Схемы подавления дребезга контактов

Аппаратные подавители дребезга механических контактов коммутирующих
элементов: кнопок, выключателей, герконов, энкодеров и т. п.

С таким неприятным эффектом, как "дребезг" контактов переключателя сталкивается практически любой разработчик цифровых или микропроцессорных устройств. Явление это представляет собой процесс многократного неконтролируемого замыкания и размыкания контактов в моменты переключения любого механического коммутирующего устройства. Продолжительность дребезга контактов зависит от качества переключателя и может находиться в диапазоне – от десятка до сотни миллисекунд (Рис.1).

Дребезг сигнала при замыкании–отпускании переключателя
Рис.1 Реальная форма сигнала при замыкании–отпускании переключателя

Во многих случаях корректная работа логических устройств требует подавления эффекта дребезга контактов, так как без этого возникают предпосылки для многократных ложных срабатываний элементов, например – при подаче таких сигналов на тактовые входы счётчиков.

Использование пассивных подавителей дребезга, к примеру, изображённых на Рис.2 а) и б) и им подобным, как правило, к ожидаемому результату не приводит. И хотя они и вносят некоторый вклад в дело борьбы с паразитными импульсами, но до полной победы им, как ни крути, довольно далеко.
Пассивные подавители и схема подавления дребезга на триггере Шмитта
Рис.2 а) и б) – пассивные подавители, в) – схема подавления дребезга на триггере Шмитта

Другое дело, если к пассивной цепи, изображённой на Рис.2 б), присовокупить логический элемент, представляющий собой триггер Шмитта (Рис. 2 в)).
Предпочтительно, чтобы данный элемент был выполнен по КМОП технологии (к примеру, 561ТЛ2, 74HC14N, CD40106 или что-нибудь в этом духе) и имел высокое входное сопротивление.
Поскольку, по сравнению с простыми логическими вентилями, триггер Шмитта имеет дополнительную зону нечувствительности, равную разнице между напряжениями его срабатывания и отпускания, то и эффективность подавления паразитных импульсов, сглаженных интегрирующей цепочкой R2, C1 у него окажется значительно выше. К тому же имеющаяся в нём внутренняя положительная обратная связь обуславливает крутой фронт выходного сигнала, что является важным обстоятельством для нормальной работы большинства счётчиков.
Подавление дребезга на триггере Шмитта
Постоянная времени τ = R2*С1 интегрирующей цепи выбирается исходя из продолжительности дребезга контактов и составляет на приведённой схеме 10 миллисекунд.

Длительность выходного импульса соответствует времени замыкания контактов, а фронт и спад импульса несколько задержаны относительно моментов замыкания и размыкания контактов.

Рис.3 Подавление дребезга на триггере Шмитта

Если факт незначительной задержки выходного импульса является нежелательным, то на помощь приходят схемы подавления дребезга на RS-триггерах (Рис.4).
Данные триггеры могут быть реализованы: как на расхожих элементах 2И-НЕ либо 2ИЛИ-НЕ, так и на готовых RS-триггерах типа К561ТР2, CD4043 и т. д.
Схемы подавления дребезга на RS-триггерах
Рис.4 Схемы подавления дребезга на RS-триггерах

Подавители дребезга, выполненные на RS-триггерах, имеют длительность, а также фронт и спад выходного импульса полностью совпадающие с сигналом, идущим с контакта коммутирующего элемента. Помимо этого, они не содержат частотозависимых элементов, что позволяет им работать с любыми переключателями независимо от продолжительности дребезга. Однако при всех своих достоинствах, имеют и серьёзное конструктивное ограничение – в виде необходимости применения кнопки или выключателя с двумя группами контактов (on-off).

Одноконтактные схемы подавления дребезга, выполненные на ждущих мультивибраторах и прочих устройствах задержки, сужения или расширения импульсов, никакой практической ценности, на мой взгляд, не имеют. По сравнению со схемой на триггере Шмитта, они содержат большее количество элементов, часто довольно капризны и, в большинстве случаев, не имеют никаких функциональных преимуществ. Поэтому и рассматривать подобные устройства в рамках этой статьи мы не будем.

Однако было бы неправильно обойти вниманием такой класс приборов, как специализированные ИМС для удаления дребезга контактов, к примеру, микросхему MC14490 (Рис.5).
Схема включения MC14490
Рис.5 Схема включения ИМС 6-канального подавителя дребезга MC14490

Раньше эта микросхема выпускалась фирмой "ON Semiconductor" и стоила не вполне адекватных денег, теперь же – нашими китайскими друзьями, которые с удовольствием вам её отдадут по 100 с небольшим рублей, причём сразу аж за 5 шт.
Эта микросхема содержит в одном корпусе 6 подавителей дребезга, работающих по принципу цифрового интегратора.
Согласно документации MC14490 имеет следующие характеристики:

– Защитные диоды на всех входах;
– Подтягивающие к плюсу резисторы на всех цифровых входах;
– Возможность использования внутреннего генератора или внешнего тактового сигнала;
– ТТЛ совместимые уровни входов и выходов;
– Подавление дребезга на обоих фронтах сигнала;
– Напряжение питания 3...18В;
– Собственное потребление тока 0,1...0,65мА (в зависимости от напряжения питания).

В документации на микросхему есть формула для расчёта ёмкости конденсатора С1, определяющей частоту внутреннего генератора, но её можно подобрать и опытным путем. Обычно номинал этого конденсатора составляет: от 50...200 пФ для энкодеров и до 1...10 нФ для обычных кнопок.

Схема подавителя дребезга на D-триггере
Если же хочется построить нечто подобное, но на микросхемах стандартной логики, то это с лёгкостью можно исполнить по схеме, приведённой на Рис.6.

Данный подавитель дребезга предполагает наличие внешнего генератора, который также легко можно реализовать на стандартных КМОП вентилях.
Причём одного внешнего генератора окажется вполне достаточным для работы практически с неограниченным количеством таких подавителей.

Рис.6 Схема подавителя дребезга на D-триггере

Кстати, по принципу действия это устройство весьма напоминает продукты программной реализации подавителей дребезга на микроконтроллере.



 

Главная страница | Наши разработки | Полезные схемы | Это нужно знать | Вопросы-ответы | Весёлый перекур
© 2017 Vpayaem.ru   All Rights Reserved