Подключение инкрементального энкодера к микроконтроллеру PIC: схема и программа

Инкрементальный энкодер (Rotary encoder) во многом похож на обычный потенциометр, но его выход – это последовательность импульсов, что значительно отличает работу с ним по сравнению с другими известными устройствами ввода. При вращении оси инкрементального энкодера она вращается небольшими шагами, что делает его удобным для управления серво- и шаговыми двигателями, навигации по какому либо меню, увеличения/уменьшения каких либо значений и многое другое.

В этой статье мы рассмотрим различные типы инкрементальных энкодеров и принципы их работы. Также мы рассмотрим подключение инкрементального энкодера к микроконтроллеру PIC16F877A, с его помощью мы будем управлять значением переменной целого типа и отображать ее значение на экране ЖК дисплея 16х2.

Также на нашем сайте мы рассматривали подключение инкрементального энкодера к другим микроконтроллерам (платам):

Типы инкрементальных энкодеров

Инкрементальный энкодер также иногда называют круговым датчиком положения (shaft encoder). Он представляет собой электромеханический преобразователь, преобразующий механические движения в последовательность импульсов. Другими словами, он преобразует положение своей оси в цифровой или аналоговый сигнал. Он включат ось, которая вращается шаг за шагом и формирует последовательность импульсов с заданной шириной для каждого шага.

К наиболее популярным типам энкодеров относятся следующие:

инкрементальный энкодер;
абсолютный энкодер;
магнитный энкодер;
оптический энкодер;
лазерный энкодер.

Эти энкодеры классифицируются по типу выходного сигнала и сенсорной техники. Инкрементальные и абсолютные энкодеры классифицируются на основе выходного сигнала. Магнитные, оптические и лазерные энкодеры классифицируются на основе сенсорной техники. В нашем проекте мы будем использовать инкрементальный энкодер.

Абсолютные энкодеры способны сохранять информацию о положении своей оси даже после выключения питания. Все другие типы энкодеров способны хранить информацию о местоположении своей оси только при включенном питании.

Инкрементальный энкодер KY-040

Назначение контактов (распиновка) инкрементального энкодера KY-040 показаны на рисунке ниже. В нашем проекте мы его будем подключать к популярному микроконтроллеру PIC16F877A.

Первые два контакта (Ground и Vcc) используются для подачи питания на энкодер, обычно +5V. Кроме способности вращения своей оси по часовой и против часовой стрелки энкодер также содержит переключатель (в активном состоянии low), который переключается при нажатии оси энкодера внутрь. Сигнал от этого переключателя доступен на контакте 3 (SW) энкодера. На двух выходных контактах DT и CLK формируются последовательности импульсов, по которым можно определить направление вращения энкодера.

Принцип работы инкрементального энкодера

Выходные сигналы энкодера полностью зависят от его внутренних медных пластин, которые обеспечивают соединение оси энкодера с контактами GND и VCC.

Инкрементальный энкодер состоит из двух основных частей. Первой из них является шестерня (Shaft Wheel), которая соединена с осью и вращается по часовой или против часовой стрелки в зависимости от вращения оси. Второй частью энкодера является база (основание) со всеми электрическими соединениями энкодера. База имеет точки (порты), которые соединены с контактами DT и CLK энкодера таким образом, что когда шестерня вращается, она подключается к точкам базы и формирует прямоугольную волну на контактах DT и CLK. Внешний вид данных прямоугольных волн показан на следующем рисунке.

Как видите, эти прямоугольные волны полностью идентичны, только сдвинуты относительно друг друга на ¼ периода. Поэтому на выходах энкодера возможны 4 состояния: 0 0, 1 0, 1 1, 0 1. Последовательность состояний выходов энкодера позволяет однозначно определить в какую сторону вращается его ось. К примеру, если в состоянии покоя на выходах энкодера были состояния 1 0, которые после начала вращения его оси сменились на 1 1, это будет означать что ось энкодера сделала один шаг в направлении по часовой стрелке. А если после состояния покоя значения 1 0 сменились на 0 0, это будет означать что ось энкодера сделала один шаг в направлении против часовой стрелки.

