，然后等待2秒鐘，以便該消息可供用戶閱讀。這是為了確保液晶屏工作正常。

lcd.print(" Rotary Encoder "); //Intro Message line 1

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(" With Arduino "); //Intro Message line 2

delay(2000);

lcd.clear();

旋轉(zhuǎn)編碼器有三個(gè)輸出引腳，它們將成為Arduino的輸入引腳。這三個(gè)引腳分別是開關(guān)、輸出 A 和輸出 B。這些使用pinMode函數(shù)聲明為輸入，如下所示。

//pin Mode declaration

pinMode (Encoder_OuputA, INPUT);

pinMode (Encoder_OuputB, INPUT);

pinMode (Encoder_Switch, INPUT);

在 void 設(shè)置功能中，我們讀取輸出 A 引腳的狀態(tài)以檢查引腳的最后狀態(tài)。然后，我們將使用此信息與新值進(jìn)行比較，以檢查哪個(gè)引腳（輸出 A 或輸出 B）已變高。

Previous_Output = digitalRead(Encoder_OuputA); //Read the inital value of Output A

最后，在主循環(huán)函數(shù)中，我們必須將輸出 A 和輸出 B 的值與上一個(gè)輸出進(jìn)行比較，以檢查哪個(gè)先變高。這可以通過簡單地將A和B的電流輸出值與先前的輸出進(jìn)行比較來完成，如下所示。

if (digitalRead(Encoder_OuputA) != Previous_Output)

{

if (digitalRead(Encoder_OuputB) != Previous_Output)

{

Encoder_Count ++;

lcd.clear();

lcd.print(Encoder_Count);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("Clockwise");

}

在上面的代碼中，如果輸出 B 與上一個(gè)輸出相比發(fā)生了變化，則執(zhí)行第二個(gè) if 條件。在這種情況下，編碼器變量的值遞增，LCD顯示編碼器按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。類似地，如果條件失敗，在隨后的 else 條件中，我們遞減變量并顯示編碼器沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。相同的代碼如下所示。

else

{

Encoder_Count--;

lcd.clear();

lcd.print(Encoder_Count);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("Anti - Clockwise");

}

}

最后，在主循環(huán)結(jié)束時(shí)，我們必須使用當(dāng)前輸出值更新以前的輸出值，以便可以使用相同的邏輯重復(fù)循環(huán)。以下代碼執(zhí)行相同的操作

Previous_Output = digitalRead(Encoder_OuputA);

另一個(gè)可選的事情是檢查編碼器上的開關(guān)是否被按下。這可以通過檢查旋轉(zhuǎn)打碼機(jī)上的開關(guān)引腳來監(jiān)控。此引腳是有效的低引腳，這意味著按下按鈕時(shí)它將變?yōu)榈碗娖健Ｈ绻话聪乱_保持高電平，我們還使用上拉電阻器來確保在未按下開關(guān)時(shí)保持高電平，從而避免浮點(diǎn)情況。

if (digitalRead(Encoder_Switch) == 0) { lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Switch pressed"); }

旋轉(zhuǎn)編碼器與Arduino的工作

硬件和代碼準(zhǔn)備就緒后，只需將代碼上傳到Arduino板并啟動(dòng)Arduino板即可。您可以通過 USB 電纜或使用 12V 適配器為其供電。通電后，液晶屏應(yīng)顯示介紹消息，然后變?yōu)榭瞻住，F(xiàn)在旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)編碼器，您應(yīng)該會(huì)看到值開始根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向遞增或遞減。第二行將顯示編碼器是順時(shí)針還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。下圖顯示相同

此外，當(dāng)按下按鈕時(shí)，第二行將顯示按鈕已按下。完整的工作可以在下面的視頻中找到。這只是一個(gè)示例程序，用于將編碼器與Arduino連接并檢查其是否按預(yù)期工作。到達(dá)此處后，您應(yīng)該能夠?qū)⒕幋a器用于任何項(xiàng)目和相應(yīng)的程序。

/*

* Interfacing Rotary Encoder with Arduino

* Power LCD and Rotary encoder from the +5V pin of Arduino

* LCD RS -> pin 7

* LCD EN -> pin 6

* LCD D4 -> pin 5

* LCD D5 -> pin 4

* LCD D6 -> pin 3

* LCD D7 -> pin 2

* Encoder Switch -> pin 10

* Encoder Output A -> pin 9

* Encoder Output B -> pin 8

*/


int Encoder_OuputA = 9;

int Encoder_OuputB = 8;

int Encoder_Switch = 10;


int Previous_Output;

int Encoder_Count;





#include //Default Arduino LCD Librarey is included


const int rs = 7, en = 6, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2; //Mention the pin number for LCD connection

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);


void setup() {

lcd.begin(16, 2); //Initialise 16*2 LCD


lcd.print(" Rotary Encoder "); //Intro Message line 1

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(" With Arduino "); //Intro Message line 2


delay(2000);

lcd.clear();


//pin Mode declaration

pinMode (Encoder_OuputA, INPUT);

pinMode (Encoder_OuputB, INPUT);

pinMode (Encoder_Switch, INPUT);


Previous_Output = digitalRead(Encoder_OuputA); //Read the inital value of Output A

}


void loop() {

//aVal = digitalRead(pinA);



if (digitalRead(Encoder_OuputA) != Previous_Output)

{

if (digitalRead(Encoder_OuputB) != Previous_Output)

{

Encoder_Count ++;

lcd.clear();

lcd.print(Encoder_Count);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("Clockwise");

}

else

{

Encoder_Count--;

lcd.clear();

lcd.print(Encoder_Count);

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("Anti - Clockwise");

}

}


Previous_Output = digitalRead(Encoder_OuputA);


if (digitalRead(Encoder_Switch) == 0)

{

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("Switch pressed");

}

}