利用電位計替代旋轉開關設計方案-技術方案

精品文檔-下載后可編輯利用電位計替代旋轉開關設計方案-技術方案有時，基于微控制器的產品需要使用旋轉開關。由于很多微控制器都內置了ADC,在找不到旋轉開關或旋轉開關價格過高時，可以使用低成本電位計來替代旋轉開關（圖1）。

盡管僅需執(zhí)行少量指令即可將電位計設定值數(shù)字化，使其表現(xiàn)得像開關一樣，但一個急需解決的問題是，在電氣噪聲或機械噪聲的影響下，在某一個值和下一個值之間的切換閾值處，數(shù)值會不穩(wěn)定。該問題的解決方法是為每次轉換引入上、下兩個遲滯閾值，這樣一來，電位計就需要在另一個開關狀態(tài)有效前越過閾值。針對每次更新的開關狀態(tài)，都會有新的一對閾值替換之前的閾值。如此，遲滯效應可以實現(xiàn)各狀態(tài)間的完全切換。

圖1:替代多擲開關

這一方法具有下述諸多優(yōu)勢：單端口引腳對旋轉開關的多端口引腳、成本低、更易獲得且可實現(xiàn)去抖動切換。該方法的不足之處在于會失去制動感。設定點的另一特性是其可設置在任一位置，例如用以補償電位計在響應過程中出現(xiàn)的非線性變化。

遲滯通常稍高于會導致不期望切換的任何噪聲。建議在電位計觸點與地之間設置一個電容器，以濾除觸點噪聲（圖1）。

圖2列出了算法。一旦用ADC對電位計設定值進行了數(shù)字化操作，該數(shù)值就將與下閾值比較，若低于下閾值，開關狀態(tài)會逐漸降低并限制至零。若電位計設定值高于上閾值，開關狀態(tài)會逐漸增大并限制至值。若開關狀態(tài)發(fā)生變化，則上、下閾值會進行更新，并終止子程序。

圖2:流程圖

為確保該遲滯算法起作用，必須定期讀取電位計設定值，并與上開關狀態(tài)進行比較。這樣做旨在將從不同狀態(tài)跨過閾值或處于相同值的電位計設定值與相同狀態(tài)區(qū)分開。

此處還需要計算出采樣率的值，可由電位計旋轉率值除以開關狀態(tài)數(shù)得到。例如，假設單匝電位計旋鈕在0.25s內完整旋轉一圈，同時假定有七種狀態(tài)，那么掃描率為28Hz.若電位計數(shù)值采樣周期低于值，即使切換方向正確，計算得出的開關狀態(tài)也可能不正確。倘若未以較快的速率持續(xù)改變電位計設定值，則隨后的采樣會對切換狀態(tài)進行校正。

以七種開關狀態(tài)為例創(chuàng)建一個閾值列表。假設有一個8位ADC。首先，ADC的256步范圍被分割為七種開關狀態(tài)。各開關狀態(tài)的寬度為ADC范圍除以狀態(tài)數(shù)，即：256/7=36.6.對其四舍五入，將各狀態(tài)的寬度定為36，但是兩個外端狀態(tài)需增加至38，以使總寬度為256。

下一步是確定各開關狀態(tài)的邊界。對于狀態(tài)0,邊界為0~37（包含兩端）。狀態(tài)1從38開始到73結束，其余開關狀態(tài)依此類推。根據(jù)增加或降低至邊界的遲滯數(shù)值確定閾值。此處使用4這一遲滯值。遲滯量既不得大于寬度，也不得低于預期的噪聲。因此，上邊界加4即可得出上閾值，下邊界減4即可得出下閾值，如表1所示。從該例可發(fā)現(xiàn)，從狀態(tài)2切換為狀態(tài)1需要使電位計數(shù)值下降至比切換點數(shù)值74小4，因此下閾值為70。相反，從狀態(tài)1切換為狀態(tài)2需要使電位計數(shù)值上升至比切換點數(shù)值73高4，因此上限閾值為77。用于程序代碼的表格僅需標明上、下閾值，在此例中僅需14個字節(jié)。

表1閾值

代碼示例（見下）支持SiliconLabs的C8051F310（8051架構），但也可以很容易地改編用于其他微控制器。

;POT2SWINITIALIZATION

MOVUPRVAL,#00H;setuppervaluetooppositeendtoforcethecodetorun

MOVLWRVAL,#0FFH;setlowervaluetooppositeendtoforcethecodetorun

MOVSWPOS,#03H;initializeswitchpositiontomiddle

MOVPOSMAX,#06H;setmaximumswitchpositionvalue

;SUBROUTINES

POT2SW:;CALCULATESWITCHPOSITIONVALUEFROMPOTENTIOMETERVALUEINACC

;checkifpotsettingisbelowlowerthreshold

CLRC

MOVB,A;savepotsettingtoregisterB

SUBBA,LWRVAL;potval-lwrval

JNCP2S1;nocarrymeanspotval=lwrval

DECSWPOS;carrymeanspotvallwrval,sodecrementswitchpositionvalue

;checkifswitchpositioniszero

MOVA,POSMAX;loadmaximumswitchpositionvalue

CLRC

SUBBA,SWPOS;maxswitchvalue-switchposition

JNCP2S2

MOVSWPOS,#00H;resetswitchpositionvaluetozerosinceunderflow

SJMPP2S2

P2S1:;checkifpotsettingisaboveuppertheshold

CLRC

MOVA,UPRVAL

SUBBA,B;uprval-potval

JNCP2S2;nocarrymeanspotval=uprval

INCSWPOS;carrymeanspotvaluprval,soincrementswitchpositionvalue

;checkifswitchpositionismax

MOVA,POSMAX;loadmaximumxwitchpositionvalue

CLRC

SUBBA,SWPOS

JNCP2S2

MOVSWPOS,POSMAX;resetcurvenumbertomaxcurvevaluesinceoverflow

P2S2:;readlowerandupperthresholdsusingswitchpositionvalue

MOVA,SWPOS;multiplyswitchpositionvalueby2

MOVB,#02H

MULAB

MOVB,A;savemultipliedvalueastableoffset

MOVDPTR,#HYSTBL;loadbaseaddressoftablepointer

MOVCA,@A+DPTR;lookuptablevaluefrombaseaddress+offset

MOVLWRVAL,A;readlowerthresholdvalue

MOVA,B

INCDPTR;incrementbaseaddress

MOVCA,@A+DPTR

MOVUPRVAL,A;readupperthresholdvalue

RET

HYSTBL:;TABLEOFLOWERUPPERTHRESHOLDSFORSEVENPOSITIONSWITCH

DB00D,41D;Switchstate0

DB34D,77D;