按下电路中的一个开关,产生的效果似乎是瞬间的(例如一个光线)。电子在电路中缓慢移动,电磁波以难以想象的高速行进通过电路。
使用基于PC的示波器 ,我们可以测量机械开关改变状态时发生的噪声。这里描述的实验测量开关需要解决的时间量,并显示一种减少跳动效果的方法。
所需设备:
安装了PicoScope的PC,一个 DrDAQ数据记录器 (或基于PC的示波器) 、各种开关、几种尺寸的电阻和电容、9 V电池、原型板、合适的导线和连接器。
理论的背景:
几乎所有的机械开关产生一些“反弹”现象,也就是说,每次切换时,他们实际上打开和关闭了他们的触点很多次,然后才落实到新的位置。对于正常的开关,它可以持续从少到几毫秒(ms)到长达50 ms。只有非常高质量的开关产生很少或没有弹跳。
如果您只是开灯,这通常不是问题,但如果您正在使用逻辑设备,所有这些额外的反弹可能会造成严重破坏。例如,如果每次按下一个按钮增加一个计数器,你实际上添加了几个计数到总计?
去弹跳开关的一种方法是使用RC网络来减缓事件的上升沿或下降沿。我们可以使用以下事实:电容器恢复其电压的63%,以秒为单位,是以欧姆为单位的电阻和以法拉为单位的电容的乘积。(进行实验测量电容器的值 可以更好地了解这种现象是一个好主意 。)
实际考虑:
尽管开关反弹可能是正确的,但是每个人只能按下按钮或操作开关有限次数也是如此。这就是为什么各种去抖方法是实用的。只要去抖动方法不需要太长时间,没有人会注意到。
实验设置:
按照电路图所示连接电池,电阻和开关。将示波器探头连接到点A。
PicoScope软件应设置为采样1ms/div,±10V,DC。触发重复,Ch A,以大约6000 mV下降,-10%的预触发。
进行实验:
A
启动开关多次,并通过眼睛或使用示波器光标测量“反弹区域”的长度。连接其他开关,并测量其上的反弹长度。尝试测试具有广泛特性的不同开关。大开关,小开关,按钮,当您按下它们,使一个微小的“点击”,而不是没有。尝试使用一根电线而不是一个开关。对于每个开关,记录一个表格中的主要特征以及反弹区域的长度。
B
更改PicoScope,使其以200ms/div进行采样。并将触发器更改为单个。拿起最容易启动的开关(也是一个很好的主意,使它成为一个强大的一个!),并且“正常”按下它可以在录制范围时多次。查看轨迹,找到彼此最接近的两个上升或下降沿使用光标测量这两个上升沿或下降沿之间的距离。如果开关是质量不太好的,则反弹可能干扰这部分。但是很可能你甚至不会在A部分看到反弹如此明显。
停止开关
使用其中一个正在弹跳小于1ms持续时间的开关,在所示位置向电路添加1μF。PicoScope软件应该按照上面的A部分进行设置。
C
按照A部分的方式捕获按下开关按钮。您应该看到很大的改进。在实际上应该只有一个下降沿,也许还有一些更小的“颠簸”里的反弹当中。解释一下这个工作:用更小和更大的电容器进行实验,看看凸块是否变得更高或更短。将范围触发器更改为Rising,并查看释放开关产生的跟踪(或将时基设置为较长的时间并捕获同一屏幕上的按下和释放)。如果您通过实验测量电容器的价值,您应该熟悉上升边缘的形状,并且应该提供关于额外开关跳动的位置的线索。
问题和结果的讨论:
1、您是否注意到开关的大小与其开关反弹的长度之间的联系?
2、玩电子游戏的时间与您可以按开关的速度有关吗?
3、您认为电容器的最佳尺寸和电路中使用的电阻值之间有联系吗?
4、如果使用非常大的电容器会发生什么?
5、讨论开关可以“反弹”的其他方式。
进一步研究:
如果TTL计数器芯片可用,学生可能想要连接一些LED,并尝试用其中一个开关进行计时。然后使用去反弹开关电路来看一个图形的例子,说明数字应用中为什么需要去抖动开关。