操縱桿的基本原理是將塑料桿的運動轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠處理的電子信息。這種基本的設(shè)計包括一個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接觸觸點。然后，從這些觸點引出普通電線連接到計算機(jī)。
印刷線路構(gòu)成了一個簡單的電路（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觸點傳送到另一個觸點。當(dāng)操縱桿處于中間位置時，也就是當(dāng)您還未將操縱桿推向任何一邊時，除了一個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。
每個斷開部分的上方覆蓋著一個帶有小金屬圓片的簡單塑料按鈕。當(dāng)您朝任一方向移動操縱桿時，操縱桿便會向下擠壓其中的一個按鈕，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，完成兩個線路部分的連接。電路閉合之后，電流就會從計算機(jī)（或游戲控制臺）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算機(jī)（或游戲控制臺）。
分壓器
每個分壓器由一個卷曲導(dǎo)軌形式的電阻和一個可移動的觸臂組成。計算機(jī)電源的電流從輸入端開始，通過卷曲的電阻和觸臂，流回計算機(jī)的操縱桿端口。
沿著導(dǎo)軌移動觸臂，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。
操縱桿每個分壓器連接到操縱桿的一個軸，因此轉(zhuǎn)動軸將會移動觸臂。也就是說，如果將操縱桿向前推動到頭，則會將分壓器觸臂移動到導(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。
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，再將信號傳遞到計算機(jī)上的操縱桿端口。
此電信號是模擬信號，是一種包含信息的變化的波形，就像無線電信號一樣。為了利用這種信息，計算機(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)換器完成這個任務(wù)。其基本思路是利用每個分壓器引起的電壓變化為電容充電，電容是一個簡單的儲存電荷的電子元件（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算電容充電所需的時間，通過這個方式轉(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算機(jī)可以識別的數(shù)值。當(dāng)計算機(jī)需要讀取操縱桿位置時，便會執(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)動分壓器觸臂。一些操縱桿還使用一個對應(yīng)于Z軸的分壓器，Z軸由操縱桿自身的轉(zhuǎn)動來帶動。 一些操縱桿還帶有一個“大高帽”（操縱桿頂部的一個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靈敏的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。在這個系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)換器直接向計算機(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動位置。圖1顯示了一種常見的系統(tǒng)。
在這個系統(tǒng)中，兩個軸連接到兩個開槽輪盤。每個輪盤都位于兩個發(fā)光二極管(LED)和兩個光電池之間（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LED發(fā)出的光透過一個槽孔時，輪盤另一側(cè)的光電池就會產(chǎn)生微弱的電流。當(dāng)輪盤輕微轉(zhuǎn)動時將阻擋住光線，此時光電池不會產(chǎn)生電流（或者產(chǎn)生的電流很?。?。
軸旋轉(zhuǎn)時將帶動輪盤轉(zhuǎn)動，移動的槽孔會反復(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的距離。通過比較來自監(jiān)測同一個輪盤的兩個光電池的脈沖圖，處理器可以計算出操縱桿移動的軌跡。許多計算機(jī)鼠標(biāo)也采用了同樣的基本系統(tǒng)。
