光電旋轉編碼器的原理及應用方法

2020-11-24 電子產品世界

WinCE下光電編碼器的驅動程序設計

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/168291.htm

近年來，嵌入式技術發展迅速，嵌入式系統在各行各業得到了廣泛的應用。然而，由於嵌入式計算機的專用性，系統的硬體、軟體結構千差萬別，其輸入設備也不再像通用計算機那樣單一。嵌入式計算機的輸入沒備一般有滑鼠、鍵盤、觸控螢幕、按鈕、旋鈕等，而光電編碼器(俗稱「單鍵飛梭」)作為一種輸入設備，由於其具有輸入靈活，簡單可靠等特點，因此特別適合應用在嵌入式儀器和手持式設備上，整個系統可以只用一個鍵作為輸入。觸控螢幕由於其方便靈活、節省空間、界面直觀等特點也備受青睞，但存在壽命短，長時間使用容易產生誤差等缺點。如果用光電編碼器輔助觸控螢幕作為輸入設備，必將大大增強系統的可靠性，使得人機接口更加人性化。但由於光電編碼器並不是WinCE的標準輸入設備，因此其驅動程序在嵌入式作業系統Windows CE Platform Builder中並未給出。本文以三星公司S3C2410(ARM9晶片)為CPU的嵌入式系統開發板為平臺，詳細闡述了嵌入式作業系統WinCE下光電編碼器驅動程序的設計方法，以供同行參考。

　　1 光電編碼器的工作原理

　　光電編碼器(OptICal Encoder)俗稱「單鍵飛梭」，其外觀好像一個電位器，因其外部有一個可以左右旋轉同時又可按下的旋鈕，很多設備(如顯示器、示波器等)用它作為人機互動接口。下面以美國Greyhill公司生產的光電編碼器為例，介紹其工作原理及使用方法。光電編碼器的內部電路如圖1所示，其內部有1個發光二極體和2個光敏三極體。當左右旋轉旋鈕時，中間的遮光板會隨旋鈕一起轉動，光敏三極體就會被遮光板有次序地遮擋，A、B相就會輸出圖2所示的波形;當按下旋鈕時，2、3兩腳接通，其用法同一般按鍵。

　　

　　當順時針旋轉時，光電編碼器的A相相位會比B相超前半個周期;反之，A相會比B相滯後半個周期。通過檢測A、B兩相的相位就可以判斷旋鈕是順時針還是逆時針旋轉，通過記錄A或B相變化的次數，就可以得出旋鈕旋轉的次數，通過檢測2、3腳是否接通就可以判斷旋鈕是否按下。其具體的鑑相規則如下：

　　A為上升沿，B=0時，旋鈕右旋;

　　B為上升沿，A=l時，旋鈕右旋;

　　A為下降沿，B=1時，旋鈕右旋;

　　B為下降沿，A=O時，旋鈕右旋;

　　B為上升沿，A=0時，旋鈕左旋;

　　A為上升沿，B=1時，旋鈕左旋;

　　B為下降沿，A=l時，旋鈕左旋;

　　A為下降沿，B=0時，旋鈕左旋。

　　通過上述方法，可以很簡單地判斷旋鈕的旋轉方向。在判斷時添加適當的延時程序，以消除抖動幹擾。

　　2 WinCE提供的驅動模型

　　WinCE作業系統支持兩種類型的驅動程序。一種為本地驅動程序，是把設備驅動程序作為獨立的任務實現的，直接在頂層任務中實現硬體操作，因此都有明確和專一的目的。本地設備驅動程序適合於那些集成到Windows CE平臺的設備，諸如鍵盤、觸控螢幕、音頻等設備。另一種是具有定製接口的流接口驅動程序。它是一般類型的設備驅動程序。流接口驅動程序的形式為用戶一級的動態連結庫(DLL)文件，用來實現一組固定的函數稱為「流接口函數」，這些流接口函數使得應用程序可以通過文件系統訪問這些驅動程序。本文討論的光電編碼器就屬於流接口設備。

　　2.1 流設備驅動加載過程

　　WinCE.NET系統運行時會啟動負責流驅動的加載進程DEVICE.exe。DEVICE.exe進程對驅動的加載是通過裝載註冊表列舉器(RegEnum.dll)實現的。在WinCE.NET中，所有設備的資源信息都由OAL負責記錄在系統註冊表中，RegEnum.dll一個一個掃描註冊表項HEKY_LOCAL_MACHINEDriverBuiltIn下的子鍵，發現新設備就根據每個表項的內容進行硬體設備初始化。

　　2.2 中斷與中斷處理

　　如果一個驅動程序要處理一個中斷，那麼驅動程序需要首先使用CreateEvent函數建立一個事件，調用InterruptInitialize函數將該事件與中斷標識綁定。然後驅動程序中的IST就可以使用WaitForSing|eObject函數來等待中斷的發生。在一個硬體中斷發生之後，作業系統進入異常處理程序，異常處理程序調用OAL的OEMInterruptHandler函數，該函數檢測硬體並將中斷標識返回給系統;系統得到該中斷標識便會找到該中斷標識對應的事件，並喚醒等待相應事件的線程(IST)，然後IST進行中斷處理。處理完成之後，IST需要調用InterruptDone函數來告訴作業系統中斷處理結束，作業系統再次調用OAL中的OEMInterruptDone函數，最後完成中斷的處理。圖3為WinCE.NET中斷處理的流程框圖。

　　

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