基于FPGA的旋鈕編碼器的辨向狀態(tài)機設計與實(shí)現

　　引言

　　旋鈕是一種非常常用的器件，多用于設備或儀器的面板來(lái)進(jìn)行參數的調節。由于旋鈕本身的機械特性，在旋轉的過(guò)程中產(chǎn)生的波形信號會(huì )有噪聲存在，這些不確定的噪聲會(huì )影響到對旋鈕旋轉方向的判斷，也會(huì )導致轉動(dòng)次數不準確的情況。常用的消除機械噪聲的方法有硬件方法和軟件方法。硬件方法一般包括RC濾波方法和RS雙穩態(tài)觸發(fā)器方法，這兩種方法實(shí)時(shí)性較好，但需要較多的附加電路。軟件方法一般都采用延遲法，雖然這種方法可以節省硬件電路，但實(shí)時(shí)性不好。本文介紹了一種狀態(tài)機的方法來(lái)消除噪聲，即不需要太多的附加電路又能保證較好實(shí)時(shí)性。FPGA的集成度很高，可完成極其復雜的時(shí)序和組合邏輯電路功能，適用于高速、高密度的高端數字邏輯電路設計領(lǐng)域。

　　旋鈕編碼器

　　旋鈕是在旋柄連接到中心的凸輪上同時(shí)操作兩個(gè)開(kāi)關(guān)，并且開(kāi)關(guān)連接有上拉電阻，當旋鈕向某一個(gè)方向轉動(dòng)時(shí)總有一個(gè)開(kāi)關(guān)先于另一個(gè)開(kāi)關(guān)先斷開(kāi)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生兩個(gè)有相位差的信號。當旋鈕處在穩定位置的時(shí)候，A和B兩個(gè)開(kāi)關(guān)都是閉合的，此時(shí)A和B都為低電平。旋鈕編碼器的基本結構如圖1所示。

　　辨向的電路設計與實(shí)現

　　由于旋鈕轉動(dòng)時(shí)A和B斷開(kāi)有一定的時(shí)間差，所以A和B開(kāi)關(guān)的波形會(huì )有相應的相位差。旋鈕左旋時(shí)開(kāi)關(guān)B先斷開(kāi)，此時(shí)B的電平為高電平，即B先產(chǎn)生一個(gè)上升沿，隨后A的上升沿到來(lái)。旋鈕右旋時(shí)A和B的波形上升沿的先后順序與左旋相反。旋鈕左旋和右旋時(shí)A和B的波形如圖2所示。