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机械开关抖动次数的测定及消抖方法

2006-10-24 12:28阅读:
消除抖动可软件消除(写一端延时程序约5-10ms躲过抖动的时间);也可硬件消除(触发器,或单稳态电路)
1 电路的设计
  机械开关的触点从断开到闭合,或从闭合到断开,从表面上看只经过一次变化,实际上,开关的触点在此过程中将会发生抖动。换句话说,从断开到稳定地闭合的过程中,开关要经过若干次的通和断;从闭合到完全断开过程中亦如此。图1简单描绘了机械开关的动作,在电平发生变化时,其前后都有无数个小脉冲,都是因机械开关触点抖动而产生的。这种变化很难用肉眼和简单的仪表测出,但是可用计数器准确地测出机械开关的抖动次数,并以数字显示出来。这里选用的计数器为4位同步十进制计数器74LS160,其逻辑功能参见表1。计数器的输出接译码器74LS47,其输出可驱动七段数码管显示数字,数码管选用共阳型。  

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图1 机械开关的动作
表1 74LS160计数器的逻辑功能表

输 入 输 出
CTP CTT CP D D D D Q3Q2Q1Q0
X X X X X X X L L L L
H H ↑ X X X X 计 数
L X X X X X X 保 持

  由于1只十进制计数器只能表示出(0~9)10个数,而机械开关的实际抖动次数往往很大,因此我们根据计数器功能表,将4只十进制计数器级联应用,如图2所示。这样它能表示1个4位的十进制数,计数范围0000~9999。当第1只计数器(个位)计到9(1001)时,再来1个计数脉冲,计数器的状态由1001变为0000,第1只计数器又从0开始计数;与此同时,第1只计数器的进位输出端Oc输出1个进位脉冲,它加到第2只计数器(十位)的CP端,使10位的计数器加1。依此类推,后面各级计数器亦如此。也就是说,每当10n位的计数器计满10个数时,10(n+1)位计数器加1。

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图2 计数器的级联及显示电路
  第1只计数器CP端的脉冲来自机械开关,根据表1给出的计数器功能表可知,十进制计数器74LS160为上升沿触发;再由图1所示描绘的机械开关的动作可知,在每一个稳定的脉冲的上升沿之前和下降沿之后,都有无数个小脉冲即机械开关的抖动脉冲;而在这些抖动脉冲的上升沿处,图2所示的计数器组便加1。数码管显示的数是所有上升沿的总和即机械开关的抖动脉冲的总和,因此根据数码管显示的数据,就可以算出每一次的抖动脉冲数。
2 抖动次数的测定及消抖方法
  由上述原理,只要用一只单刀双掷开关接成两种不同的电路,就可对开关的抖动情况作一比较。
  第1种电路如图3所示,K是单刀双掷按钮开关。在开关的常态(松开)时,A点为低电平;按下按钮时,A点为高电平,相当于在计数器的CP端输入1个脉冲上升沿,计数器74LS160输出的数码应加1。松开按钮时,A点又回到低电平,相当于输入脉冲的下降沿,此时计数器不应动作。实验记录如表2,从表中可见,在按下按钮时,开关的触点经过多次抖动后,才使A点稳定在高电平;在松开按钮时,开关的触点也经过多次抖动后,才使A点稳定在低电平。表2的数据表明,电路可准确地测出机械开关的抖动次数。但在对表2的数据进行运算时应注意一点,按下按钮时数码显示的上升沿数应该包括稳定脉冲的上升沿,所以应该减去此上升沿才是抖动次数。


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图3 接按钮开关电路图
表2 实验记录(一)

次数 松开(1→0) 抖动次数 按下(0→1) 抖动次数
1 0000(常态) 0 0019 18
2 0037 18 0071 33
3 0075 4 0099 23
4 0138 39 0170 31
5 0216 46 0218 1
6 0251 33 0263 11
7 0339 76 0368 28
8 0377 9 0421 43
9 0471 50 0502 30
10 0560 58 0571 10
11 0611 40 0676 64


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图4 由2个与非门构成的RS触发器消抖开关电路图
  第2种电路如图4所示;这里增加了1个RS触发器,其原理是利用触发器的记忆作用,当开关的动片在触点附近抖动时,A点的状态并不随之而改变。实验结果如表3;按下按钮时,计数器的输出数码加1;松开按钮时,计数器的输出数码不变。实验验证了这种开关的消抖作用。
表3 实验记录(二)

次数 松开(1→0) 按下(0→1)
1 0000(常态) 0001
2 0001 0002
3 0002 0003
4 0003 0004
5 0004 0005
6 0005 0006
7 0006 0007
8 0007 0008
9 0008 0009
10 0009 0010
11 0010 0011


3 讨论

  (1) 图2中计数器级联电路并不是唯一的,也可用其它型号的计数器构成电路。但在选择器件构成电路时,应以电路简单方便、信号

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