Я хочу прочитать квадратурные энкодеры с полным разрешением и одним прерыванием на Arduino Nano (ATmega328). Итак, я обнаружил, что мы можем использовать XOR для достижения полного разрешения:

Где контакт 3 является прерываемым, а 4 и 5 — нет.

Наши требования:

1. Полное разрешение: например, решение, предложенное в этом ответе, работает только с половинным разрешением, не обнаруживая все края.
2. В режиме реального времени: быть максимально быстрым до уровня, который позволяет это оборудование, и безопасным с точки зрения отсутствия пропуска ни одного из фронтов сигнала.
3. используя только одно прерывание. Нам нужен другой для других целей.

На данный момент я разработал два разных кода, один из которых направлен на обеспечение безопасности, а другой — на производительность:

Преамбула:

#include "digitalWriteFast.h"

#define pinT 3 // триггерный вывод, исходящий от XOR

#define pinA 4 // канал A
#define pinB 5 // канал B

volatile long counter = 0;
long counter_ = counter;

где библиотеку digitalWriteFast можно загрузить здесь.

Исполнитель:

volatile short int increment = 0;
volatile bool tmpA;
volatile bool tmpB;
volatile bool lastA;

ISR(trigger) {
  tmpA = digitalReadFast(pinA);
  tmpB = digitalReadFast(pinB);
  counter += (1 - 2 * tmpA) * (1 - 2 * tmpB) * (1 - 2 * (lastA != tmpA));
  lastA = tmpA;
}

void setup() {
  pinMode(pinA, INPUT_PULLUP);
  pinMode(pinB, INPUT_PULLUP);
  pinMode(pinT, INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pinT), trigger, CHANGE);
  lastA = digitalReadFast(pinA);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (counter != counter_) {
    Serial.println(counter);
    counter_ = counter;
  }
}

Безопасно:

volatile unsigned long error = 0;
unsigned long error_ = 0;

volatile bool inputA;
volatile bool inputB;

volatile short state; // 100 110 101 111
volatile short state_;

void detectState() {
  inputA = digitalReadFast(pinA);
  inputB = digitalReadFast(pinB);

  if (inputA) {
    if (inputB) {
      state = 111;
    } else {
      state = 110;
    }
  } else {
    if (inputB) {
      state = 101;
    } else {
      state = 100;
    }
  }
}

ISR(trigger) {

  detectState();

  if (state_ != state) {
    switch (state_) {
      case 100:
        if (state == 110) {
          counter++;
        } else if (state == 101) {
          counter--;
        } else {
          error++;
        }
        break;
      case 110:
        if (state == 100) {
          counter--;
        } else if (state == 111) {
          counter++;
        } else {
          error++;
        }
        break;
      case 101:
        if (state == 100) {
          counter++;
        } else if (state == 111) {
          counter--;
        } else {
          error++;
        }
        break;
      case 111:
        if (state == 110) {
          counter--;
        } else if (state == 101) {
          counter++;
        } else {
          error++;
        }
        break;
      default:
        error++;
        break;
    }

    state_ = state;
  } else {
    error++;
  }
}

void setup() {
  pinMode(pinT, INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pinT), trigger, CHANGE);

  pinMode(pinA, INPUT_PULLUP);
  pinMode(pinB, INPUT_PULLUP);

  detectState();
  state_ = state;

  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (counter != counter_) {
    Serial.print("counter: ");
    Serial.println(counter);
    counter_ = counter;
  }

  if (error != error_) {
    Serial.print(error);
    Serial.println(" errors");
    error_ = error;
  }
}

Теперь мои вопросы:

1. Есть ли способ повысить скорость/безопасность производительного/безопасного кода? Приветствуется любой способ улучшить этот код.
2. Возможно ли сочетание максимальной скорости и безопасности или компромисс между ними?
3. Какую максимальную частоту мы можем получить при такой конфигурации?

Заранее спасибо за помощь.