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。
图1 Trimknob工作原理
图2 输出波形
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是台湾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。
图3 HT82K628A引脚排列
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[1]。
表1 键阵列
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。
图4 工作原理
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。
图5 模拟开关
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。
参考文献
1 Holtek Keyboard Encoder HT82K628A Data Sheet, http://www.holtek.com.tw
2 李广军,王厚军. 微型计算机接口技术. 成都: 电子科技大学出版社, 1997
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