Необходимые компоненты

Микроконтроллер PIC16F877A (купить на AliExpress).
Инкрементальный энкодер (купить на AliExpress).
Программатор PICkit 3 (купить на AliExpress).
ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
Кварцевый генератор 20 МГц (купить на AliExpress).
Конденсаторы 33 пФ (2шт.) (купить на AliExpress).
Резисторы 1 кОм, 4,7 кОм (купить на AliExpress).
Потенциометр 10 кОм (купить на AliExpress).
Адаптер питания на 5V.
Макетная плата.
Соединительные провода.

Реклама: ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН: 7703380158

Схема проекта

Схема подключения инкрементального энкодера к микроконтроллеру PIC16F877A представлена на следующем рисунке.

Внешний вид собранной конструкции проекта показан на следующем рисунке.

Внешний вид соединений проекта на макетной плате показан на следующем рисунке. В окончательной версии проекта мы вместо потенциометра для регулировки контрастности ЖК дисплея использовали резистор 1 кОм.

Объяснение программы для микроконтроллера PIC

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

Как уже отмечалось ранее, для определения направления вращения энкодера необходимо анализировать динамику изменений состояний его выходов DT и CLK. Фрагмент кода для выполнения этой задачи будет выглядеть следующим образом:

  if (Encoder_CLK != position){
            if (Encoder_DT != position){
               // lcd_com (0x01);
                counter++; // Increase the counter which will be printed on the lcd
                lcd_com (0xC0);
                lcd_puts("                ");
                lcd_com (0xC0);
                lcd_bcd(1,counter);
            }

            else{
              // lcd_com (0x01);
                lcd_com (0xC0);
                counter--; // decrease the counter
                lcd_puts("                ");
                lcd_com (0xC0);
                lcd_bcd(1,counter);
                //lcd_puts("Left");
            }           
        }

if (Encoder_CLK != position){

if (Encoder_DT != position){

// lcd_com (0x01);

counter++; // Increase the counter which will be printed on the lcd

lcd_com (0xC0);

lcd_puts(" ");

lcd_com (0xC0);

lcd_bcd(1,counter);

}

else{

// lcd_com (0x01);

lcd_com (0xC0);

counter--; // decrease the counter

lcd_puts(" ");

lcd_com (0xC0);

lcd_bcd(1,counter);

//lcd_puts("Left");

}

Также необходимо сохранять позицию каждого шага – для этого мы будем использовать переменную “position”.

position = Encoder_CLK; // It is to store the encoder clock position on the variable. Can be 0 or 1.

1	position = Encoder_CLK; // It is to store the encoder clock position on the variable. Can be 0 or 1.

Дополнительно при нажатии переключателя энкодера мы будем выдавать об этом соответствующее сообщение на экран ЖК дисплея.

if (Encoder_SW == 0){
            sw_delayms(20); //debounce delay
            if (Encoder_SW == 0){
                //lcd_com(1);
                //lcd_com(0xC0);
                lcd_puts ("switch pressed");
//                itoa(counter, value, 10);
//                lcd_puts(value);

if (Encoder_SW == 0){

sw_delayms(20); //debounce delay

if (Encoder_SW == 0){

//lcd_com(1);

//lcd_com(0xC0);

lcd_puts ("switch pressed");

// itoa(counter, value, 10);

// lcd_puts(value);

Функция system_init будет использоваться для инициализации используемых контактов, ЖК дисплея и первоначальной позиции оси энкодера.

void system_init(){
    TRISB = 0x00; // PORT B as output, This port is used for LCD    
    TRISDbits.TRISD2 = 1;
    TRISDbits.TRISD3 = 1;
    TRISCbits.TRISC4 = 1;
    lcd_init(); // This will Initialize the LCD
    position = Encoder_CLK;// Sotred the CLK position on system init, before the while loop start.
}

void system_init(){

TRISB = 0x00; // PORT B as output, This port is used for LCD

TRISDbits.TRISD2 = 1;

TRISDbits.TRISD3 = 1;

TRISCbits.TRISC4 = 1;

lcd_init(); // This will Initialize the LCD

position = Encoder_CLK;// Sotred the CLK position on system init, before the while loop start.

