利用單片機(jī)和CPLD實(shí)現(xiàn)延時(shí)時(shí)間精密可控的消抖動(dòng)電路設(shè)計(jì)

1 問(wèn)題的提出

研制測(cè)量?jī)x表及電子儀器的過(guò)程中，常常遇到按鍵抖動(dòng)的問(wèn)題，即雖然只是按下按鍵一次然后放掉，結(jié)果在按鍵信號(hào)穩(wěn)定前后，竟出現(xiàn)了一些不該存在的噪聲，這樣就會(huì)引起電路的誤動(dòng)作。在很多應(yīng)用按鍵的場(chǎng)合，要求具有消抖措施，即對(duì)于噪聲信號(hào)消抖電路輸出信號(hào)為零（消抖電路屏蔽了噪聲信號(hào)，表示按鍵沒(méi)有動(dòng)作），只有當(dāng)按鍵信號(hào)K穩(wěn)定下來(lái)甚至經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間消抖電路才產(chǎn)生輸出信號(hào)Y。按鍵信號(hào)K消除，消抖電路輸出信號(hào)Y隨之消失。

根據(jù)某用戶的具體要求設(shè)計(jì)了具有高抗噪聲特性的、延時(shí)時(shí)間精密可控的消抖動(dòng)電路，其按鍵信號(hào)K、輸出信號(hào)Y之間的關(guān)系如圖1所示。

2 電路組成及工作原理

延時(shí)時(shí)間精密可控的消抖動(dòng)電路的原理圖如圖2所示。該電路由4塊CMOS集成芯片和若干電阻、電容組成。

其中555定時(shí)器組成多諧振蕩器用來(lái)給計(jì)數(shù)器提供時(shí)鐘脈沖；1塊CC40161型四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器用來(lái)設(shè)定消抖動(dòng)電路輸出信號(hào)Y的延遲脈沖個(gè)數(shù)。1塊CC4043四R／S鎖存器（只用了1組，其余3組未用）和1塊CC4011四2輸入與非門用來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的鎖存和控制。

當(dāng)按鍵信號(hào)K由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，電阻尺3和電容C3組成的微分電路使V點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，該正脈沖一路經(jīng)與非門G2反相后加到計(jì)數(shù)器CC40161的CR端使其清零；另一路加到鎖存器CC4043的1R端（此時(shí)由于計(jì)數(shù)器沒(méi)有進(jìn)位輸出，CO端為低電平，即lS端為低電平），使鎖存器輸出端1Q為低電子。與此同時(shí)，按鍵信號(hào)K已加到了與非門G1的輸入端使G1門開門，那么，由555定時(shí)器組成的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器3端輸出的時(shí)鐘脈沖通過(guò)與非門G1加到計(jì)數(shù)器的CP端，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。計(jì)到15個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)，其CO端輸出高電平，使鎖存器的1Q端變?yōu)楦唠娖剑撔盘?hào)加到與非門G3的一個(gè)輸入端（與非門G3的另一個(gè)輸入端為K，已為高電平），則與非門G4的輸出Y端為高電平；只有當(dāng)按鍵信號(hào)K由高電平為低電平時(shí)，Y端才隨之變?yōu)榈碗娖健?另一方面，由于按鍵信號(hào)K變?yōu)榈碗娖?，封鎖了G1門，時(shí)鐘脈沖不能通過(guò)G1門到達(dá)計(jì)數(shù)器的CP端，計(jì)數(shù)停止。

當(dāng)出現(xiàn)干擾脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器也計(jì)數(shù)，但只要干擾沖的寬度小于15個(gè)CP脈沖寬度，計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸陸號(hào)CO端就保持低電平，那么Y信號(hào)為低電平，即際脈沖的影響不會(huì)出現(xiàn)在Y端。

可以用置數(shù)法或復(fù)位法將十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器CC40161接成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后通過(guò)任意進(jìn)位信號(hào)控制1S端的電位，來(lái)調(diào)整消抖動(dòng)電路輸出信號(hào)Y的延遲時(shí)間。

3 數(shù)據(jù)計(jì)算

555定時(shí)器組成的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的CP脈沖的周期為：

T1＝ln（R1+2R2）C1

CP脈沖的占空比為：

q=（ R1+ R2）／（R1+2 R2）

按圖中所給參數(shù)計(jì)算，CP脈沖的周期T1=0.1s，CP脈沖的占空比為：

q＝2／3。

消抖動(dòng)電路輸出信號(hào)Y的延遲時(shí)間為：

Td=15Tl＝151n2（Rl+2R2）C1

按圖中參數(shù)計(jì)算Td＝1．5s

4 電路特點(diǎn)

（1）該電路由CMOS集成芯片組成，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)。

（2）從按鍵信號(hào)K到消抖電路產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出信號(hào)Y的延遲時(shí)間Td穩(wěn)定、可調(diào)。

（3）每當(dāng)按鍵信號(hào)K到來(lái)（由低電平變?yōu)楦唠娖剑?，均自?dòng)使計(jì)數(shù)器清零，不需另外加入復(fù)位脈沖。

（4）按鍵信號(hào)K消除，計(jì)數(shù)器自動(dòng)停止計(jì)數(shù)，不需另外設(shè)置開關(guān)。 該電路除用于消除按鍵的抖動(dòng)外，還可用于需要產(chǎn)生一定延時(shí)控制的任何電路中。該電路為利用單片機(jī)和CPLD（Complex Programmable Logic Device）實(shí)現(xiàn)軟件消抖提供了設(shè)計(jì)思想。

責(zé)任編輯：gt