有高精度絕對(duì)讀數(shù)的低成本旋轉(zhuǎn)編碼器

旋轉(zhuǎn)編碼器通常用于帶伺服反饋的定位系統(tǒng)，這種情況下，編碼器的成本一般并不重要。但編碼器也會(huì)用于對(duì)某些用戶界面上旋鈕位置的編碼，例如音頻系統(tǒng)上的音量旋鈕。對(duì)于這些旋鈕，可以為求低價(jià)、高精度和絕對(duì)讀數(shù)值而選擇電位器，但它們行程有限，通常不到340°，或者可選擇光機(jī)式旋轉(zhuǎn)編碼器，它的行程沒(méi)有限制，但價(jià)格較高，精度低，只有相對(duì)讀數(shù)值。本設(shè)計(jì)實(shí)例嘗試將兩者結(jié)合起來(lái)，兼具了電位器的優(yōu)點(diǎn)，以及光機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器無(wú)邊界操作的特性。

編碼器采用了標(biāo)準(zhǔn)電位器的結(jié)構(gòu)技術(shù)，因此便于生產(chǎn)。它基本上是一個(gè)雙電刷正交式無(wú)界電位器。它有一個(gè)全圓的阻性材料環(huán)，兩端接電，兩個(gè)電氣獨(dú)立的刷片在上面移動(dòng)。兩電刷片相互間為90°角的機(jī)械連接(圖1)。

微控制器中的ADC讀出兩個(gè)信號(hào)，固件用這兩個(gè)信號(hào)確定軸所處的象限。知道了象限以后，就可以用兩個(gè)電刷的信號(hào)計(jì)算出軸的位置。當(dāng)刷片到達(dá)了電源連接處時(shí)，由于非線性響應(yīng)，應(yīng)忽略這個(gè)信號(hào)(圖2)。兩個(gè)電刷間有90°角，因此不可能同時(shí)處于非線性位置。今天，即使最基本的微控制器也會(huì)帶一個(gè)10位ADC，因此兩信號(hào)合計(jì)有11位分辨率，或優(yōu)于0.2 °。如果應(yīng)用不需要絕對(duì)讀數(shù)，或使用軟件復(fù)位時(shí)，微控制器可以將其忽略。

這種正交無(wú)端點(diǎn)電位器提供的體驗(yàn)近似于經(jīng)典模擬收音機(jī)上的老式調(diào)諧旋鈕。它為人機(jī)界面設(shè)計(jì)提供了新的可能，能夠以低成本使消費(fèi)產(chǎn)品獲得高貴感。