KY-040旋转编码器接Arduino：判方向、消抖与计数

音量旋钮一转，数字就跳；微波炉调时间、鼠标滚轮滚页面，背后干活的多半是旋转编码器。它还能反过来当传感器用——装到直流减速电机的尾巴上，就能知道电机轴转了多少圈、转得多快，配上驱动器就是一套位置反馈。这次轮到KY-040——37合1传感器套件里的老熟人，五根针、一根能按下去的轴，接上Arduino就能把"转了多少格、往哪边转、轴有没有被按下"全部读出来。这篇把引脚、接线、方向判断、消抖和计数一次讲透，代码照抄就能跑。

先说清楚它和电位器的区别。电位器转到底就停，读的是模拟电压，还会随温度漂；旋转编码器没有尽头，随便转，输出的是数字脉冲，数脉冲就知道转了多少。精度要求高的调节场合，它比电位器靠谱得多。

一、KY-040五个引脚各管什么

模块上五个引脚，从边上一路数过来：

• GND——接地。
• +（VCC）——供电，接Arduino的5V或3.3V都行。
• SW——轴上自带的自复位按键输出。平时被上拉电阻拉在高电平，把轴往下一按，这脚就被拉低到地。
• CLK——两路正交输出信号之一，接数字输入脚。
• DT——另一路正交输出，波形和CLK长得一样，就是差了90度相位。

里面是什么结构？一张开槽的圆形码盘跟着轴一起转，盘上有两个触点A和B，轮流接触公共端C（也就是地）。关键在于两个触点的位置是错开的，永远不会同时接触地——A总比B早碰到或者晚碰到那么一下，两路信号就这么错开了。

两相相位差：判断方向的核心

理解了错相位，方向判断就一句话的事：在CLK电平跳变的那个瞬间，去看DT的电平。

如果此刻DT和CLK不一样，说明DT还没跟上，轴在往一个方向转（顺时针）；如果两者一样，说明DT先动过了，方向相反（逆时针）。这套玩法有个正式名字，叫正交编码（Quadrature Encoding）。两个信号谁先谁后由旋转方向决定，数脉冲的个数就知道转了多少，比一下谁先动就知道往哪边转。

两路信号长什么样？拿示波器看就是两条漂亮的方波，一模一样的频率，只是错开了一段——国外玩家把电机编码器的两路输出接到示波器上，看到的正是这个。理论上把两路波形组合起来读，还能拼出更高的分辨率，不过对KY-040这种当旋钮用的场合，单路加判向已经够用了。

顺便把编码器家族分个工：KY-040这类叫增量式（也叫相对式）编码器，只报告"转了多少格"，不报告轴当前绝对角度，适合当旋钮用；另一种是绝对式，直接给出轴的精确角度。还有装在直流减速电机尾部的电机编码器，比如国外玩家实测过的那颗goBILDA 5201减速电机，一圈能出374个脉冲，专门拿来测转速、做位置闭环——数脉冲的思路一样，用处不同。

接线：五根线照着插

按下面的表接，两分钟的事：

引脚不是死的，换成别的数字脚完全可以，代码里把宏定义改一致就行。想直观看到方向，还可以学国外教程的接法：两个LED各串一个150到470欧的限流电阻（220欧就行），分别接两个输出口，顺时针亮一个、逆时针亮另一个，调试的时候一眼就能看出判向对不对。

另外提醒一句电源：如果后续要在这个Arduino上挂舵机，舵机最好单独供电。舵机一动就容易把5V线上的噪声搅起来，编码器这种靠电平判读的器件跟着遭殃，读数莫名发飘的时候，先查供电再怀疑代码。

例程：轮询版和中断版各来一个

先上轮询版，在主循环里不停看CLK。它顺带把SW按键也读了：

// Rotary Encoder Inputs
#define CLK 2
#define DT 3
#define SW 4

int counter = 0;
int currentStateCLK;
int lastStateCLK;
String currentDir = "";
unsigned long lastButtonPress = 0;

void setup() {

  // Set encoder pins as inputs
  pinMode(CLK, INPUT);
  pinMode(DT, INPUT);
  pinMode(SW, INPUT_PULLUP);

  // Setup Serial Monitor
  Serial.begin(9600);

  // Read the initial state of CLK
  lastStateCLK = digitalRead(CLK);
}

void loop() {

  // Read the current state of CLK
  currentStateCLK = digitalRead(CLK);

  // If last and current state of CLK are different, then pulse occurred
  // React to only 1 state change to avoid double count
  if (currentStateCLK != lastStateCLK && currentStateCLK == 1) {

    // If the DT state is different than the CLK state then
    // the encoder is rotating CCW so decrement
    if (digitalRead(DT) != currentStateCLK) {
      counter--;
      currentDir = "CCW";
    } else {
      // Encoder is rotating CW so increment
      counter++;
      currentDir = "CW";
    }

    Serial.print("Direction: ");
    Serial.print(currentDir);
    Serial.print(" | Counter: ");
    Serial.println(counter);
  }

  // Remember last CLK state
  lastStateCLK = currentStateCLK;

  // Read the button state
  int btnState = digitalRead(SW);

