Во многих недавних статьях [1] предлагались схемы управления питанием с помощью кнопки. Какие-то из них, возможно, были более устойчивы к дребезгу контактов, чем другие, но как это можно проверить? В предлагаемой статье описывается, как некоторые простые схемы могут имитировать дребезг контактов, делая это контролируемо и повторяемо, что позволяет объективно оценить, насколько хорошо работает схема устранения дребезга.
Есть и другие решения. Захват дребезга от реального переключателя и последующее его воспроизведение с разной частотой – это один из подходов. И, по-видимому, для него доступны модели SPICE. Я не играл с такими моделями, но уверен, что их разработчики получили удовольствие.
Настоящие контактные помехи по своей природе являются случайными и часто очень резкими. Вместо них в устройстве, подробно показанном на Рисунке 1, используются пачки четко определенных импульсов. Если ваша схема или программа устранения дребезга справятся с этим, то их работа в реальных условиях практически гарантирована. Поскольку импульсы сгруппированы в пачки и повторяются, защитный интервал можно легко измерить. Подключите эту схему к (нормально разомкнутым) контактам, дребезг которых вам нужно проверить, и изменяйте длительность пачки до тех пор, пока ваша система не начнет работать неправильно.
 |
|
| Рисунок 1. | Этот имитатор дребезга контактов формирует короткие пачки импульсов при нажатии или отпускании кнопки «Пуск». Длительность пачек можно изменять в диапазоне от 100 мкс до 100 мс. Оптопара обеспечивает изоляцию выхода, который по мере необходимости может быть подтянут к шине питания или к земле. |
Как показали некоторые быстрые тесты, кнопочные переключатели сильно различаются. Кликающие тактильные переключатели при замыкании продемонстрировали небольшой или даже нулевой дребезг. Кнопка дешевого дверного звонка была, мягко говоря, несколько хуже, несмотря на то, что, казалось бы, она предназначалась для коммутации токов порядка ампер. Хотя большинство из них шумели сильнее при размыкании, чем при замыкании, все, как правило, успокаивались в течение 20 мс (за исключением кнопки дверного звонка), поэтому для тестирования должно быть достаточно интервала от 100 мкс до 100 мс.
Пока кнопка «Пуск» не нажата, работа генератора U1a запрещена, и схема находится в статическом состоянии, поэтому ток не потребляется (за исключением наноамперных утечек), и выход разомкнут. Нажатие кнопки «Пуск» включает генератор. После короткой задержки цепочкой C1/R2, маскирующей начальный фронт тактового сигнала, происходит сброс счетчика U2a, что позволяет ему досчитать до 8, а затем остановиться. Импульсы с его выхода Q1 косвенно подаются на оптопару OCI1 для имитации «дребезга при замыкании», а затем за ними следует постоянный уровень от выхода Q4, как только контакт можно считать правильно замкнутым. Во время этой последовательности счетчик U2b неактивен. На Рисунке 2 показаны осциллограммы в различных точках схемы.
 |
|
| Рисунок 2. | Композиция осциллограмм сигналов схемы на Рисунке 1 с некоторыми комментариями по ее работе. |
То, что было нажато, должно вернуться
После отпускания кнопки «Пуск» конденсатор C2 и резистор R3 позволяют генератору продолжать работу в течение примерно 200 мс. Счетчик U2a сбрасывается, позволяя U2b выполнять счет до тех пор, пока его выход Q1 не закончит выдачу пачки импульсов «дребезга при размыкании». Наконец, U2b останавливается, и схема переходит в состояние, готовое к следующему циклу тестирования.
Диоды D2–D4 и резистор R6 выполняют функцию «ИЛИ» для импульсов и постоянного напряжения. Первоначально для этого использовалась микросхема 74HC02 (четыре логических элемента «2ИЛИ-НЕ»), но оставалось так много лишних вентилей, что все выглядело просто некрасиво. Использование диодной логики и свободных вентилей микросхемы U1 для буферизации решило эту проблему.
Взгляд на осциллограммы вызывает небольшое смущение. Обратите внимание, как различаются последовательности замыкания и размыкания: последнее начинается в произвольной точке тактового сигнала, создавая дополнительный полный или частичный импульс. Эту проблему могло бы решить добавление логики и синхронизация импульса сброса счетчика U2a с тактовым сигналом, но, хотя «с точки зрения осциллографа» это и было бы более элегантно, практического преимущества это не давало. В любом случае, как мы видели выше, многие кнопки создают больше электрического шума именно при размыкании контактов.
Легкий выход и более трудный
Теперь, когда у нас есть пачки импульсов, нужно сделать их похожими на настоящие замыкания переключателя. Самый простой и, как правило, лучший способ – подать их на светодиод оптопары, как показано на Рисунке 1. Ее транзистор служит выходным ключом, который, в зависимости от необходимости, может подтягивать нагрузку к шине питания или земли. Эффективное сопротивление этого транзистора может быть значительным; для устаревшего FCD820 при токе порядка 7 мА оно имело бы значение примерно 500 Ом.
Этого достаточно для приложений с логическими уровнями, но если требуется имитация более низкого сопротивления контактов, то лучше использовать MOSFET, которые проводят ток гораздо лучше. На Рисунке 3 показаны некоторые дополнительные варианты, начиная от простых схем с подтяжкой к шинам земли или питания (обе неизолированные) до полностью изолированных схем. Обратите внимание на необходимые линии питания и земли от целевого устройства (ЦУ). Показанные устройства рассчитаны на напряжение 60 В, сопротивление в несколько Ом и умеренные токи.
 |
|
| Рисунок 3. | Для переключения выхода с гораздо меньшим «контактным сопротивлением» можно использовать MOSFET. Это можно сделать тремя показанными способами, как с изолированными, так и с неизолированными выходами. |
Изоляция выхода с помощью герконовых реле – плохая идея. Им требуется для срабатывания несколько миллисекунд, что медленнее, чем нам нужно, и они сильно дребезжат (за исключением ртутных герконов). Положительным моментом является то, что это устройство может легко имитировать их, по крайней мере, для простых замыканий и размыканий: замените кнопку «Пуск» оптоизолятором с соответствующим управлением.
Отступление и немного пустословия
Почему многие кнопки, рассчитанные на поддержку одной функции, отказываются выполнять какие-либо действия, пока их не отпустишь? Для многофункциональных кнопок, возможно, предназначенных для различения коротких, длинных и случайных нажатий, это имеет смысл, но когда других вариантов нет, это нерационально. Как только замыкание контактов достаточно долго считается состоявшимся, его следует рассматривать как таковое. Я не одинок в своей почти инстинктивной реакции на запоздалые результаты: либо «Ой, наверное, есть другие варианты», либо «Ааа, это не работает», и ни то, ни другое обычно не соответствует действительности и не помогает.
Хотя я случайно нашел (недокументированное) управление субтитрами на пульте дистанционного управления моего нового телевизора, слишком долго удерживая нажатой кнопку отключения звука. Согласно документации, эта функция была скрыта в меню специальных возможностей. Кнопки часто кажутся чем-то второстепенным, но когда они являются частью пользовательского интерфейса, их необходимо реализовывать (и устранять дребезг) с особой тщательностью и вниманием. И должным образом документировать для пользователя. Конец тирады.
Ссылка
- Nick Cornford. Нажать или удерживать? Это делает и то, и другое
Купить CD74HC132 на РадиоЛоцман.Цены
