嵌入式編碼器掃描算法實現：正反轉脈衝計數與按鍵復位

項目背景

本文記錄一款基於單片機的編碼開關（旋轉編碼器）掃描驅動程序，實現正反轉方向識別、脈衝計數累加/遞減、按鍵復位計數器功能。代碼採用輪詢方式，包含去抖動延時邏輯，適合資源受限的嵌入式環境。

硬件接口定義

// 編碼器 A 相 -> P4.2，需外接 680Ω 上拉電阻
sbit BMA = P4^2;  

// 編碼器 B 相 -> P4.3，需外接 680Ω 上拉電阻
sbit BMB = P4^3;  

// 編碼器公共端 -> 接地

// 編碼器按鍵 -> P1.6，按下為低電平
sbit BMC = P1^6;  

// 脈衝計數器（無符號整型）
unsigned int counter = 0;

編碼器正交編碼原理

標準增量式編碼器輸出兩路相位差 90° 的方波（A、B 相），通過判斷邊沿順序確定旋轉方向：

正轉（順時針）狀態序列

11 → 10 → 00 → 01 → 11 (循環)

反轉（逆時針）狀態序列

11 → 01 → 00 → 10 → 11 (循環)

程序以 00 狀態為檢測起點，通過延時采樣判斷下一狀態：

• 00 → 01：正轉，counter++
• 00 → 10：反轉，counter--
• 00 → 11：異常/抖動，忽略
• 長時間保持 00：超時退出（防止死循環）

核心掃描函數 scan_encoder()

void scan_encoder() {
    unsigned int i;
    while (1) {
        // 等待 00 狀態作為起始點
        if (BMA == 0 && BMB == 0) {
            // 去抖動延時循環
            for (i = 0; i < 0xfff0; i++) {
                if (BMA == 0 && BMB == 0) {
                    yans(1); // 短延時，繼續等待
                }
                else if (BMA == 0 && BMB == 1) { // 正轉：00 -> 01
                    counter++;
                    return;
                }
                else if (BMA == 1 && BMB == 0) { // 反轉：00 -> 10
                    counter--;
                    return;
                }
                if (BMA == 1 && BMB == 1) { // 異常狀態 11
                    return;
                }
            }
        }
        // 按鍵檢測：按下復位計數器
        else if (BMC == 0) {
            counter = 0;
            return;
        }
        else {
            return; // 其他狀態直接退出
        }
    }
}

顯示與主循環

// 顯示計數值（調用專用字體/顯示驅動）
void xszs() {
    unsigned int code db[] = {0, 0};
    fsfont55();
    fsszxy(4, db);
    printf("%5u\n", counter);
    txjs();
}

// 主測試程序
void testmain() {
    yans(3000); // 上電延時
    while (1) {
        xszs();         // 刷新顯示
        scan_encoder(); // 掃描編碼器
    }
}

關鍵設計點總結

1. 狀態機思想：以 00 為同步基準，單邊沿采樣判斷方向，邏輯清晰。
2. 軟件去抖動：雙層循環 + yans() 延時，濾除機械觸點抖動。
3. 超時保護：for(i=0; i<0xfff0; i++) 防止編碼器靜止時程序卡死。
4. 按鍵復位：獨立檢測 BMC 低電平，實現計數器歸零。
5. 非阻塞設計：每次調用處理一個完整脈衝或按鍵事件，適合前後台架構。

優化建議

• 改用定時器中斷定時掃描（如 1ms 周期），釋放 CPU 主循環。
• 引入狀態機變量記錄上次狀態，支持連續高速旋轉不丟脈衝。
• 利用單片機硬件編碼器接口（如 STM32 TIM 編碼器模式）實現零 CPU 佔用。