防抖動電路的制作方法
【專利摘要】一種防抖動電路，包括開關脈沖產生電路、正向抗干擾電路、反向抗干擾電路、數據選擇器。防抖動電路由輸出脈沖通過數據選擇器控制選通正向抗干擾電路、反向抗干擾電路中的一路作為輸出脈沖。所述防抖動電路能夠自動過濾負寬脈沖期間的正窄脈沖和正寬脈沖期間的負窄脈沖干擾，特別是能夠過濾連續的按鍵或者開關觸點抖動窄脈沖干擾信號；需要過濾的正窄脈沖和負窄脈沖的最大寬度能夠分別通過改變充電時間常數和放電時間常數進行調整。所述防抖動電路能夠應用在需要采用電路可靠消除按鍵或者開關脈沖抖動影響的場合。
【專利說明】
防抖動電路
技術領域
[0001]本發明涉及一種機械按鍵或者開關脈沖信號處理電路，尤其是一種防抖動電路。
【背景技術】
[0002]數字信號電路中，經常要求機械按鍵或者開關按下操作時輸出脈沖。機械按鍵開關在按下或者松開時，會因為觸點的抖動使開關脈沖產生抖動干擾脈沖。采用軟件消除開關抖動時需要耗費CHJ的工作時間，大大浪費了系統資源。當需要采用電路消除按鍵開關抖動脈沖的影響時，常用的方法是RS觸發器和RC濾波電路。采用RS觸發器時，要求按鍵開關同時具有常閉開關和常開開關，其應用受到限制。采用RC濾波電路，當抖動干擾為連續的窄脈沖干擾時，需要加大濾波時間常數，影響電路的快速響應能力;或者是按鍵電路存在連續的窄脈沖干擾時，RC濾波電路存在直流記憶效應，前面的窄脈沖會影響后面窄脈沖的過濾。
【發明內容】
[0003]為了解決現有按鍵與開關消抖電路所存在的問題，本發明提供了一種防抖動電路，包括開關脈沖產生電路、正向抗干擾電路、反向抗干擾電路、數據選擇器。
[0004]所述開關脈沖產生電路輸出開關脈沖;所述正向抗干擾電路和反向抗干擾電路的輸入信號為開關脈沖。
[0005]所述數據選擇器為二選一數據選擇器;所述數據選擇器的二個數據輸入端分別連接至正向抗干擾電路和反向抗干擾電路的輸出端。
[0006]所述數據選擇器的數據輸出端為輸出脈沖端;所述數據選擇器由輸出脈沖進行數據選擇控制。
[0007 ]所述正向抗干擾電路包括快速放電二極管、充電電阻、正向抗干擾電容、正向抗干擾施密特電路;所述快速放電二極管陰極為正向抗干擾電路輸入端，陽極連接至正向抗干擾施密特電路輸入端;所述充電電阻與快速放電二極管并聯;所述正向抗干擾電容的一端連接至正向抗干擾施密特電路輸入端，另外一端連接至防抖動電路的公共地或者是供電電源。
[0008]所述反向抗干擾電路包括快速充電二極管、放電電阻、反向抗干擾電容、反向抗干擾施密特電路;所述快速充電二極管陽極為反向抗干擾電路輸入端，陰極連接至反向抗干擾施密特電路輸入端;所述放電電阻與快速充電二極管并聯;所述反向抗干擾電容的一端連接至反向抗干擾施密特電路輸入端，另外一端連接至防抖動電路的公共地或者是供電電源。
[0009]所述正向抗干擾施密特電路輸出端為正向抗干擾電路輸出端，反向抗干擾施密特電路輸出端為反向抗干擾電路輸出端。
[0010]所述數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系時，數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間也為同相關系;所述數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系時，數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間也為反相關系。
[0011]所述數據選擇器由輸出脈沖進行數據選擇控制的具體方法是，當數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系、數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系時，輸出脈沖的低電平控制數據選擇器選擇正向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端，高電平控制數據選擇器選擇反向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端；當數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系、數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系時，輸出脈沖的低電平控制數據選擇器選擇反向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端，高電平控制數據選擇器選擇正向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端。
