介绍 使用廉价的基于PC的示波器,我们可以测量机械开关改变状态时发生的噪音。此处描述的实验测量开关稳定所需的时间,并显示一种减少弹跳效果的方法。
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
各种开关进行测试
几种尺寸的电阻和电容
9 V电池
原型板
合适的引线和连接器。
背景理论
几乎所有机械开关都会产生一些“反弹”。也就是说,每次 开关脉冲切换时,他们实际上会多次打开和关闭他们的联系人,然后再安顿到他们的新位置。对于普通开关,这可以持续从几毫秒(ms)到长达50 ms。只有非常高质量的开关才能产生很少或没有反弹。
如果你只是打开一个灯,这通常不是问题,但如果你正在使用逻辑设备,所有这些额外的反弹可能会造成严重破坏。例如,如果每按一次按钮增加一个计数器,你实际上会为总数添加几个计数?
消除开关的一种方法是使用RC网络来减慢事件的上升沿或下降沿。我们可以使用这样一个事实,即电容器恢复63%电压的时间(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。
实际考虑 虽然开关弹跳可能是正确的,但是人们每秒只能按下按钮或操作开关的次数也是有限的。这就是各种去抖方法实用的原因。只要去抖方法不会花太长时间,没有人会注意到。
进行实验 A部分 多次启动开关,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那些开关的反弹长度。尝试测试具有广泛特性的不同开关。大型开关,小型开关,按下按钮时会发出微小的“咔哒”声,按键则不会。尝试简单地使用一根电线而不是开关。对于每个开关,记下表格中的主要特征以及反弹区域的长度。
B部分 更改PicoScope,使其以200 ms / div进行采样。并将触发器更改为Single。使用最容易启动的开关(这也是一个强大的开关!)并且“正常”在录音范围内尽可能多地按下它。查看迹线并找到彼此最接近的两个上升沿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。(这里有一个有趣的子实验可以通过列出班上每个人的列表,他们每天玩多少小时的电脑游戏以及开关按下之间的距离。)如果开关是特别糟糕的,那么弹跳可能干扰这部分。但最有可能的是,你甚至不会看到A部分那么明显的反弹。
建立 使用其中一个弹跳持续时间小于1 ms的开关,在所示位置向电路添加1μF。PicoScope软件应按照上面的A部分进行设置。 C部分 像在A部分中那样捕获开关按压。您应该看到一个很大的改进。在开关cct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。你能解释一下这是怎么回事吗?尝试使用越来越小的电容器来查看凸块是否更高或更短。将示波器触发器更改为Rising并查看通过释放开关生成的跟踪(或将时基设置为更长的时间段并在同一屏幕上捕获按下和释放)。如果您通过实验测量电容器的价值,您应该熟悉上升沿形状,它应该提供有关额外开关弹跳的位置的线索。
问题和结果讨论 1.您是否注意到开关尺寸与其开关弹跳长度之间的关联? 2.在视频游戏上花费的小时数与按下开关的速度之间是否存在关联? 3.您是否认为电容器的最佳尺寸与电路中使用的电阻值之间存在联系? 4.如果使用非常大的电容会发生什么? 5.讨论一些可以“去除”开关的其他方式。
进一步的问题 如果有TTL计数器芯片可供使用,学生可能需要将其与某些LED连接,并尝试使用其中一个开关进行计时。然后在其上使用去抖动开关电路,以查看为什么在数字应用中需要去抖动开关的图形示例。
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