光電旋轉編碼器的原理及應用方法
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近年來(lái)，嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速，嵌入式系統在各行各業(yè)得到了廣泛的應用。然而，由于嵌入式計算機的專(zhuān)用性，系統的硬件、軟件結構千差萬(wàn)別，其輸入設備也不再像通用計算機那樣單一。嵌入式計算機的輸入沒(méi)備一般有鼠標、鍵盤(pán)、觸摸屏、按鈕、旋鈕等，而光電編碼器(俗稱(chēng)“單鍵飛梭”)作為一種輸入設備，由于其具有輸入靈活，簡(jiǎn)單可靠等特點(diǎn)，因此特別適合應用在嵌入式儀器和手持式設備上，整個(gè)系統可以只用一個(gè)鍵作為輸入。觸摸屏由于其方便靈活、節省空間、界面直觀(guān)等特點(diǎn)也備受青睞，但存在壽命短，長(cháng)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備，必將大大增強系統的可靠性，使得人機接口更加人性化。但由于光電編碼器并不是WinCE的標準輸入設備，因此其驅動(dòng)程序在嵌入式操作系統Windows CE Platform Builder中并未給出。本文以三星公司S3C2410(ARM9芯片)為CPU的嵌入式系統開(kāi)發(fā)板為平臺，詳細闡述了嵌入式操作系統WinCE下光電編碼器驅動(dòng)程序的設計方法，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(chēng)“單鍵飛梭”，其外觀(guān)好像一個(gè)電位器，因其外部有一個(gè)可以左右旋轉同時(shí)又可按下的旋鈕，很多設備(如顯示器、示波器等)用它作為人機交互接口。下面以美國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。光電編碼器的內部電路如圖1所示，其內部有1個(gè)發(fā)光二極管和2個(gè)光敏三極管。當左右旋轉旋鈕時(shí)，中間的遮光板會(huì )隨旋鈕一起轉動(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;當按下旋鈕時(shí)，2、3兩腳接通，其用法同一般按鍵。
當順時(shí)針旋轉時(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，通過(guò)記錄A或B相變化的次數，就可以得出旋鈕旋轉的次數，通過(guò)檢測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方向。在判斷時(shí)添加適當的延時(shí)程序，以消除抖動(dòng)干擾。
2 WinCE提供的驅動(dòng)模型
WinCE操作系統支持兩種類(lèi)型的驅動(dòng)程序。一種為本地驅動(dòng)程序，是把設備驅動(dòng)程序作為獨立的任務(wù)實(shí)現的，直接在頂層任務(wù)中實(shí)現硬件操作，因此都有明確和專(zhuān)一的目的。本地設備驅動(dòng)程序適合于那些集成到Windows CE平臺的設備，諸如鍵盤(pán)、觸摸屏、音頻等設備。另一種是具有定制接口的流接口驅動(dòng)程序。它是一般類(lèi)型的設備驅動(dòng)程序。流接口驅動(dòng)程序的形式為用戶(hù)一級的動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)文件，用來(lái)實(shí)現一組固定的函數稱(chēng)為“流接口函數”，這些流接口函數使得應用程序可以通過(guò)文件系統訪(fǎng)問(wèn)這些驅動(dòng)程序。本文討論的光電編碼器就屬于流接口設備。
2.1 流設備驅動(dòng)加載過(guò)程
WinCE.NET系統運行時(shí)會(huì )啟動(dòng)負責流驅動(dòng)的加載進(jìn)程DEVICE.exe。DEVICE.exe進(jìn)程對驅動(dòng)的加載是通過(guò)裝載注冊表列舉器(RegEnum.dll)實(shí)現的。在WinCE.NET中，所有設備的資源信息都由OAL負責記錄在系統注冊表中，RegEnum.dll一個(gè)一個(gè)掃描注冊表項HEKY_LOCAL_MACHINEDriverBuiltIn下的子鍵，發(fā)現新設備就根據每個(gè)表項的內容進(jìn)行硬件設備初始化。
2.2 中斷與中斷處理
如果一個(gè)驅動(dòng)程序要處理一個(gè)中斷，那么驅動(dòng)程序需要首先使用CreateEvent函數建立一個(gè)事件，調用InterruptInitialize函數將該事件與中斷標識綁定。然后驅動(dòng)程序中的IST就可以使用WaitForSing|eObject函數來(lái)等待中斷的發(fā)生。在一個(gè)硬件中斷發(fā)生之后，操作系統進(jìn)入異常處理程序，異常處理程序調用OAL的OEMInterruptHandler函數，該函數檢測硬件并將中斷標識返回給系統;系統得到該中斷標識便會(huì )找到該中斷標識對應的事件，并喚醒等待相應事件的線(xiàn)程(IST)，然后IST進(jìn)行中斷處理。處理完成之后，IST需要調用InterruptDone函數來(lái)告訴操作系統中斷處理結束，操作系統再次調用OAL中的OEMInterruptDone函數，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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