光電旋轉(zhuǎn)編碼器的原理及應(yīng)用方法

WinCE下光電編碼器的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

近年來(lái)，嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速，嵌入式系統(tǒng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于嵌入式計(jì)算機(jī)的專用性，系統(tǒng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，其輸入設(shè)備也不再像通用計(jì)算機(jī)那樣單一。嵌入式計(jì)算機(jī)的輸入沒(méi)備一般有鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、觸摸屏、按鈕、旋鈕等，而光電編碼器(俗稱“單鍵飛梭”)作為一種輸入設(shè)備，由于其具有輸入靈活，簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)，因此特別適合應(yīng)用在嵌入式儀器和手持式設(shè)備上，整個(gè)系統(tǒng)可以只用一個(gè)鍵作為輸入。觸摸屏由于其方便靈活、節(jié)省空間、界面直觀等特點(diǎn)也備受青睞，但存在壽命短，長(zhǎng)時(shí)間使用容易產(chǎn)生誤差等缺點(diǎn)。如果用光電編碼器輔助觸摸屏作為輸入設(shè)備，必將大大增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，使得人機(jī)接口更加人性化。但由于光電編碼器并不是WinCE的標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備，因此其驅(qū)動(dòng)程序在嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE Platform Builder中并未給出。本文以三星公司S3C2410(ARM9芯片)為CPU的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)板為平臺(tái)，詳細(xì)闡述了嵌入式操作系統(tǒng)WinCE下光電編碼器驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)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(gè)電位器，因其外部有一個(gè)可以左右旋轉(zhuǎn)同時(shí)又可按下的旋鈕，很多設(shè)備(如顯示器、示波器等)用它作為人機(jī)交互接口。下面以美國(guó)Greyhill公司生產(chǎn)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(nèi)部電路如圖1所示，其內(nèi)部有1個(gè)發(fā)光二極管和2個(gè)光敏三極管。當(dāng)左右旋轉(zhuǎn)旋鈕時(shí)，中間的遮光板會(huì)隨旋鈕一起轉(zhuǎn)動(dòng)，光敏三極管就會(huì)被遮光板有次序地遮擋，A、B相就會(huì)輸出圖2所示的波形;當(dāng)按下旋鈕時(shí)，2、3兩腳接通，其用法同一般按鍵。

　　當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，光電編碼器的A相相位會(huì)比B相超前半個(gè)周期;反之，A相會(huì)比B相滯后半個(gè)周期。通過(guò)檢測(cè)A、B兩相的相位就可以判斷旋鈕是順時(shí)針還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)記錄A或B相變化的次數(shù)，就可以得出旋鈕旋轉(zhuǎn)的次數(shù)，通過(guò)檢測(cè)2、3腳是否接通就可以判斷旋鈕是否按下。其具體的鑒相規(guī)則如下：

　　A為上升沿，B=0時(shí)，旋鈕右旋;

　　B為上升沿，A=l時(shí)，旋鈕右旋;

　　A為下降沿，B=1時(shí)，旋鈕右旋;

　　B為下降沿，A=O時(shí)，旋鈕右旋;

　　B為上升沿，A=0時(shí)，旋鈕左旋;

　　A為上升沿，B=1時(shí)，旋鈕左旋;

　　B為下降沿，A=l時(shí)，旋鈕左旋;

　　A為下降沿，B=0時(shí)，旋鈕左旋。

　　通過(guò)上述方法，可以很簡(jiǎn)單地判斷旋鈕的旋轉(zhuǎn)方向。在判斷時(shí)添加適當(dāng)?shù)难訒r(shí)程序，以消除抖動(dòng)干擾。

　　2 WinCE提供的驅(qū)動(dòng)模型

　　WinCE操作系統(tǒng)支持兩種類型的驅(qū)動(dòng)程序。一種為本地驅(qū)動(dòng)程序，是把設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序作為獨(dú)立的任務(wù)實(shí)現(xiàn)的，直接在頂層任務(wù)中實(shí)現(xiàn)硬件操作，因此都有明確和專一的目的。本地設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序適合于那些集成到Windows CE平臺(tái)的設(shè)備，諸如鍵盤(pán)、觸摸屏、音頻等設(shè)備。另一種是具有定制接口的流接口驅(qū)動(dòng)程序。它是一般類型的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。流接口驅(qū)動(dòng)程序的形式為用戶一級(jí)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)文件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)一組固定的函數(shù)稱為“流接口函數(shù)”，這些流接口函數(shù)使得應(yīng)用程序可以通過(guò)文件系統(tǒng)訪問(wèn)這些驅(qū)動(dòng)程序。本文討論的光電編碼器就屬于流接口設(shè)備。

　　2.1 流設(shè)備驅(qū)動(dòng)加載過(guò)程

　　WinCE.NET系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì)啟動(dòng)負(fù)責(zé)流驅(qū)動(dòng)的加載進(jìn)程DEVICE.exe。DEVICE.exe進(jìn)程對(duì)驅(qū)動(dòng)的加載是通過(guò)裝載注冊(cè)表列舉器(RegEnum.dll)實(shí)現(xiàn)的。在WinCE.NET中，所有設(shè)備的資源信息都由OAL負(fù)責(zé)記錄在系統(tǒng)注冊(cè)表中，RegEnum.dll一個(gè)一個(gè)掃描注冊(cè)表項(xiàng)HEKY_LOCAL_MACHINEDriverBuiltIn下的子鍵，發(fā)現(xiàn)新設(shè)備就根據(jù)每個(gè)表項(xiàng)的內(nèi)容進(jìn)行硬件設(shè)備初始化。

　　2.2 中斷與中斷處理

　　如果一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序要處理一個(gè)中斷，那么驅(qū)動(dòng)程序需要首先使用CreateEvent函數(shù)建立一個(gè)事件，調(diào)用InterruptInitialize函數(shù)將該事件與中斷標(biāo)識(shí)綁定。然后驅(qū)動(dòng)程序中的IST就可以使用WaitForSing|eObject函數(shù)來(lái)等待中斷的發(fā)生。在一個(gè)硬件中斷發(fā)生之后，操作系統(tǒng)進(jìn)入異常處理程序，異常處理程序調(diào)用OAL的OEMInterruptHandler函數(shù)，該函數(shù)檢測(cè)硬件并將中斷標(biāo)識(shí)返回給系統(tǒng);系統(tǒng)得到該中斷標(biāo)識(shí)便會(huì)找到該中斷標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的事件，并喚醒等待相應(yīng)事件的線程(IST)，然后IST進(jìn)行中斷處理。處理完成之后，IST需要調(diào)用InterruptDone函數(shù)來(lái)告訴操作系統(tǒng)中斷處理結(jié)束，操作系統(tǒng)再次調(diào)用OAL中的OEMInterruptDone函數(shù)，最后完成中斷的處理。圖3為WinCE.NET中斷處理的流程框圖。

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