【旋转编码器】 应用介绍

  STMduino旋转编码器

鼠标滚轮也是这种操作方法，旋转+点击，只是方向不同。最近在网上买了旋转编码器模块，想把它用到实际制作中。在网上找了很多资料，测试发现其中的代码或多或少都有问题。于是决定自己研究一下旋转编码器的原理，只涉及高低电平应该会比较简单。
我买的旋转编码器模块有5个引脚，分别是VCC, GND, SW, CLK, DT。其中VCC和GND用来接电源和地，按缩写SW应该是Switch（开关）、CLK是Clock（时钟）、DT是Data（数据）。

 
网上的资料虽然代码不是很理想，但介绍的原理基本是没问题的。旋转编码器的操作是旋转和按压转轴，在按下转轴的时候SW引脚的电平会变化，旋转的时候每转动一步CLK和DT的电平是有规律的变化。在只接电源的情况下先测一下各种操作时引脚电平的变化，没有示波器只好用万用表测电压。
点击：SW（红）+GND（黑）时按下和松开按钮没有任何变化，VCC（红）+SW（黑）松开时表针指向0，按下时高电平。据此可以推测SW平时为高阻态，按下时接地。用STMduino检测的方法是设置连接SW的引脚为输入并上拉输出高电平，检测到引脚为低电平则表示按钮按下，以下代码可以正确检测出按钮的变化
 
//定义引脚连接int SW= 4;  // SW->D4bool lastButtonStatus = false;
 void setup()
{
  pinMode(SW, INPUT);
  digitalWrite(SW, HIGH);//连接按钮的引脚设为上拉
  Serial.begin(9600);
}
 void loop()
{
  bool buttonStatus = !digitalRead(SW);//高电平时未按下，状态为false
  if (buttonStatus != lastButtonStatus)
  {
    Serial.println(buttonStatus ? "pressed" : "released");
    lastButtonStatus = buttonStatus;//保存当前状态  }
  delay(100);
}

旋转：CLK(红）+GND（黑），每旋转一次（和方向无关），电平转换一次，DT（红）+GND（黑），变化情况和上一种情况一致，并且CLK和DT的电平保持一致。VCC（红）+CLK（黑），VCC（红）+DT（黑）也是同样的情况。CLK（红）+DT（黑）或者CLK（黑）+DT（红）时，每次旋转（和方向无关）指针都会轻微摆动然后归零，并且相邻两步指针的摆动方向相反。结论：每次旋转CLK和DAT引脚的电平都会变化，电平变化有时间差，但无法区分往哪个方向旋转。
编写测试代码，在按下按钮的时候读取CLK和DT的值：
//定义引脚连接
int CLK = 2;//CLK->D2
int DT = 3;//DT->D3
int SW = 4;//SW->D4
 
void setup()
{
  pinMode(SW, INPUT);
  digitalWrite(SW, HIGH);//连接按钮的引脚设为上拉
  pinMode(CLK, INPUT);
  pinMode(DT, INPUT);
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop()
{
  if (!digitalRead(SW)) //读取到按钮按下时读取CLK和DT的值
  {
    int clkValue = digitalRead(CLK);//读取CLK引脚的电平
    int dtValue = digitalRead(DT);//读取DT引脚的电平
    Serial.print("CLK:");
    Serial.print(clkValue);
    Serial.print("; DT:");
    Serial.println(dtValue);
    delay(1000);
  }
}
测试发现不管顺时针还是逆时针旋转，每次按下按钮之后读取的CLK和DT的值都是一样的，并且相邻两步之间的值是不一样的，符合用万用表测量的结果。

万用表测量时发现CLK和DT的变化有一定的时间差，可以用Arduino在CLK电平变化的瞬间读取DT的值，可能会找到其中的规律。改成通过中断0监控CLK上的电平变化，读取CLK和DT的电平值：
//定义引脚连接
int CLK = 2;//CLK->D2
int DT = 3;//DT->D3
const int interrupt0 = 0;// Interrupt 0 在 pin 2 上
 
void setup()
{
  pinMode(CLK, INPUT);
  pinMode(DT, INPUT);
  attachInterrupt(interrupt0, ClockChanged, CHANGE);//设置中断0的处理函数，电平变化触发
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop()
{
}
 
//中断处理函数
void ClockChanged()
{
  int clkValue = digitalRead(CLK);//读取CLK引脚的电平
  int dtValue = digitalRead(DT);//读取DT引脚的电平
  Serial.print("CLK:");
  Serial.print(clkValue);
  Serial.print("; DT:");
  Serial.println(dtValue);
}
顺时针旋转一步：

顺时针旋转3步（用横线分隔）：

逆时针旋转3步（用横线分隔）：

根据以上测试结果，每旋转一次触发的中断次数不一致，可能是硬件本身引起的，类似按钮抖动。多次测试之后，查看每次变化的最后一组值，顺时针旋转时CLK和DT的值不一致，逆时针旋转时CLK和DT的值一致。修改代码，顺时针时对计数值加1，逆时针时对计数值减1，按下按钮时计数值清零。//定义引脚连接
int CLK = 2;//CLK->D2
int DT = 3;//DT->D3
int SW = 4;//SW->D4
const int interrupt0 = 0;// Interrupt 0 在 pin 2 上
int count = 0;//计数值
int lastCLK = 0;//CLK历史值
 
void setup()
{
  pinMode(SW, INPUT);
  digitalWrite(SW, HIGH);
  pinMode(CLK, INPUT);
  pinMode(DT, INPUT);
  attachInterrupt(interrupt0, ClockChanged, CHANGE);//设置中断0的处理函数，电平变化触发
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop()
{
  if (!digitalRead(SW) && count != 0) //读取到按钮按下并且计数值不为0时把计数器清零
  {
    count = 0;
    Serial.print("count:");
    Serial.println(count);
  }
}
 
//中断处理函数
void ClockChanged()
{
  int clkValue = digitalRead(CLK);//读取CLK引脚的电平
  int dtValue = digitalRead(DT);//读取DT引脚的电平
  if (lastCLK != clkValue)
  {
    lastCLK = clkValue;
    count += (clkValue != dtValue ? 1 : -1);//CLK和DT不一致时+1，否则-1
    Serial.print("count:");
    Serial.println(count);
  }
}
测试发现大多数时候可以正确输出：

偶尔旋转不是很顺畅会出现跳动的情况，这时候能感觉到旋钮在两步之间跳动了一下。看到有人说在引脚和地之间接上滤波电容会好一些，实际测试发现并没有改善。推测由于旋钮是D字型的，用手旋转的时候确实会出现跳动的情况，装上旋钮帽之后应该会避免这种情况。

旋转编码器可以用于需要精确调整值（电位器不准确），操作菜单等场合。后续会使用旋转编码器制作一些小东西，也欢迎大家分享旋转编码器相关代码
灯并联一起接入既可同时控制。 这个就交给大家去实践一下吧！