Как реализовать аппаратную отладку для коммутаторов и реле, когда программная отладка не подходит

В контексте электротехники и электроники переключатель — это компонент, который может «замыкать» или «разрывать» электрическую цепь, тем самым прерывая электрический ток или перенаправляя его с одного проводника на другой. Как могут подтвердить инженеры, существует множество различных типов переключателей, включая тумблеры, кулисные переключатели, кнопочные переключатели, микро- и концевые выключатели, магнитные и герконовые переключатели и реле. У всех есть одна общая черта: они подпрыгивают. Это просто то, что они делают.

Обычно этот дребезг оказывает незначительное влияние или вообще не влияет на схему, но если цифровая схема достаточно быстра, чтобы обнаружить и отреагировать на множественные дребезги, это может привести к серьезным последствиям. Задача инженера — избежать или смягчить последствия этого дребезга или «устранить дребезг» переключателя. Хотя в отрасли уже давно практикуется аппаратное устранение дребезга, в последнее время она перешла к программным методам устранения дребезга. Однако бывают ситуации, когда аппаратное устранение дребезга является лучшим вариантом.

В этой статье объясняется отскок и обсуждаются программные и аппаратные подходы к устранению дребезга. Затем он указывает на случаи, когда аппаратное устранение дребезга является лучшим вариантом, прежде чем показать, как его можно реализовать. Примеры коммутационных устройств и компонентов аппаратного устранения дребезга представлены на примерах от NKK Switches, ON Semiconductor, Texas Instruments, Maxim Integrated и LogiSwitch.

Что такое дребезг переключателя?

Когда переключатель или реле переключается или переключается, то, что человек воспринимает как мгновенную одиночную реакцию каждый раз, когда устройство меняет состояние, на самом деле может включать в себя 100 или более замыкающих действий, которые сохраняются в течение нескольких тысячных долей секунды, прежде чем контакт наконец произойдет. садится на место.

Например, рассмотрим однополюсный однопозиционный (SPST) нормально разомкнутый (НО) тумблер для монтажа на панели, такой как M2011SS1W01 от NKK. Предположим, что одна сторона этого переключателя, которую можно считать входом, подключена к земле (0 В), а другая сторона, которая в данном случае является выходом, подключена к источнику питания 5 В (показана как +ve). ) через подтягивающий резистор (R1) (рис. 1).

Обратите внимание, что дребезг переключателя может произойти как когда переключатель активирован (замкнут), так и деактивирован (разомкнут). Иногда отскоки могут полностью переходить между шинами питания, здесь рассматриваются состояния логики 0 и 1. В данном случае это «чистые» отскоки. Для сравнения, если сигнал достигает только промежуточного напряжения, это называется «грязными» дребезгами.

В случае однополюсного двухпозиционного тумблера для монтажа на панели, такого как M2012SS1W01-BC от NKK, дребезг может возникать как на нормально разомкнутых (НО), так и на нормально закрытых (НЗ) клеммах (рис. 2). В данном случае для простоты показаны только «чистые» отскоки.

Во многих случаях длительность отражения сигнала такова, что оно не оказывает никакого влияния. Проблемы возникают, когда переключатель подключен к электронному оборудованию, которое достаточно быстро обнаруживает и реагирует на множественные отскоки. Что требуется, так это способ устранения дребезга сигнала, поступающего от переключателя, до того, как на него воздействуетэлектронное оборудование.

Программное и аппаратное устранение дребезга

В 1960-х и 1970-х годах устранение дребезга переключателей реализовывалось с использованием различных аппаратных методов: от простых схем задержки резистора-конденсатора (RC), используемых с переключателями SPST, до более сложных функций фиксации установки/сброса (SR).

В последнее время, поскольку многие системы оснащены микропроцессором (MPU) или микроконтроллером (MCU), стало обычным явлением использовать программные методы для подавления дребезга сигнала, поступающего от любого переключателя. Однако устранение дребезга программного обеспечения не всегда является лучшим подходом. Существуют некоторые приложения, в которых используются небольшие, низкопроизводительные процессоры с ограниченным объемом памяти и ограниченным пространством кода и/или тактовыми циклами, доступными для реализации процедур устранения дребезга. В таких случаях аппаратная реализация может быть лучшим решением.

Кроме того, многие разработчики программного обеспечения не знакомы с физическими характеристиками переключателей, например с тем фактом, что помимо изменения от одного включения к другому, на характеристики отскока переключателя могут влиять такие условия окружающей среды, как температура и влажность.