基于FPGA的旋钮编码器的辨向状态机设计与实现

　　引言

　　旋钮是一种非常常用的器件，多用于设备或仪器的面板来进行参数的调节。由于旋钮本身的机械特性，在旋转的过程中产生的波形信号会有噪声存在，这些不确定的噪声会影响到对旋钮旋转方向的判断，也会导致转动次数不准确的情况。常用的消除机械噪声的方法有硬件方法和软件方法。硬件方法一般包括RC滤波方法和RS双稳态触发器方法，这两种方法实时性较好，但需要较多的附加电路。软件方法一般都采用延迟法，虽然这种方法可以节省硬件电路，但实时性不好。本文介绍了一种状态机的方法来消除噪声，即不需要太多的附加电路又能保证较好实时性。FPGA的集成度很高，可完成极其复杂的时序和组合逻辑电路功能，适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。

　　旋钮编码器

　　旋钮是在旋柄连接到中心的凸轮上同时操作两个开关，并且开关连接有上拉电阻，当旋钮向某一个方向转动时总有一个开关先于另一个开关先断开，两个开关上产生两个有相位差的信号。当旋钮处在稳定位置的时候，A和B两个开关都是闭合的，此时A和B都为低电平。旋钮编码器的基本结构如图1所示。

　　辨向的电路设计与实现

　　由于旋钮转动时A和B断开有一定的时间差，所以A和B开关的波形会有相应的相位差。旋钮左旋时开关B先断开，此时B的电平为高电平，即B先产生一个上升沿，随后A的上升沿到来。旋钮右旋时A和B的波形上升沿的先后顺序与左旋相反。旋钮左旋和右旋时A和B的波形如图2所示。