[0012]所述防抖動電路能夠過濾的正窄脈沖寬度通過改變充電時間常數來進行控制;所述防抖動電路能夠過濾的負窄脈沖寬度通過改變放電時間常數來進行控制。
[0013]所述充電時間常數為充電電阻與正向抗干擾電容的乘積;所述放電時間常數為放電電阻與反向抗干擾電容的乘積。
[0014]所述正向抗干擾施密特電路和反向抗干擾施密特電路均具有高輸入阻抗特性。
[0015]本發明的有益效果是:所述防抖動電路允許寬度大于規定值的正脈沖和負脈沖信號通過;能夠自動過濾負寬脈沖期間的正窄脈沖，特別是能夠快速恢復過濾能力過濾連續的正窄脈沖干擾信號，消除開關脈沖的上升沿抖動;所述防抖動電路能夠自動過濾正寬脈沖期間的負窄脈沖，特別是能夠快速恢復過濾能力過濾連續的負窄脈沖干擾信號，消除開關脈沖的下降沿抖動；需要過濾的正窄脈沖最大寬度能夠通過改變充電時間常數進行調整；需要過濾的負窄脈沖最大寬度能夠通過改變放電時間常數進行調整;所述防抖動電路能夠應用在需要采用電路可靠消除開關脈沖抖動影響的場合。
【附圖說明】
[0016]圖1為防抖動電路實施例結構框圖；
[0017]圖2為開關脈沖產生電路實施例；
[0018]圖3為脈沖消抖電路實施例；
[0019]圖4為脈沖消抖電路實施例的波形。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖對本發明作進一步說明。
[0021]如圖1所示為防抖動電路實施例結構框圖，包括開關脈沖產生電路和脈沖消抖電路。開關脈沖產生電路輸出由按鍵或者開關操作產生的開關脈沖Pl，開關脈沖Pl被送至脈沖消抖電路進行脈沖消抖，得到輸出脈沖P2。
[0022]開關脈沖產生電路用于在有開關或者按鍵操作時產生開關脈沖并輸出。如圖2所示為開關脈沖產生電路的一個實施例，由開關S10、電阻R10、驅動門FlO組成。開關脈沖Pl經由驅動門FlO輸出，可以提高開關脈沖Pl的帶負載能力。選擇驅動門FlO時，可以選擇同相驅動門，也可以選擇反相驅動門；要求驅動門FlO的高電平和低電平帶負載能力一致或者接近，且灌電流帶負載能力與拉電流帶負載能力一致或者接近。驅動門FlO可以選擇CMOS門電路或者是高速CMOS門電路。驅動門FlO還可以選擇用運放電路來構成。
[0023]脈沖消抖電路包括正向抗干擾電路、反向抗干擾電路、數據選擇器。
[0024]如圖3所示為脈沖消抖電路實施例。實施例中，快速放電二極管、充電電阻、正向抗干擾電容、正向抗干擾施密特電路分別為二極管D11、電阻R11、電容C11、施密特電路F11，組成了正向抗干擾電路;快速充電二極管、放電電阻、反向抗干擾電容、反向抗干擾施密特電路分別為二極管D21、電阻R21、電容C21、施密特電路F21，組成了反向抗干擾電路。電容C11的一端接施密特電路Fll的輸入端，另外一端連接至公共地；電容C21的一端接施密特電路F21的輸入端，另外一端連接至公共地。Pl為開關脈沖端，P2為輸出脈沖端。
[0025]圖3實施例中，數據選擇器Tll為二選一數據選擇器，二個數據輸入信號與輸出信號之間都是同相關系，施密特電路F11、施密特電路F21均為同相施密特電路，因此，數據選擇器Tll輸出與正向抗干擾電路輸入之間為同相關系，數據選擇器Tll輸出與反向抗干擾電路輸入之間也為同相關系。數據選擇器Tll的功能為:當選擇控制端A = O時，輸出Y = Dl;當選擇控制端A = I時，輸出Y = D2。數據選擇器T11的輸出端Y(即脈沖輸出端P2)直接連接至數據選擇器Tll的選擇控制端A，輸出脈沖P2為低電平時，控制數據選擇器Tll選擇施密特電路Fll的輸出信號A3送到數據選擇器的輸出端Y;輸出脈沖P2為高電平時，控制數據選擇器Tll選擇施密特電路F21的輸出信號A4送到數據選擇器的輸出端Y。