}

Функции для работы с ЖК дисплеем содержатся в библиотеке, располагающейся в файлах lcd.c и lcd.h.

Более подробно работу проекта вы можете посмотреть на видео, приведенном в конце статьи.

Исходный код программы

/*
 * File:   main.c
 * Author: Sourav Gupta
 *
 * Created on 18 Dec 2018, 18:57
 */

/*
 * Configuration Related settings. Specific for microcontroller unit.
 */
#pragma config FOSC = HS        // Oscillator Selection bits (HS oscillator)
#pragma config WDTE = OFF       // Watchdog Timer Enable bit (WDT disabled)
#pragma config PWRTE = OFF      // Power-up Timer Enable bit (PWRT disabled)
#pragma config BOREN = ON       // Brown-out Reset Enable bit (BOR enabled)
#pragma config LVP = OFF         // Low-Voltage (Single-Supply) In-Circuit Serial Programming Enable bit (RB3/PGM pin has PGM function; low-voltage programming enabled)
#pragma config CPD = OFF        // Data EEPROM Memory Code Protection bit (Data EEPROM code protection off)
#pragma config WRT = OFF        // Flash Program Memory Write Enable bits (Write protection off; all program memory may be written to by EECON control)
#pragma config CP = OFF         // Flash Program Memory Code Protection bit (Code protection off)

#define _XTAL_FREQ 20000000
/*
 * System Header files inclusions
 */

#include <xc.h>
//#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "supporting c files/lcd.h"
#define Encoder_SW PORTDbits.RD2
#define Encoder_DT PORTDbits.RD3
#define Encoder_CLK PORTCbits.RC4

/*
 * Program flow related functions
 */

int counter; // It will hold the count of rotary encoder.
int position; // It will store the rotary encoder position.
void sw_delayms(unsigned int d);
int value[7];

/*
 * System Init Function
 */

void system_init ();
/* Main function single Thread*/
void main(void) {
    system_init();
    lcd_puts ("Circuit Digest");
    lcd_com(0xC0);
    counter = 0;
    while(1){
        lcd_com(0xC0);
        if (Encoder_SW == 0){
            sw_delayms(20);
            if (Encoder_SW == 0){
                //lcd_com(1);
                //lcd_com(0xC0);
                lcd_puts ("switch pressed");
//                itoa(counter, value, 10);
//                lcd_puts(value);
            }
        }                       

       if (Encoder_CLK != position){
            if (Encoder_DT != position){
               // lcd_com (0x01);
                counter++;
                lcd_com (0xC0);
                lcd_puts("                ");
                lcd_com (0xC0);
                lcd_bcd(1,counter);
            }
            else{
               // lcd_com (0x01);
                lcd_com (0xC0);
                counter--;
                lcd_puts("                ");
                lcd_com (0xC0);
                lcd_bcd(1,counter);
                //lcd_puts("Left");
            }           
        }
        position = Encoder_CLK;                
}
    return;
}

void sw_delayms(unsigned int d){
int x, y;
for(x=0;x<d;x++)
for(y=0;y<=1275;y++);
}
 
void system_init(){
    TRISB = 0x00; // PORT B as output, This port is used for LCD    
    TRISDbits.TRISD2 = 1;
    TRISDbits.TRISD3 = 1;
    TRISCbits.TRISC4 = 1;
    lcd_init(); // This will Initialize the LCD
    position = Encoder_CLK;// Sotred the CLK position on system init, before the while loop start.
}

100

101

102

103

* File: main.c

* Author: Sourav Gupta

* Created on 18 Dec 2018, 18:57

* Configuration Related settings. Specific for microcontroller unit.

