用光电编码器实现单键飞梭功能

 

 

“单键飞梭”作为一种用户输入方法，其输入方式灵活可靠，特别适合应用在嵌入式仪器设备和手持式设备上。本文利用CPLD鉴相控制模拟开关, 模拟手动按键得到统一的PS/2码，从而简化软件设计，提高了用户输入效率。
1 光电Trim knob的工作原理

光电Trim knob又称为光电编码器(optical encoder)，其中以Bourns公司和Greyhill公司的产品用得最广泛。本文就以Bourns公司的ENC产品为例，介绍其工作原理。

如图1所示，Trimknob有两个发光二极管及两个光敏三极管，中间是可自由转动的遮光板。当旋转Trimknob时，两个光敏三极管会被遮光板有次序地遮挡而产生图2所示的波形。

 

如果是顺时针从位置#1旋转到位置#2，通道A会比通道B相位超前半个周期；反之如果是逆时针从位置#3旋转到位置#1, 通道B会比通道A相位超前半个周期。通过检测通道A和通道B的相位就能判断是顺时针还是逆时针转动。通过记录检测通道A和通道B波形变化的次数就能得到转动位置变化数目。

2 Holtek HT82K628A简介

　　HT82K628A是***Holtek公司为IBM PC/AT及兼容机设计生产的专用键盘扫描控制芯片，支持101/102/104/109个键, PS/2接口。引脚定义如图3所示。行线R0~R15为键盘矩阵的扫描输出，列线C0~C7为键盘矩阵的扫描输入。

 

表1列举了几个行列线对应的键值，关于此芯片的更详细的应用，请见参考文献。

3 设计原理

通过一个鉴相电路，输入为通道A、B，输出为CW、 CCW。CW、CCW控制模拟开关SW1、SW2。SW1的数据端分别连接在C6和R7上，从表1可以看出C6、R7对应F8键。顺时针转动一个位置，CW 输出一个脉冲，模拟开关SW1接通。从键盘扫描控制芯片HT82K628A角度看，效果和按下“F8”一样，如图4。

4 实 现

4.1 鉴相器的实现

　　由于本系统其它逻辑部分电路用到Xilinx公司的CPLD XCR3032XL，所以我们把鉴相器电路也做在此CPLD中。其中定义CW、CCW为输出引脚，Ch_A、Ch_B为输入引脚。状态机变化逻辑如下:
State_diagram Qstate
State St0: CW = 0;
CCW = 0;
if (!Ch_A&Ch_B) then St1
else if (Ch_A&!Ch_B) then St4
else St0;
State St1: CW=1;
CCW=0;
if (Ch_A&Ch_B) then St2
else St1;
State St2: CW=1;
CCW=0;
if (Ch_A&!Ch_B) then St3
else St2;
State St3: CW=1;
CCW=0;
if (!Ch_A&!Ch_B) then St0
else St3;
State St4: CW=0;
CCW=1;
if (Ch_A&Ch_B) then St5
else St4;
State St5: CW=0;
CCW=1;
if (!Ch_A&Ch_B) then St6
else St5;
State St6: CW=0;
CCW=1;
if (!Ch_A&!Ch_B) then St0
else St6;

4.2 模拟开关的实现

　　一般手动按下一个键的开关时间是20ms，所以设计中在CW、CCW输出端加了一个单稳电路作为时延，单稳电路的输出作为模拟开关MC74HC4066的控制。电路设计如图5所示。

 

当鉴相器产生一个CW脉冲，U1就会触发产生一个20ms宽的脉冲，将U2的引脚1和2接通。从表1可以查出行列线C6、R7 对应着键F8, 于是从HT82K628A的PS/2输出口可以得到F8的PS/2码。

 

5 结 论
　　该电路已经运用到实际应用中，收到很好的效果。读者可以根据这种思路, 采用输入解码控制模拟开关，合并到键盘矩阵扫描，得到统一的PS/2码，从而简化软件设计， 设计出更多更方便的用户输入方法

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