Несколько слов о дребезге контактов.

Все радиолюбители, особенно занимающиеся цифровой электроникой, рано или поздно сталкиваются с неприятным явлением дребезга контактов. Существует несколько способов борьбы с дребезгом контактов: аппаратный (RC-  цепочка и триггер Шмитта) и программный. Неважно, какой метод борьбы с дребезгом вы выберите. В любом случае, для эффективного подавления дребезга, необходимо знать его продолжительность.

В этом нам может помочь осциллограф или логический анализатор.

На экране осциллографа дребезг выглядит так:

Но логические микросхемы распознают только 2 состояния: логический ноль и логическую единицу. Поэтому логичнее смотреть на дребезг  контактов глазами цифровых микросхем, через логический анализатор. Поэтому откладываю осциллограф в сторону, вооружаюсь логическим анализатором и в бой с дребезгом контактов.

Я проведу тесты нескольких разновидностей тактовых кнопок из тех, что у меня в наличии, проведу измерения продолжительности дребезга, покажу на скриншотах насколько сильный дребезг присутствует у тех или иных кнопок.

Первой я испытаю микропереключатель МП-3, и аналогичный микропереключатель китайского производства, извлеченный из компьютерной мыши. Такие микропереключатели до сих пор используются в качестве концевых выключателей на ЧПУ и прочих станках.

Советский микропереключатель МП-3.

Микропереключатель очень шумный, как при нажатии, так и при отпускании кнопки. На скриншоте выше вы можете видеть список выделенных мной дребезгов. Средняя продолжительность дребезга микропереключателя МП-3 - 0,25 миллисекунд. Обратите внимание на число, обведенное красным. Это дребезг при отпускании кнопки, и он продолжительнее, чем при нажатии.

Далее - микропереключатель китайского производства. 

Такие микропереключатели установлены на моем ЧПУ станке в качестве концевых датчиков положения. Синим цветом подчеркнута продолжительность дребезга при замыкании, желтым - при размыкании.

И, наконец, микропереключатель, извлеченных из компьютерной мышки.

Причина продолжительного дребезга контактов кроется в конструкции микропереключателя. 

Микропереключатель содержит два неподвижных и один подвижный контакт, который подпружинен плоской пружиной. Пружина прижимает подвижный контакт к неподвижным в одном из двух положений. Но несмотря на усилия пружины, подвижный контакт при переключении отскакивает от неподвижных контактов из-за своей конструкции - он слишком длинный.

Продолжительность шумов нестабильна, что видно из скриншотов. Можно сказать, что эти микропереключатели - генераторы шумов. Если вы разрабатываете схему или пишите часть прошивки микроконтроллера для фильтрации дребезга - смело можете использовать эти микропереключатели как источники дребезга.

Второй испытуемый - самая распространенная тактильная кнопка в мире, по ошибке называемая тактовой. 

Такие кнопки можно встретить почти в любой электронной аппаратуре, потому что стоимость их мала. Такие кнопки в своей конструкции имеют изогнутую пластину, которая является одновременно и пружиной, и токопроводящим элементом. 

Эта пружина призвана обеспечить гистерезис при нажатии и отпускании кнопки, а также обеспечивает тактильные ощущения. То есть, а при нажатии кнопки пружина до определенного момента сопротивляется, а затем резко срабатывает и замыкает контакты. После отпускания кнопки такая пластина восстанавливает свою форму и резко размыкает контакт. Кстати, в микропереключателях пружина тоже обеспечивает гистерезис и тактильность.

Самая распространенная тактильная кнопка. 

Сигнал по большей части не содержит дребезга, но дребезг всё-таки встречается и его продолжительность не стабильна, но в среднем сравнима с продолжительностью дребезга контактов микропереключателя. 

Аналогичная по конструкции, но меньшая по размеру кнопка показала ещё более худший результат: дребезг продолжительный, разброс по продолжительности просто огромный.

Третий испытуемый - мембранная клавиатура. Конструкция мембранной клавиатуры следующая: на двух гибких пластиковых подложках нанесены металлизированные токопроводящие дорожки. 

Между подложками расположен перфорированный сепаратор. Верхняя пластиковая подложка может быть как плоской, так и формованной. Формованная подложка повторяет функцию изогнутой пластины тактильной кнопки - обеспечивает гистерезис и восстановление формы деформируемой подложки, а также обеспечивает тактильные ощущения.

Я использовал четырех кнопочную клавиатуру.

Дребезг контактов у мембранных клавиатур - редкое явление. На 50 нажатий можно поймать всего один-два дребезга. В процессе тестирования мне удалось выловить всего один дребезг, продолжительностью примерно 5 миллисекунд.

Но встречаются мембранные клавиатуры, со встроенными металлическими изогнутыми пластинами, которые имеют большой дребезг. Отличить их просто - металлическая изогнутая пластина громко щелкает при нажатии.

В дополнение к имеющимся у меня кнопкам с металлическими контактами, я нашел кнопку из силикона с графитовым токопроводящим слоем (аналогичные используются в пультах дистанционного управления), для этого мне пришлось на время разобрать игровой контроллер. Вопреки всем ожиданиям, силиконовые кнопки показали результат хуже, чем мембранная клавиатура. Дребезг присутствует при каждом нажатии и отпускании кнопки. 

Кнопки - не единственные доступные радиолюбителем органы управления. Например, мне нравится использовать в своих проектах энкодеры. Самыми распространенными типами энкодеров являются механические энкодеры, которые имеют два неподвижных контакта, по очереди замыкающихся с подвижным контактом. Энкодерам также присущ дребезг контактов, который необходимо устранить.

На скриншоте представлены измерения продолжительности первых шести дребезгов. Как видите, значения колеблются довольно значительно и присутствуют аномально большое и аномально малое значения.

Также существуют оптические энкодеры и энкодеры на датчиках Холла, которые не имеют дребезга контактов, такие датчики обычно устанавливаются на мотор-редукторах для подсчета скорости вращения.

Еще одним уникальным видом механических средств ввода являются герконы. 

На фото - геркон в пластиковом корпусе, предназначенный для использования в системах охраны.

Предлагаю взглянуть на дребезг контактов геркона. Как видно по скриншоту, продолжительность дребезга в среднем 50 микросекунд, что по сравнению с предыдущими испытуемыми достаточно низкое значение.

Теперь, когда вы имеете представление о продолжительности дребезга разных видов кнопок, переключателей и энкодеров, вы сможете с легкостью рассчитать RC-цепочку или установить необходимое время пропуска входящих сигналов в прошивке микроконтроллера. Но я всё же рекомендую не опираться на мои измерения, а проводить измерения для каждого типа используемых вами кнопок, ведь параметры электронных компонентов могут меняться в зависимости от производителя и партии.

Провести такие измерения вам поможет логический анализатор, который вы можете приобрести в нашем магазине.