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編碼器是一種常用的位置傳感器，可以用來測量旋轉和線性運動的位移，并將其轉換為數字信號。編碼器的絕對定位功能可以讓我們精確地知道物體的位置，因此在許多領域都有廣泛的應用，比如機器人、汽車、醫療儀器等等。

理解編碼器絕對定位的方法有很多種，其中比較常見的有以下幾種：

二進制編碼方法

二進制編碼方法是一種將物理運動轉換為數字信號的方式。編碼器通過一個位置傳感器來檢測物體是否移動，并根據物體運動的位置改變其輸出的數字編碼。每個數字編碼對應的是一個唯一的物理位置，因此我們可以通過讀取編碼器的輸出來確定物體的位置。

下面是一個用Arduino實現的二進制編碼器示例代碼：

const int encoderPinA = 2;
const int encoderPinB = 3;
volatile int encoderPos = 0;
volatile bool aSet = false;
volatile bool bSet = false;

void setup() {
  pinMode(encoderPinA, INPUT);
  pinMode(encoderPinB, INPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(encoderPinA), updateEncoderA, CHANGE);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(encoderPinB), updateEncoderB, CHANGE);
}

void loop() {
  // 讀取編碼器當前位置
  int newPos = encoderPos;
  Serial.println(newPos);
}

void updateEncoderA() {
  aSet = digitalRead(encoderPinA);
  if (aSet && !bSet) {
    encoderPos++;
  } else if (!aSet && bSet) {
    encoderPos--;
  }
  bSet = digitalRead(encoderPinB);
}

void updateEncoderB() {
  bSet = digitalRead(encoderPinB);
  if (bSet && !aSet) {
    encoderPos--;
  } else if (!bSet && aSet) {
    encoderPos++;
  }
  aSet = digitalRead(encoderPinA);
}

登錄后復制

格雷碼編碼方法

格雷碼是一種二進制編碼的變體，它的優點在于只有一個位置的變化會導致一個編碼位的變化。格雷碼編碼器的輸出與二進制編碼器類似，但在對編碼進行解碼之前需要將其轉換為二進制表示。這可以通過查找一個轉換表來完成，或使用特定的解碼器芯片來自動完成轉換。

下面是一個使用Shift Register 74HC595實現的格雷碼編碼器示例代碼：

const int encoderPinClock = 4;
const int encoderPinData = 5;
const int encoderPinLatch = 6;

unsigned int encoderValue = 0;

void setup() {
  pinMode(encoderPinClock, OUTPUT);
  pinMode(encoderPinData, OUTPUT);
  pinMode(encoderPinLatch, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 讀取編碼器當前位置
  unsigned int newPos = 0;
  for (int i = 0; i < 16; i++) {
    digitalWrite(encoderPinLatch, LOW);
    shiftOut(encoderPinData, encoderPinClock, MSBFIRST, 1 << i);
    digitalWrite(encoderPinLatch, HIGH);
    delayMicroseconds(10);
    newPos |= digitalRead(encoderPinData) << i;
  }
  encoderValue = newPos;
  Serial.println(encoderValue);
}

登錄后復制

PWM編碼方法

PWM編碼方法利用了脈沖寬度調制的原理，將編碼器的輸出信號轉換為脈沖信號。每個脈沖寬度對應一個位置，因此我們可以通過讀取脈沖寬度來確定位置。

下面是一個使用ESP32的PWM模塊實現的PWM編碼器示例代碼：

const int encoderPin = 5;
volatile int encoderPos = 0;
volatile unsigned long lastPulseTime = 0;

void IRAM_ATTR pulseHandler() {
  unsigned long pulseTime = micros();
  if (pulseTime - lastPulseTime > 10) {
    if (digitalRead(encoderPin) == HIGH) {
      encoderPos--;
    } else {
      encoderPos++;
    }
    lastPulseTime = pulseTime;
  }
}

void setup() {
  pinMode(encoderPin, INPUT);
  attachInterrupt(encoderPin, pulseHandler, CHANGE);
  ledcSetup(0, 5000, 8);
  ledcAttachPin(encoderPin, 0);
}

void loop() {
  // 讀取編碼器當前位置
  int newPos = map(ledcRead(0), 0, 255, -100, 100);
  encoderPos = newPos;
  Serial.println(encoderPos);
}

登錄后復制

總結

以上是三種常見的編碼器絕對定位方法的代碼示例。通過理解編碼器的工作原理，我們可以更好地了解如何應用它來實現精確定位，從而在機器人、汽車、醫療儀器等領域提高生產效率和質量。