CH32 - 摇杆控制器方案
CH32 - 摇杆控制器方案
摇杆控制器作为人机交互的重要设备,在游戏、安防监控、医疗和工业控制等领域有着广泛的应用。它通过精密的机械结构和电子元件,将用户的操作转化为电信号,再通过MCU(微控制器)处理后上传至主机,实现精准控制。本文将详细介绍摇杆控制器的工作原理、数据检测方法以及与MCU的资源匹配方案。
工作原理
常见的摇杆根据工作原理可以分为电阻式和霍尔式两种:
电阻式摇杆
电阻式摇杆的原理与滑动电位器类似,根据摇杆机械运动的变化,改变X轴和Y轴两个方向上滑片的位置,从而能够在对应方向的输出脚上检测到电压的变化,推断摇杆位置的变化。
这种摇杆的优点是成本低、结构简单,但由于摇杆操作过程中滑片与碳膜是直接接触式的,会随着使用产生磨损而影响精度,所以这种摇杆一般会有次数寿命。
霍尔式摇杆
霍尔摇杆的原理,是通过霍尔效应来检测外部磁场的变化,摇杆底部安有一个霍尔元件,而摇动的机械结构上固定有永磁体,当摇杆有操作时,霍尔元件检测X轴和Y轴方向上磁场的变化而转换成电信号的变化,采集输出脚上的电信号变化即可判断摇杆的移动。
这种摇杆的优点显而易见,由于是非接触式的感应,不存在物理磨损,没有使用寿命限制,但相对应的霍尔元件的成本也会更高。
数据检测与上传
不论是电阻式的摇杆还是霍尔式的摇杆,位置移动最后都是体现在输出脚电信号的变化,MCU需要通过ADC对输出脚实时采样转换,最后通过转换值的差来判断位置变化,这就是摇杆控制器的采样原理。
如游戏手柄、视频监控这些实时交互的应用中,得到摇杆位置变化的结果后,还需要将这个位置信息上传至PC或其他主控制器,一般是采用的USB通信,模拟成一个符合HID协议的手柄设备,将位置信息以坐标的形式告诉主机。
与MCU的资源匹配
- ADC:用于采样摇杆输出脚的电信号,一般摇杆会有两路输出,分别对应X轴和Y轴方向的变化;
- USB:与PC或其他主控制器通信,上传摇杆的位置信息;
摇杆控制器的核心资源就是ADC模块和USB模块,结合具体的功能要求,可选择高性能方案和性价比方案。
CH32V305高性能方案
- 最高144M Hz系统主频
- 12位精度的ADC转换
- USB2.0高速主机/设备接口(480Mbps 内置PHY)
V305的高主频以及更高的ADC时钟频率,可以提高对摇杆输出脚的采样率,也能在相同算法复杂度的情况下更快的运算出摇杆的位置数据,再配合USB高速接口,可以实现最高8K的回报率,这使得主机能获得更加精细的摇杆位置变化数据,相应的处理操作也会变得更加丝滑流畅;适合于如高性能游戏手柄、精度要求高的医疗器械等对实时性和操作精度要求高的应用场景;
CH32X035性价比方案
- 最高48M Hz系统主频
- 12位精度的ADC转换
- USB2.0全速控制器及PHY
X035实现的USB全速设备能够达到最高1K的回报率,也能够满足摇杆采样和上传的基础的功能要求且极具性价比,适合于普通手柄、工业机械操纵杆等基础的人机交互设备应用。