[0026]圖4為脈沖消抖電路實施例的波形，包括開關脈沖PI和施密特電路F11輸出A3、施密特電路F21輸出A4、輸出脈沖P2的波形。圖3中，二極管Dll、電阻Rll、電容Cll構成不對稱充放電電路，施密特電路F11為同相施密特電路，當開關脈沖PI長時間維持為低電平時，施密特電路Fll的輸出A3為低電平；當開關脈沖Pl長時間維持為高電平時，A3為高電平。Pl信號對電容Cl I放電快，當開關脈沖Pl從高電平變成低電平時，Al電位立即變成低電平電位，A3立即從高電平變成低電平。Pl信號對電容Cll充電慢，當開關脈沖Pl從低電平變成高電平時，Al電位由Pl高電平信號通過電阻Rll向電容Cll充電而上升，當充電時間達到Tl，A1電位上升達到并超過施密特電路Fll的上限門檻電壓時，A3從低電平變成高電平；當Pl的正脈沖寬度小于Tl，充電時間小于Tl，A1電位未達到施密特電路Fll的上限門檻電壓時Pl即變成低電平，Al電位立即變成低電平電位，A3維持低電平狀態。圖4中，Pl和A3的初始狀態為低電平。正窄脈沖11、正窄脈沖12、正窄脈沖13的寬度均小于TI，AI電位無法經充電達到或超過施密特電路F11的上限門檻電壓，對A3狀態沒有影響;PI的正脈沖14的寬度大于TI，因此，在PI的正脈沖14的上升沿過時間TI后，A3從低電平變為高電平。PI的正脈沖14的下降沿使A3從高電平變為低電平，Pl的正脈沖15的寬度大于Tl，在正脈沖15上升沿過時間Tl后，A3從低電平變為高電平。Pl的正脈沖15的下降沿使A3從高電平變為低電平，Pl的正脈沖16、正脈沖17、正脈沖18的寬度均小于TI，因此，正脈沖16、正脈沖17、正脈沖18對A3沒有影響，A3維持低電平狀態。Pl的正脈沖19的寬度大于Tl，在正脈沖19上升沿過時間Tl后，A3從低電平變為高電平。
[0027]圖3中，二極管D21、電阻R21、電容C21同樣構成不對稱充放電電路，施密特電路F21為同相施密特電路，當開關脈沖PI長時間維持為低電平時，施密特電路F21的輸出A4為低電平；當開關脈沖Pl長時間維持為高電平時，A4為高電平。Pl信號對電容C21充電快，當開關脈沖Pl從低電平變成高電平時，A2電位立即變成高電平電位，A4立即從低電平變成高電平。Pl信號對電容C21放電慢，當開關脈沖Pl從高電平變成低電平時，A2電位由Pl低電平信號通過電阻R21向電容C21放電，當放電時間達到T2，A2電位下降到低于施密特電路F21的下限門檻電壓時，A4從高電平變成低電平；當Pl的負脈沖寬度小于T2，放電時間小于T2，A2電位未下降達到施密特電路F21的下限門檻電壓時，Pl即變成高電平，A2電位立即變成高電平電位，A4維持高電平狀態。圖4中，Pl和A4的初始狀態為低電平。Pl的正脈沖11的上升沿使A4從低電平變為高電平，Pl的負脈沖20的寬度大于T2，在負脈沖20下降沿過時間T2后，A4從高電平變為低電平。Pl的正脈沖12的上升沿使A4從低電平變為高電平，Pl的負脈沖20、負脈沖21的寬度均小于T2，因此，負脈沖20、負脈沖21對A4沒有影響，A4維持低電平狀態。負脈沖23、負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26的寬度均小于T2，A2電位無法經放電達到或低于施密特電路F21的下限門檻電壓，對A4狀態沒有影響;Pl的負脈沖27的寬度大于T2，因此，在Pl的負脈沖27的下降沿過時間T2后，A4從高電平變為低電平。在PI的負脈沖27的上升沿，A4從低電平變為高電平。
[0028]施密特電路Fll的輸出A3在開關脈沖Pl為低電平時保持低電平，在開關脈沖Pl由低電平變為高電平后過時間Tl才變為高電平。施密特電路F21的輸出A4在開關脈沖Pl為高電平時保持高電平，在開關脈沖Pl由高電平變為低電平后過時間T2才變為低電平。或者說，在A3為高電平時，A4必定為高電平;在A4為低電平時，A3必定為低電平。
[0029]圖4中，A3、A4的初始狀態均為低電平，數據選擇器Tll的輸出Y為低電平，數據選擇器Tl I選擇A3作為輸出Y且在A3為低電平的期間維持。當A3在邊沿30從低電平變為高電平時，輸出Y變為高電平，數據選擇器T11選擇A4作為輸出Y，此時A4必定為高電平，維持輸出Y的高電平狀態。當A4在邊沿31從高電平變為低電平時，輸出Y變為低電平，數據選擇器T11選擇A3作為輸出Y，此時A3必定為低電平，維持輸出Y的低電平狀態。當A3在邊沿32從低電平變為高電平時，輸出Y變為高電平，數據選擇器T11選擇A4作為輸出Y，此時A4必定為高電平，維持輸出Y的高電平狀態。
