Электрические контакты в механических кнопочных переключателях часто замыкают и размыкают цепь несколько раз даже при одном единственном нажатии кнопки. А в некоторых схемах это очень нежелательно. Схема же устранения дребезга поможет удалить пульсации, чтобы обеспечить чистый переход уровня на выходе.
Многие переключатели могут дребезжать в течение сотен микросекунд после нажатия. И поскольку большинство логических устройств реагируют всего за несколько наносекунд, это может привести к ложным срабатываниям и ошибочному выводу.
Зато добавив подходящую схему устранения дребезга (дебаунсера) между кнопкой и логическим входом, можно полностью устранить дребезг переключателя.
Классическая схема без подавления дребезга выглядит как изображение слева, а та же схема с базовой схемой подавления дребезга (RC-фильтр) показана в середине. Схема справа имеет диод для индивидуального управления временем заряда и временем разряда конденсатора.
При выборе RC-компонентов дребезг переключателя поглощается во время периода заряда или разряда, обеспечивая плавный переход.
Обратите внимание, что постоянная времени — это баланс между необходимостью устранения дребезга переключателя и требуемым временем отклика схемы. В течение одной постоянной времени напряжение поднимется до 63% от своего конечного значения или упадет до 37% от своего конечного значения, а 99% будет достигнуто после пяти постоянных времени в обоих случаях.
В качестве практического примера: R(pullup) = 1 кОм, R = 10 кОм, C = 1 мкФ (постоянная времени должна составлять примерно половину желаемого времени устранения дребезга, которое обычно выбирается равным 10 мс, чтобы обеспечить максимальное время устранения дребезга, не позволяя при этом заметить задержку).
Далее показана схема устранения дребезга переключателя с различным временем включения и выключения, а также дополнительным гистерезисом.
В этом месте цифровая логика определяется следующим образом: 0 (НИЗКИЙ) — напряжение ниже определенного уровня (т. е. 0,8 В), 1 (ВЫСОКИЙ) — напряжение выше определенного уровня (т. е. 2,5 В), а значения между ними не определены.
Добавленный буфер триггера Шмитта обеспечивает стабильные и определенные уровни напряжения. Для этого хорошо подойдет один инвертор с триггерными входами Шмитта, например 74LVC1G14.
Кстати, устранение дребезга с помощью программного обеспечения является основным методом используемым сегодня разработчиками (действует как простой цифровой фильтр нижних частот).
Программное устранение дребезга решает проблему дребезга, но не решает проблемы перенапряжения, электростатического разряда или других переходных процессов. Поэтому даже этот подход не идеален.
Специальные микросхемы дебаунсеры
Итак, дискретные компоненты могут обеспечить устранение дребезга с защитой от электростатического разряда и перенапряжения. В общем, для устранения дребезга с дискретными компонентами вам понадобятся подтягивающий резистор, резистор и конденсатор последовательно, резистор на входе буфера триггера Шмитта и диод, чтобы гарантировать, что заряд конденсатора не будет пропускать большой ток через входную защитную цепь буфера во время отключения питания.
Итоговое количество деталей может быть немалым для многовходовых схем. Так что в настоящее время широко доступны специализированные многоканальные микросхемы устранения дребезга. Такие микросхемы обычно обеспечивают логику устранения дребезга и цифровой фильтр, защиту от перенапряжения на входе и защиту от электростатического разряда. Они также имеют схему блокировки пониженного напряжения, которая обеспечивает правильное состояние выходов при включении питания. Вот некоторые из них:
- LS118P 3-канальная ИС без дребезга с подтверждением
- MAX6816-6818 CMOS-коммутатор антидребезг
- MC14490 Устранитель дребезга шести контактов
- LTC2951 Кнопочный контроллер включения/выключения
Давайте рассмотрим применение MC14490, поскольку это довольно популярный чип, состоящий из шести независимых дебаунсеров, что позволяет исключить множество дискретных компонентов.
По сути, это цифровой интегратор. Микросхема может интегрировать как вверх, так и вниз, что позволяет ей устранять дребезг как на переднем, так и на заднем фронтах сигнала.
Эта микросхема проста в использовании и для нее нужен только один внешний конденсатор. Просто подключите переключатель к входу и используйте соответствующий выход (обратите внимание, что выходы находятся в неопределенном состоянии сразу после включения питания).
Вот тестовая сборка MC14490 на макетной плате.
Антидребезг в энкодерах
Часто механический поворотный энкодер также требует соответствующей схемы устранения дребезга переключателя. Это особенно актуально, когда работаем с прерываниями на микроконтроллере, который обычно ожидает чистого перехода сигнала на своем соответствующем входе.
Снаружи обычный механический вращающийся энкодер обычно имеет 3 контакта плюс 2 контакта для переключателя кнопки вала. Центральный контакт (C) обычно является контактом заземления (GND), в то время как два других контакта (A и B), которые при повороте ручки выводят 2 импульсных сигнала, которые немного смещены во времени. Внутренности механического вращающегося энкодера можно рассматривать как 2 кнопочных переключателя плюс дополнительный кнопочный переключатель вала (просто еще один кнопочный переключатель микрик).
Если есть готовый модуль механического вращающегося энкодера, то, скорее всего, у него будут следующие контакты: GND, +/VCC, SW, DT, CLK.
Подведем итоги
Устранение дребезга переключателя — это одна из вещей, с которыми обычно приходится иметь дело при работе с механическими кнопками, тумблерами и цифровыми схемами. Если нужно ввести сигнал механического переключателя в цифровую схему, то надо сначала устранить дребезг сигнала, чтобы нажатие кнопки не выглядело как одновременно несколько нажатий.
Аппаратные дебаунсеры коммутаторов решают множество проблем, связанных с подключением цифровых микросхем к шумным, подверженным переходным процессам, дребезжащим входам. Они делают схемы более надежными и устойчивыми за счет упрощения конструкции, сокращения процессорного времени и расходов, а также устранения многих потенциальных и непредвиденных проблем.