#pragma config FOSC = HS // Oscillator Selection bits (HS oscillator)

#pragma config WDTE = OFF // Watchdog Timer Enable bit (WDT disabled)

#pragma config PWRTE = OFF // Power-up Timer Enable bit (PWRT disabled)

#pragma config BOREN = ON // Brown-out Reset Enable bit (BOR enabled)

#pragma config LVP = OFF // Low-Voltage (Single-Supply) In-Circuit Serial Programming Enable bit (RB3/PGM pin has PGM function; low-voltage programming enabled)

#pragma config CPD = OFF // Data EEPROM Memory Code Protection bit (Data EEPROM code protection off)

#pragma config WRT = OFF // Flash Program Memory Write Enable bits (Write protection off; all program memory may be written to by EECON control)

#pragma config CP = OFF // Flash Program Memory Code Protection bit (Code protection off)

#define _XTAL_FREQ 20000000

* System Header files inclusions

#include <xc.h>

//#include <string.h>

#include <stdlib.h>

#include "supporting c files/lcd.h"

#define Encoder_SW PORTDbits.RD2

#define Encoder_DT PORTDbits.RD3

#define Encoder_CLK PORTCbits.RC4

* Program flow related functions

int counter; // It will hold the count of rotary encoder.

int position; // It will store the rotary encoder position.

void sw_delayms(unsigned int d);

int value[7];

* System Init Function

void system_init ();

/* Main function single Thread*/

void main(void) {

system_init();

lcd_puts ("Circuit Digest");

lcd_com(0xC0);

counter = 0;

while(1){

lcd_com(0xC0);

if (Encoder_SW == 0){

sw_delayms(20);

if (Encoder_SW == 0){

//lcd_com(1);

//lcd_com(0xC0);

lcd_puts ("switch pressed");

// itoa(counter, value, 10);

// lcd_puts(value);

}

if (Encoder_CLK != position){

if (Encoder_DT != position){

// lcd_com (0x01);

counter++;

lcd_com (0xC0);

lcd_puts(" ");

lcd_com (0xC0);

lcd_bcd(1,counter);

}

else{

// lcd_com (0x01);

lcd_com (0xC0);

counter--;

lcd_puts(" ");

lcd_com (0xC0);

lcd_bcd(1,counter);

//lcd_puts("Left");

}

position = Encoder_CLK;

}

return;

}

void sw_delayms(unsigned int d){

int x, y;

for(x=0;x<d;x++)

for(y=0;y<=1275;y++);

}

void system_init(){

TRISB = 0x00; // PORT B as output, This port is used for LCD

TRISDbits.TRISD2 = 1;

TRISDbits.TRISD3 = 1;

TRISCbits.TRISC4 = 1;

lcd_init(); // This will Initialize the LCD

position = Encoder_CLK;// Sotred the CLK position on system init, before the while loop start.

}

Видео, демонстрирующее работу проекта

(Проголосуй первым!)

Загрузка...

1 618 просмотров

Александр Захаров говорит 31.07.2023 в 18:08:

Весьма плохой перевод статьи зарубежного автора. Масса неточностей, недомолвок, ошибок...

Ответить ↓
- admin-new говорит 31.07.2023 в 23:13:
  
  Может подскажите где вы обнаружили ошибки и опечатки? Большинству посетителей сайта нравятся мои переводы и в комментариях на сайте мне уже много раз высказывали благодарность за проделанный мной труд
  
  Ответить ↓
Вячеслав говорит 30.04.2023 в 19:38:

Здравствуйте! Можно получить исходный код в HEX формате

Ответить ↓
- admin-new говорит 01.05.2023 в 10:06:
  
  Добрый день. К сожалению у меня нет кода этой программы в HEX формате
  
  Ответить ↓

Подключение инкрементального энкодера к микроконтроллеру PIC16F877A

Типы инкрементальных энкодеров

Инкрементальный энкодер KY-040

Принцип работы инкрементального энкодера

Необходимые компоненты

Схема проекта

Объяснение программы для микроконтроллера PIC

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу проекта

Комментарии

Подключение инкрементального энкодера к микроконтроллеру PIC16F877A — 4 комментария

Добавить комментарий Отменить ответ

Типы инкрементальных энкодеров

Инкрементальный энкодер KY-040

Принцип работы инкрементального энкодера

Необходимые компоненты

Схема проекта

Объяснение программы для микроконтроллера PIC

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу проекта

Похожие статьи

Добавить комментарий Отменить ответ