按鍵濾波電路設(shè)計

這是RC低通濾波器的應(yīng)用。電路板上常見的機械接觸式按鍵，在按下或者松開的過程中，常常會產(chǎn)生不穩(wěn)定的信號，如下圖所示，雜波過程一般持續(xù)10ms-20ms，毛刺的頻率一般超過10KHz。下圖是一款機械自鎖按鍵開關(guān)瞬間產(chǎn)生的雜波

為了過濾掉雜波，可以通過單片機程序濾波或者通過硬件濾波電路進行濾波。單片機程序濾波的基本原理是：單片機檢測到低電平后，延時若干毫秒，再檢測一次，如果還是低電平，則確定是按鍵按下。一般情況下，為了給單片機一個確定的，干凈的信號，往往采用單片機程序濾波與硬件濾波電路結(jié)合的方式進行濾波，其中硬件濾波電路常用RC濾波電路。

設(shè)計一個按鍵濾波電路如下圖，濾除按鍵在開關(guān)瞬間產(chǎn)生的雜波。

在此電路中需要保留的信號頻率極低，假設(shè)1秒鐘開關(guān)狀態(tài)切換一次，則頻率只有0.5Hz;需要濾除的噪聲頻率大于10KHz。一般來說，需要被抑制的頻率至少是截止頻率兩倍。令

得

電阻與電容的取值范圍非常大。但是如果電阻與電容的乘積太大，會導致充放電時間變得很長。取電阻為100KΩ，電容為100nF(大電容價格很貴，實際應(yīng)用中考慮成本，應(yīng)盡可能選擇小電容大電阻)，可以算出截止頻率是15.915Hz，時間常數(shù)為10ms。在10ms內(nèi)電壓可以上升或下降63%，對于機械按鍵來說，速度是足夠的。

然后結(jié)合分壓電路來分析RC濾波電路對于信號與噪聲各自的影響。對于頻率為0.5Hz的信號，電容的容抗為3.183MΩ，輸出信號占輸入信號的比例為3.183MΩ/(3.183MΩ+0.1MΩ)=97%，幾乎沒有影響;對于頻率為10KHz的噪聲，電容的容抗為15.9Ω，噪聲占輸入信號的比例為15.9/(15.9+100000)=0.2%，幾乎全部濾除。

通常濾波器會提供一個頻率與響應(yīng)的關(guān)系圖，從圖中可以很容易找到某個對于某個頻率，功率減小多少dB。例如下圖15.9Hz大約對應(yīng)-3dB。