基于增量式旋转编码器的旋钮调值方法及相关装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及旋钮调节控制技术领域，特别涉及一种基于增量式旋转编码器的旋钮 调值方法以及一种增量式旋转编码器的步进速度自适应装置。
【背景技术】
[0002] 在现有的电子产品设计中，利用旋钮调节来控制设备的应用场景越来越多，其中 尤以旋转编码开关的使用最为普遍，旋转编码开关也就是所说的旋转编码器、数码电位器， 具有反旋、正旋功能。旋转编码器（Rotary Encoder)主要分为增量编码器、绝对值编码器两 大类，我们常说的正弦编码器也属于增量编码器，区别只在于输出信号是正弦波。增量式编 码器轴旋转时，有相应的相位输出，其旋转方向的判别通过两个脉冲信号的相位关系获得， 脉冲信号的频率与旋钮转速相关。绝对值编码器输出的是绝对位置信息，其可通过位置数 值大小的变更判断是正旋还是反旋，与旋钮转速无关。
[0003] 对于增量式旋转编码器设计，其基本原理简述如下：图IA和IB是旋转编码器正旋 和反旋时对应输出的脉冲信号时序图，旋转编码器是利用A信号、B信号之间的相位关系去 判断是反旋还是正旋，简而言之，若A信号上升沿超前于B信号上升沿（如图IA所示），则 为正旋；若A信号上升沿滞后于B信号上升沿（如图IB所示），则为反旋。当然，正旋和反 旋的定义可以互换。图2示出增量式旋转编码器的一种实际输出波形，即旋钮转速越快，输 出信号的单位时间内的脉冲个数越多，也即脉冲信号频率越高；图3中示出旋钮转速与脉 冲信号频率的对应关系。
[0004] 一般地，机械式旋转编码器的寿命主要取决于旋转次数，其每转的脉冲数少，但价 格便宜；而光电式旋转编码器的每转的脉冲数较多，同时使用寿命也更长，但价格较高。目 前利用旋转编码器实现控制的诸多方法中，尚存在以下可以改进的地方：
[0005] 首先，在同等旋钮转速的情况下，数值调整的快慢主要取决于信号采样的频率和 每转的脉冲个数，在数值范围较大的情况下，往往调节速度并不理想，且调节到目标值的难 度较大；
[0006] 其次，当一个按钮用于控制多个参数，且各个参数的调整范围相差较大的时候，目 前的数值调整方法无法做到步进速度自适应调整，导致参数调节至目标值的时间较长，同 时需要旋钮旋转的圈数往往较大，整体控制难度较大。
【发明内容】
[0007] 因此，针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于增量式旋转编码器的旋钮调 值方法以及一种增量式旋转编码器的步进速度自适应装置。
[0008] 具体地，本发明实施例提供的一种基于增量式旋转编码器的旋钮调值方法，包括 步骤：(a)对因旋钮转动而触发产生的脉冲信号进行解码并获取所述脉冲信号在一定时间 内的脉冲周期和脉冲数；(b)利用所述脉冲周期、所述脉冲数和设定的单位时间长度计算 所述脉冲信号的单位时间内脉冲数；(C)根据所述脉冲周期、所述单位时间内脉冲数和待 调整参数范围值计算目标步进单位值；以及（d)将所述目标步进单位值作为实际步进单位 对所述待调整参数进行调值。
[0009] 在本发明的一个实施例中，上述步骤（a)包括：微控制器利用G PIO中断或者带正 交编码器解码功能的定时器对所述脉冲信号进行解码并获取所述脉冲信号在一次旋转旋 钮过程中的所述脉冲周期和所述脉冲数。
[0010] 在本发明的一个实施例中，上述步骤（C)包括：（cl)结合多个权重系数计算出与 所述脉冲周期及所述单位时间内脉冲数相关联的第一计算值；（c2)结合权重系数计算出 与所述待调整参数范围值相关联的第二计算值；（c3)根据所述第一计算值、所述第二计算 值以及预设的阈值确定所述目标步进单位值。
[0011] 在本发明的一个实施例中，上述步骤（Cl)包括：利用所述脉冲周期查表得到相对 应的频率关联参数、并计算所述频率关联参数和预设的第一权重系数之乘积得到第三计算 值；计算所述单位时间内脉冲数和预设的第二权重系数之乘积得到第四计算值；计算所述 第三计算值和所述第四计算值之和得到所述第一计算值。
[0012] 在本发明的一个实施例中，上述步骤（c2)包括：计算所述待调整参数范围值和预 设的第三权重系数之乘积得到所述第二计算值。
[0013] 在本发明的一个实施例中，上述步骤（c3)包括：计算所述第一计算值和所述第二 计算值的乘积得到第五计算值；当所述第五计算值小于所述预设的阈值时，设定所述目标 步进单位值为预设的最小步进单位值；当所述第五计算值大于所述预设的阈值时，设定所 述目标步进单位值为所述第五计算值除以所述预设的最小步进单位值的商的取整值。
[0014] 此外，本发明实施例提供的一种增量式旋转编码器的步进速度自适应装置，其包 括：解码及信号参数获取模块，用于对因所述增量式旋转编码器的旋钮转动而触发产生的 脉冲信号进行解码并获取所述脉冲信号在一定时间内的脉冲周期和脉冲数；单位时间内脉 冲数计算模块，用于利用所述脉冲周期、所述脉冲数和设定的单位时间长度计算所述脉冲 信号的单位时间内脉冲数；目标步进单位值计算模块，用于根据所述脉冲周期、所述单位时 间内脉冲数和待调整参数范围值计算目标步进单位值。
