1 問題的提出

研制測量儀表及電子儀器的過程中，常常遇到按鍵抖動的問題，即雖然只是按下按鍵一次然后放掉，結果在按鍵信號穩(wěn)定前后，竟出現(xiàn)了一些不該存在的噪聲，這樣就會引起電路的誤動作。在很多應用按鍵的場合，要求具有消抖措施，即對于噪聲信號消抖電路輸出信號為零（消抖電路屏蔽了噪聲信號，表示按鍵沒有動作），只有當按鍵信號K穩(wěn)定下來甚至經(jīng)過一定的時間消抖電路才產(chǎn)生輸出信號Y。按鍵信號K消除，消抖電路輸出信號Y隨之消失。

根據(jù)某用戶的具體要求設計了具有高抗噪聲特性的、延時時間精密可控的消抖動電路，其按鍵信號K、輸出信號Y之間的關系如圖1所示。

2 電路組成及工作原理

延時時間精密可控的消抖動電路的原理圖如圖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定時器組成多諧振蕩器用來給計數(shù)器提供時鐘脈沖；1塊CC40161型四位同步二進制計數(shù)器用來設定消抖動電路輸出信號Y的延遲脈沖個數(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輸入與非門用來實現(xiàn)信號的鎖存和控制。

當按鍵信號K由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，電阻尺3和電容C3組成的微分電路使V點產(chǎn)生一個正脈沖，該正脈沖一路經(jīng)與非門G2反相后加到計數(shù)器CC40161的CR端使其清零；另一路加到鎖存器CC4043的1R端（此時由于計數(shù)器沒有進位輸出，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，按鍵信號K已加到了與非門G1的輸入端使G1門開門，那么，由555定時器組成的時鐘信號發(fā)生器3端輸出的時鐘脈沖通過與非門G1加到計數(shù)器的CP端，計數(shù)器開始計數(shù)。計到15個脈沖，計數(shù)器產(chǎn)生進位信號，其CO端輸出高電平，使鎖存器的1Q端變?yōu)楦唠娖剑撔盘柤拥脚c非門G3的一個輸入端（與非門G3的另一個輸入端為K，已為高電平），則與非門G4的輸出Y端為高電平；只有當按鍵信號K由高電平為低電平時，Y端才隨之變?yōu)榈碗娖健?另一方面，由于按鍵信號K變?yōu)榈碗娖剑怄i了G1門，時鐘脈沖不能通過G1門到達計數(shù)器的CP端，計數(shù)停止。

當出現(xiàn)干擾脈沖時，計數(shù)器也計數(shù)，但只要干擾沖的寬度小于15個CP脈沖寬度，計數(shù)器的進位輸陸號CO端就保持低電平，那么Y信號為低電平，即際脈沖的影響不會出現(xiàn)在Y端。

可以用置數(shù)法或復位法將十六進制計數(shù)器CC40161接成任意進制計數(shù)器，然后通過任意進位信號控制1S端的電位，來調(diào)整消抖動電路輸出信號Y的延遲時間。

3 數(shù)據(jù)計算

555定時器組成的時鐘信號發(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)計算，CP脈沖的周期T1=0.1s，CP脈沖的占空比為：

q＝2／3。

消抖動電路輸出信號Y的延遲時間為：

Td=15Tl＝151n2（Rl+2R2）C1

按圖中參數(shù)計算Td＝1．5s

4 電路特點

（1）該電路由CMOS集成芯片組成，功耗低，抗干擾能力強。

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

（3）每當按鍵信號K到來（由低電平變?yōu)楦唠娖剑詣邮褂嫈?shù)器清零，不需另外加入復位脈沖。

（4）按鍵信號K消除，計數(shù)器自動停止計數(shù)，不需另外設置開關。 該電路除用于消除按鍵的抖動外，還可用于需要產(chǎn)生一定延時控制的任何電路中。該電路為利用單片機和CPLD（Complex Programmable Logic Device）實現(xiàn)軟件消抖提供了設計思想。

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