1. 引言

项目需要使用正交编码器作为音量旋钮。当旋钮顺时针旋转一格，音量即增大一格；当旋钮逆时针旋转一格，音量即减小一格。

2. 正交编码器工作原理

正交编码器又名增量式编码器或光电式编码器，用于检测旋转运动系统的位置和速度。下图是增量式正交编码器的实物图：

• 第一个脉冲代表顺时针旋转1格
• 第二个脉冲代表逆时针旋转1格
• 第三个脉冲代表顺时针旋转未到1格又逆时针转回至起始位置
• 第四个脉冲代表逆时针旋转未到1格又顺时针转回至起始位置

3. 解码器工作原理

解码器由采样、量化两个基本步骤组成。

3.1. 采样

假设用户旋转正交编码器所能产生的脉冲的最高频率是$fs$，可通过香农定理得知解码器的采样频率最低应不小于$2fs$，此时可以捕捉到用户的动作1、2。为了捕捉到动作3、4，即需捕捉每个脉冲的2个边沿变化，则需要解码器的采样频率达到$2fs*2=4fs$以上。

3.2. 量化

对章节2中的输出信号时序图进行4倍频采样，可以得到如下一组数据（省略同值样点）：

上表数据分组如下：

再观察8组值的特征，有如下几个特点：

• PreA ≠ PreB - CurA = CurB - 顺时针旋转：CurA = PreA
• 逆时针旋转：CurA ≠ PreA PreA：上一次采样时A端子的值 PreB：上一次采样时B端子的值 CurA：本次采样时A端子的值 CurB：本次采样时B端子的值 在编程时利用上述特点可大幅简化程序。

4. 解决方案

4.1. 外部解码芯片+CSR8675

Proto阶段用Cypress的CY8C40xx实现了驱动正交编码器的功能，方案框图如下：

case 0x55: /* cypress uart message */CSR8675的串口接收程序很简单，如下：
	DEBUG_QUAD_ENC(("QUAD: recv msg %x, %x, %x\n", receiveData[1],receiveData[2],receiveData[3])); 
	if (receiveData[3]) 
	{
		for (ucIdx = 0; ucIdx < receiveData[2]; ucIdx++) 
		{
			if (receiveData[1] == 0x01) 
			{
				MessageSend(&theSink.task, EventUsrMainOutVolumeUp, 0); 
			}
			else if (receiveData[1] == 0x02)
			{
				MessageSend(&theSink.task, EventUsrMainOutVolumeDown, 0); 
			}
		}
	}
	else 
	{
		DEBUG_QUAD_ENC(("QUAD: msg not support\n")); 
	} 
break;

4.2. 单CSR8675

上述方案的优点是实现起来简单可靠，支持最多4倍频计数。缺点是成本较高、PCB占用面积大、系统集成度低。 为了克服上述方案的缺点，用CSR8675的DSP驱动正交编码器是一个很好的方案，框图如下：

.MODULE $M.rotary_enc.service_routine; 
.CODESEGMENT ROTARY_ENC_SERVICE_ROUTINE_PM; 
.DATASEGMENT DM; 

$rotary_enc.service_routine: 
	
	// push rLink onto stack 
	$push_rLink_macro; 
	r0 = M[$PIO_IN]; 
	r1 = 0x800; 
	r2 = 0x80; 
	
	// read PIO 11 
	r3 = 1; 
	null = r0 AND r1; 
	if Z r3 = 0; 
	
	// read PIO 7 
	r4 = 1; 
	null = r0 AND r2; 
	if Z r4 = 0; 
	
	// get last sample pio value 
	r1 = M[$pio_a_last_value]; 
	r2 = M[$pio_b_last_value]; 
	
	// save current pio value 
	M[$pio_a_last_value] = r3; 
	M[$pio_b_last_value] = r4; 
	
	// check if pre and cur value is match, 
	// otherwise register timer event 
	// pre pio A != pio B 
	null = r1 - r2; 
	if Z jump register_event; 
	
	// cur pio A = pio B 
	null = r3 - r4; 
	if NZ jump register_event; 
	
	// check rotate direction 
	// 1: rotation, -1; anti-rotation 
	// cur = pre pio A 
	r0 = 1; 
	null = r3 - r1; 
	if Z r0 = -1; 
	
	// send rotation number 
	r2 = $KALIMBA_MSG_ROTARY_ENCODER_RETURN_ID_1; 
	r3 = r0; 
	r4 = 1; 
	call $message.send;
	
	register_event: 
	// fire a timer in 'MAX_BOUNCE_US' time 
	r1 = &$timer_struc; 
	r2 = 1000; 
	r3 = &$rotary_enc.service_routine; 
	call $timer.schedule_event_in; 
	
	// pop rLink from stack 
	jump $pop_rLink_and_rts; 

.ENDMODULE;

VM收到此消息后，将旋转格方向和旋转数转换成音量控制消息。

if (dspind->id == KALIMBA_MSG_ROTARY_ENCODER_RETURN_ID_1) 
{
	ENC_DEBUG(("HS : rotary encoder 1 [val: %x]\n", dspind->value[0])); 
	if (dspind->value[0] < 10) 
	{ 
		MessageCancelAll(&theSink.task, EventUsrMainOutVolumeUp); 
		MessageSend(&theSink.task, EventUsrMainOutVolumeUp, 0); 
	}
	else if (dspind->value[0] > 0xfff0) 
	{
		MessageCancelAll(&theSink.task, EventUsrMainOutVolumeDown); 
		MessageSend(&theSink.task, EventUsrMainOutVolumeDown, 0); 
	}
}

MessageCancelAll函数的目的是防止太多同类消息堆积，耗尽系统资源。

5. 总结

CSR8675驱动正交编码器的方案硬件成本低、可支持多组编码器、消耗的RAM资源少，实测响应速度快、不丢脉冲、不影响音频播放，是蓝牙平台深度开发的又一成果。 从另一个角度说，CSR8675的芯片架构设计值得认真学习。这种架构将快速、实时的任务交给DSP，将慢速、非实时任务交给VM，实现了系统的高效率运行。当然这种架构对开发人员的能力提出了更高的要求，这也不断鞭策我们努力提升自己的业务水平，向着更深更难处进军。