操縱桿的基本原理是將塑料桿的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠處理的電子信息,。這種基本的設(shè)計(jì)包括一個(gè)安放在帶有彈性橡膠外殼的塑料底座上的操縱桿,。在底座中操縱桿正下方位置裝有一塊電路板。電路板由一些“印刷線路”組成,，并且這些線路連接到幾個(gè)接觸觸點(diǎn),。然后，從這些觸點(diǎn)引出普通電線連接到計(jì)算機(jī),。
印刷線路構(gòu)成了一個(gè)簡單的電路（該電路由一些更小的電路構(gòu)成）,。這些線路僅僅將電流從一個(gè)觸點(diǎn)傳送到另一個(gè)觸點(diǎn)。當(dāng)操縱桿處于中間位置時(shí),，也就是當(dāng)您還未將操縱桿推向任何一邊時(shí),，除了一個(gè)電路之外的所有其他電路均處于斷開狀態(tài)。由于每條線路中的導(dǎo)體材料并沒有連接,，因此電路中沒有電流通過,。
每個(gè)斷開部分的上方覆蓋著一個(gè)帶有小金屬圓片的簡單塑料按鈕。當(dāng)您朝任一方向移動(dòng)操縱桿時(shí),，操縱桿便會(huì)向下擠壓其中的一個(gè)按鈕,，使導(dǎo)電的金屬圓片接觸到電路板。如此一來,，就可以閉合電路,，完成兩個(gè)線路部分的連接。電路閉合之后,，電流就會(huì)從計(jì)算機(jī)（或游戲控制臺(tái)）沿著一條線路流過,，穿過印刷線路，通過另外一條線路返回計(jì)算機(jī)（或游戲控制臺(tái)）,。
分壓器
每個(gè)分壓器由一個(gè)卷曲導(dǎo)軌形式的電阻和一個(gè)可移動(dòng)的觸臂組成,。計(jì)算機(jī)電源的電流從輸入端開始，通過卷曲的電阻和觸臂，流回計(jì)算機(jī)的操縱桿端口,。
沿著導(dǎo)軌移動(dòng)觸臂,，可以增大或減小作用于流經(jīng)此電路的電流的電阻值。如果觸臂位于與分壓器輸入連接端相對的另一端,，電流將流經(jīng)整個(gè)長度的電阻,，因而電流遇到的電阻最大。如果觸臂靠近輸入端,，則分壓器的電阻最小,。
操縱桿每個(gè)分壓器連接到操縱桿的一個(gè)軸，因此轉(zhuǎn)動(dòng)軸將會(huì)移動(dòng)觸臂,。也就是說,，如果將操縱桿向前推動(dòng)到頭，則會(huì)將分壓器觸臂移動(dòng)到導(dǎo)軌的一端,，如果向胸前回拉操縱桿,，則將觸臂向另一方向移動(dòng)。
改變分壓器的電阻值可以改變接入分壓器的電路中的電流,。通過這種方式,，分壓器先將操縱桿的物理位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將信號(hào)傳遞到計(jì)算機(jī)上的操縱桿端口,。
此電信號(hào)是模擬信號(hào),，是一種包含信息的變化的波形，就像無線電信號(hào)一樣,。為了利用這種信息,，計(jì)算機(jī)需要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，即精確的數(shù)值,。
數(shù)字化
操縱桿在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中,，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的卡（印刷線路板）通過使用非常粗糙的模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成這個(gè)任務(wù)。其基本思路是利用每個(gè)分壓器引起的電壓變化為電容充電,，電容是一個(gè)簡單的儲(chǔ)存電荷的電子元件（有關(guān)更多信息,，請參見電容器工作原理）。調(diào)節(jié)分壓器使電阻值越大,，電容充電的時(shí)間越長,；分壓器電阻值越小，電容充電速度越快,。
先將電容放電然后再計(jì)算電容充電所需的時(shí)間,，通過這個(gè)方式轉(zhuǎn)換器以此確定分壓器的位置，從而確定操縱桿的位置,。測量到的充電速率是計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)值,。當(dāng)計(jì)算機(jī)需要讀取操縱桿位置時(shí),，便會(huì)執(zhí)行此操作。
將分壓器連接到旋轉(zhuǎn)的部件,，可以將這種系統(tǒng)應(yīng)用到各種控
制系統(tǒng)中,。例如，傳統(tǒng)的方向盤的工作原理即是如此,，通過方向盤直接轉(zhuǎn)動(dòng)分壓器觸臂,。一些操縱桿還使用一個(gè)對應(yīng)于Z軸的分壓器，Z軸由操縱桿自身的轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng),。 一些操縱桿還帶有一個(gè)“大高帽”（操縱桿頂部的一個(gè)用拇指操控的微型控制器）。這種小型操縱桿使用了與上一節(jié)中介紹的簡易操縱桿相同的開關(guān)系統(tǒng),。
傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)總體上可以很好地工作,，但確實(shí)存在一些限制。在下一節(jié)中,，我們將探討模擬系統(tǒng)的主要弊端并了解一些新的解決方案,。
圖1操縱桿操縱桿制造商采用了幾種不同的方法來解決這些問題。一種解決方案就是在專用的游戲適配卡或操縱桿自身中增加一個(gè)靈敏的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片,。在這個(gè)系統(tǒng)中,，轉(zhuǎn)換器直接向計(jì)算機(jī)傳送數(shù)字信息，從而提高了操縱桿的精確度并減輕了主機(jī)處理器的工作,。這些新的操縱桿模型通常連接到USB端口,，這也可以提高速度和可靠性。另一個(gè)解決方案就是放棄模擬分壓器技術(shù),。一些新的控制器采用光學(xué)傳感器以數(shù)字方式讀取操縱桿的運(yùn)動(dòng)位置,。圖1顯示了一種常見的系統(tǒng)。
在這個(gè)系統(tǒng)中,，兩個(gè)軸連接到兩個(gè)開槽輪盤,。每個(gè)輪盤都位于兩個(gè)發(fā)光二極管(LED)和兩個(gè)光電池之間（為方便起見，圖1中僅顯示了一對光電池和發(fā)光二極管）,。當(dāng)每個(gè)LED發(fā)出的光透過一個(gè)槽孔時(shí),，輪盤另一側(cè)的光電池就會(huì)產(chǎn)生微弱的電流。當(dāng)輪盤輕微轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將阻擋住光線,，此時(shí)光電池不會(huì)產(chǎn)生電流（或者產(chǎn)生的電流很?。?/div>
軸旋轉(zhuǎn)時(shí)將帶動(dòng)輪盤轉(zhuǎn)動(dòng),，移動(dòng)的槽孔會(huì)反復(fù)阻擋射向光電池的光束,。這使得光電池產(chǎn)生高速電流脈沖。根據(jù)光電池產(chǎn)生的脈沖數(shù)量,，處理器就能知道操縱桿移動(dòng)的距離,。通過比較來自監(jiān)測同一個(gè)輪盤的兩個(gè)光電池的脈沖圖,，處理器可以計(jì)算出操縱桿移動(dòng)的軌跡。許多計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)也采用了同樣的基本系統(tǒng),。