  //If we detect LOW signal, button is pressed
  if (btnState == LOW) {
    //if 50ms have passed since last LOW pulse, it means that the
    //button has been pressed, released and pressed again
    if (millis() - lastButtonPress > 50) {
      Serial.println("Button pressed!");
    }

    // Remember last button press event
    lastButtonPress = millis();
  }

  // Put in a slight delay to help debounce the reading
  delay(1);
}

烧进去，打开串口监视器，正着转、反着转，看Direction和Counter怎么变；按一下轴，会蹦出Button pressed。跑起来的效果就是下面这样：

这段代码有三个要点。第一，条件里限了currentStateCLK == 1，也就是只在CLK从低变高的那个沿动作，一个档位只计一次，两个沿都响应就会双计。第二，方向判断就嵌在if里：DT不等于CLK就减计数（CCW），相等就加计数（CW）。第三，SW按键用了50毫秒的时间窗滤抖：读到低电平后记下时间，50毫秒内的重复低电平不算新按键。

轮询版能用，但有三个先天毛病：主循环得一直盯着这两个脚，干不了别的正事；忙起来的时候响应会慢半拍；转快了直接丢步。解法是中断——让硬件盯着CLK，一跳变就暂停主程序去执行读数函数，完事回来接着干。

// Rotary Encoder Inputs
#define CLK 2
#define DT 3

int counter = 0;
int currentStateCLK;
int lastStateCLK;
String currentDir = "";

void setup() {
  // Set encoder pins as inputs
  pinMode(CLK, INPUT);
  pinMode(DT, INPUT);

  // Setup Serial Monitor
  Serial.begin(9600);

  // Read the initial state of CLK
  lastStateCLK = digitalRead(CLK);

  // Call updateEncoder() when a change is seen on CLK pin
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(CLK), updateEncoder, CHANGE);
}

void loop() {
  //Do some useful stuff here
}

void updateEncoder() {
  // Read the current state of CLK
  currentStateCLK = digitalRead(CLK);

  // If last and current state of CLK are different, then pulse occurred
  // React to only 1 state change to avoid double count
  if (currentStateCLK != lastStateCLK && currentStateCLK == 1) {

    // If the DT state is different than the CLK state then
    // the encoder is rotating CCW so decrement
    if (digitalRead(DT) != currentStateCLK) {
      counter--;
      currentDir = "CCW";
    } else {
      // Encoder is rotating CW so increment
      counter++;
      currentDir = "CW";
    }

    Serial.print("Direction: ");
    Serial.print(currentDir);
    Serial.print(" | Counter: ");
    Serial.println(counter);
  }

  // Remember last CLK state
  lastStateCLK = currentStateCLK;
}

和轮询版的差别就两处：把读数逻辑整体搬进updateEncoder()函数，然后在setup里挂上attachInterrupt，指定CLK脚、CHANGE触发（高低跳变都进中断）。注意主循环loop()整个是空的——检测全交给中断了，主循环爱干嘛干嘛。转起来之后串口刷新明显比轮询版跟手，快转也不丢步。

中断版还有个顺手的应用：拿counter去驱动舵机。舵机的信号线接9脚这种PWM脚，红线接5V、棕线接地；舵机只吃0到179度的位置值，所以代码里把counter往负数夹到0、往上夹到179，每转一个档位走一度，旋钮拧到哪舵机指到哪——做机械臂关节微调就是这套思路。

消抖与计数，新手最容易栽的四个坑

坑一：一个档位计两次。原因是CLK两个沿都响应了。记死一条——只在其中一个沿动作，代码里的currentStateCLK == 1就是在干这个。

坑二：按键一按蹦出好几条。机械触点闭合瞬间会抖，一次按压被读成好几次。照例程的写法用millis()卡50毫秒窗口就稳了；轮询读数发飘的话，循环末尾那个1毫秒的delay别嫌它土，留着。

坑三：转快了数字不对。轮询扛不住快速旋转，老老实实上中断版。另外例程为了演示，把Serial.print放在了中断回调里，自己项目里建议回调越短越好，打印挪到主循环去做。

坑四：想测转速却算不准。电机编码器那套玩法是：中断设成RISING、只数一路，每满一秒把计数值取走清零，脉冲数乘60再除以每圈脉冲数就是转速——一秒内的脉冲数乘60是一分钟的脉冲数，除以每圈脉冲数自然就是每分钟转多少圈。每圈脉冲数必须查你手上电机的规格页——实测那颗是374，你的未必是，这个数不查准，RPM就是错的。接线也简单：编码器的VCC和GND照接，信号出一接到中断脚就行，反正不判方向，接A相还是B相无所谓。

坑五：counter用int还是long。KY-040当旋钮慢慢拧，int绰绰有余；但换成电机编码器这种高速场合，脉冲来得又急又密，计数值一路涨，用int早晚溢出，老老实实上long，例程里电机那版用的就是volatile long，中断和主循环共用变量，volatile也别省。

最后收个尾。KY-040几块钱一颗，五根线、一个判断方向的if、一个数脉冲的变量，就构成了从"拧旋钮"到"做菜单、调舵机、测转速"的全部基础。转出来方向反了别慌，CLK和DT两根线对调一下就正过来了。下一步，把这个旋钮装到你自己的项目里去吧。