51单片机EC11编码器编程实战：从硬件连接到软件消抖

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EC11 是一种机械式增量编码器，通过旋转产生两路正交的脉冲信号（通常标记为 CLK 和 DT）。这两路信号存在 90 度的相位差，旋转方向不同时，两路信号的相位关系会发生变化：

顺时针旋转时，CLK 信号领先 DT 信号 90 度
逆时针旋转时，DT 信号领先 CLK 信号 90 度

除了旋转信号外，EC11 还带有一个独立的按键信号（SW），可以用于确认选择等操作。

为了确保信号质量，硬件电路需要做以下处理：

上拉电阻配置
CLK 和 DT 信号线需要接 10kΩ 上拉电阻
SW 信号线同样需要上拉，通常用 4.7kΩ
硬件滤波
每个信号线对地接 100nF 电容
信号线上串联 100Ω 电阻
ESD 防护
在信号线入口处放置 TVS 二极管
或使用专用的 ESD 保护器件

优点：
– 实现简单，不占用中断资源
– 对系统实时性要求低

缺点：
– 响应速度慢，可能丢失快速旋转的信号
– CPU 占用率高

优点：
– 响应速度快
– CPU 占用率低

缺点：
– 需要合理处理中断冲突
– 对消抖算法要求更高

推荐在大多数应用中使用中断法，特别是需要快速响应的场合。

消抖状态机是解决机械编码器抖动的关键，典型的 4 状态机如下：

IDLE 状态：等待信号变化
DEBOUNCE_A 状态：初次检测到变化，开始消抖计时
DEBOUNCE_B 状态：确认信号稳定
CONFIRM 状态：确认旋转方向

状态转换条件：
– 超时（典型值 5ms）
– 信号稳定
– 方向确认

#include <reg52.h>

#define DEBOUNCE_TIME 5 // 消抖时间 5ms
#define TIMEOUT 20      // 超时时间 20ms

volatile unsigned char state = 0;
volatile unsigned char direction = 0;
volatile unsigned int counter = 0;

sbit CLK = P1^0;
sbit DT = P1^1;

void Timer0_Init() {
    TMOD |= 0x01;  // 模式 1，16 位定时器
    TH0 = 0xFC;    // 1ms 定时
    TL0 = 0x66;
    ET0 = 1;       // 使能定时器中断
    TR0 = 1;       // 启动定时器
}

void ExtInt0_Init() {
    IT0 = 1;       // 下降沿触发
    EX0 = 1;       // 使能外部中断 0
}

void main() {
    EA = 1;        // 开总中断
    Timer0_Init();
    ExtInt0_Init();

    while(1) {// 主循环处理计数结果}
}

void Timer0_ISR() interrupt 1 {
    TH0 = 0xFC;
    TL0 = 0x66;

    if(state != 0) {
        counter++;
        if(counter > TIMEOUT) {
            state = 0; // 超时返回空闲状态
            counter = 0;
        }
    }
}

void ExtInt0_ISR() interrupt 0 {
    static unsigned char last_CLK, last_DT;

    switch(state) {
        case 0: // IDLE
            state = 1;
            counter = 0;
            last_CLK = CLK;
            last_DT = DT;
            break;

        case 1: // DEBOUNCE_A
            if(counter >= DEBOUNCE_TIME) {if(CLK == last_CLK && DT == last_DT) {
                    state = 2;
                    counter = 0;
                } else {state = 0;}
            }
            break;

        case 2: // DEBOUNCE_B
            if(counter >= DEBOUNCE_TIME) {if(CLK != last_CLK || DT != last_DT) {
                    // 确认方向
                    if(CLK == DT) {direction = 1; // 顺时针} else {direction = 2; // 逆时针}
                    state = 3;
                    counter = 0;
                } else {state = 0;}
            }
            break;

        case 3: // CONFIRM
            if(counter >= DEBOUNCE_TIME) {
                // 更新计数器
                if(direction == 1) counter++;
                else if(direction == 2) counter--;
                state = 0;
            }
            break;
    }
}