[0015] 在本发明的一个实施例中，上述解码及信号参数获取模块具体用于通过利用 GPIO (general purpose input/output)中断或者带正交编码器解码功能的定时器对所述 脉冲信号进行解码。
[0016] 在本发明的一个实施例中，上述目标步进单位值计算模块包括：第一计算单元，用 于结合多个权重系数计算出与所述脉冲周期及所述单位时间内脉冲数相关联的第一计算 值；第二计算单元，用于结合权重系数计算出与所述待调整参数范围值相关联的第二计算 值；目标步进单位值确定单元，用于根据所述第一计算值、所述第二计算值以及预设的阈值 确定所述目标步进单位值。
[0017] 在本发明的一个实施例中，上述目标步进单位值确定单元包括：计算子单元，用于 计算所述第一计算值和所述第二计算值之乘积得到第五计算值；判断及确定子单元，用于 当所述第五计算值小于所述预设的阈值时设定所述目标步进单位值为预设的最小步进单 位值，以及当所述第五计算值大于所述预设的阈值时设定所述目标步进单位值为所述第五 计算值除以所述预设的最小步进单位值的商的取整值。
[0018] 因此，本发明上述实施例可实现以下一个或几个有益效果：（1)实际调整数值与 旋钮的转速和每转脉冲数关联，数值调节效率更高，体验更好；（2)实际调整数值与待调整 参数的数值范围关联，自适应能力更强，较易达到目前调整值；（3)对旋转编码器的每转脉 冲数要求不高；以及同样的目标值，需要的旋钮转数更少，延长了旋钮的使用寿命，降低了 平均使用成本。
[0019] 通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知 道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考 附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念 地说明此处描述的结构和流程。
【附图说明】
[0020] 下面将结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细的说明。
[0021] 图IA和IB是旋转编码器正旋和反旋时对应输出的脉冲信号时序图。
[0022] 图2示出增量式旋转编码器的一种实际输出波形。
[0023] 图3示出旋钮转速与脉冲信号频率的对应关系。
[0024] 图4为本发明实施例的增量式旋转编码器的硬件架构示意图。
[0025] 图5为本发明实施例的一种基于增量式旋转编码器的旋钮调值方法的流程图。
[0026] 图6为本发明实施例的一种脉冲周期与调节步进大小的关系示意图。
[0027] 图7为本发明实施例的一种旋钮转速与调节步进大小的关系示意图。
[0028] 图8为本发明实施例的一种增量式旋转编码器的步进速度自适应装置的功能模 块不意图。
【具体实施方式】
[0029] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。
[0030] 请参见图4及图5,其中图4为本发明实施例的增量式旋转编码器的硬件架构示意 图，图5为本发明实施例的一种基于增量式旋转编码器的旋钮调值方法的流程图。本实施 例的旋钮调值方法包括步骤：S510、S530、S550以及S570。具体地，
[0031] 步骤S510 :对因旋钮转动而触发产生的脉冲信号进行解码并获取所述脉冲信号 在一定时间内的脉冲周期和脉冲数。其中，旋钮转动通常是人为操作，其可区分为正向旋转 和反向旋转；而因转动触发产生的脉冲信号通常为存在相位差的两个脉冲信号（如图4所 示），微控制器接收到这两个脉冲信号后对其进行解码，从而可以确定当前是正向旋转还是 反向旋转以及一定时间内累积的脉冲周期和脉冲数；在此，【一定时间内】可以是一次旋钮 旋转操作时间，而【解码】可以利用GPIO中断或带正交编码器解码功能的定时器（TMER)来 实现。
[0032] 步骤S530 :利用所述脉冲周期、所述脉冲数和设定的单位时间长度计算所述脉冲 信号的单位时间内脉冲数。其中，步骤S530例如是由图4中的微控制器来实现，其可以是 利用获取的一定时间内的脉冲总数η和脉冲周期采用简单平均法对该脉冲总数η做平滑滤 波处理得到单位时间T内脉冲数Ν。
[0033] 步骤S550 :根据所述脉冲周期、所述单位时间内脉冲数和待调整参数范围值计算 目标步进单位值。其中，S550例如是由图4中的微控制器来实现，待调整参数范围值通常定 义为待调整参数的调节范围的上限值减去下限值之差；而计算目标步进单位值的算法设计 例如是：（i)通过微控制器高速采样增量式旋转编码器产生的脉冲信号并进行解码后，利 用获得的脉冲周期查表获得该脉冲周期对应的频率关联参数a f，与预先设定好的第一权 重系数λ 1相乘得到计算值Ampl ;此处的查询表中参数：脉冲周期（或频率）和频率关联 参数a f例如满足分段函数关系，该分段函数关系具体要依据旋转编码器的输出特性而调 整，根据编码器特性划分相应的频率段，每个频率段对应一个固定的数值a f ;另外，第一、 第二、第三权重系数λ 1、λ 2、λ 3的设定也要依据编码器输出脉冲的频率特性而定，根据 不同的输出脉冲依据经验设置不同的权重系数；（ii)利用获取的一定时间内的脉冲总数η 和脉冲周期采用简单平均法对该脉冲总数做平滑滤波