[0030]脈沖消抖電路將Pl信號中的窄脈沖11、窄脈沖12、窄脈沖13、窄脈沖23、窄脈沖24、窄脈沖25、窄脈沖26都過濾掉，而正寬脈沖14(包括正脈沖14、正脈沖15、正脈沖16、正脈沖17和正脈沖18，負脈沖23、負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26為干擾脈沖)、負寬脈沖27能夠通過，使P2信號中出現相應的正寬脈沖28和負寬脈沖29。輸出脈沖P2與開關脈沖Pl同相，而輸出的寬脈沖28上升沿比輸入的正寬脈沖14上升沿滯后時間Tl，下降沿滯后時間T2。
[0031]正脈沖11、正脈沖12、正脈沖13為正窄脈沖，其中正脈沖11為單個干擾脈沖，正脈沖12、正脈沖13為連續的抖動脈沖。時間Tl為脈沖消抖電路能夠過濾的最大正窄脈沖寬度。Tl受到充電時間常數、開關脈沖Pl的高電平電位、低電平電位和施密特電路Fll的上限門檻電壓共同影響。通常情況下，開關脈沖Pl的高電平電位、低電平電位為定值，因此，調整Tl的值可以通過改變充電時間常數或者施密特電路Fll的上限門檻電壓來進行。圖3中，充電時間常數為充電電阻Rll與電容Cll的乘積。所述脈沖消抖電路允許寬度大于Tl的正脈沖信號通過。
[0032]負脈沖23、負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26為負窄脈沖，其中負脈沖23為單個干擾脈沖，負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26為連續的抖動脈沖。時間T2為脈沖消抖電路能夠過濾的最大負窄脈沖寬度。T2受到放電時間常數、開關脈沖Pl的高電平電位、低電平電位和施密特電路F21的下限門檻電壓共同影響。通常情況下，開關脈沖Pl的高電平電位、低電平電位為定值，因此，調整T2的值可以通過改變放電時間常數或者施密特電路F21的下限門檻電壓來進行。圖3中，放電時間常數為放電電阻R21與電容C21的乘積。所述脈沖消抖電路允許寬度大于T2的負脈沖信號通過。
[0033]圖3中，電容Cll接公共地的一端還可以改接在脈沖消抖電路的供電電源端；同樣地，電容C21接公共地的一端也可以單獨或者與電容Cl I 一起改接在脈沖消抖電路的供電電源端。
[0034]圖3中，施密特電路F11、施密特電路F21還可以同時或者單獨選擇反相施密特電路，數據選擇器Tll的輸入D1、D2與輸出Y之間還可以同時或者單獨為反相關系。當施密特電路F11、施密特電路F21同時或者單獨選擇反相施密特電路，數據選擇器Tll的輸入Dl、D2與輸出Y之間同時或者單獨為反相關系時，需要滿足下面的條件，即:當數據選擇器Tll輸出信號Y與正向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系時，數據選擇器T11輸出信號Y與反向抗干擾電路輸入信號之間也為同相關系;Y的低電平控制選擇施密特電路Fll的輸出送到數據選擇器T11的輸出端，Y的高電平控制選擇施密特電路F21的輸出送到數據選擇器T11的輸出端。當數據選擇器Tll輸出信號Y與正向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系時，數據選擇器Tll輸出信號Y與反向抗干擾電路輸入信號之間也為反相關系;Y的低電平控制選擇施密特電路F21的輸出送到數據選擇器Tll的輸出端，Y的高電平控制選擇施密特電路Fll的輸出送到數據選擇器Tl I的輸出端。
[0035]所述正向抗干擾施密特電路、反向抗干擾施密特電路均為施密特電路，輸入信號為電容上的電壓，因此，要求施密特電路具有高輸入阻抗特性。施密特電路可以選擇具有高輸入阻抗特性的CMOS施密特反相器⑶40106、74HC14，或者是選擇具有高輸入阻抗特性的CMOS施密特與非門CD4093、74HC24等器件。CMOS施密特反相器或者CMOS施密特與非門的上限門檻電壓、下限門檻電壓均為與器件相關的固定值。用施密特反相器或者施密特與非門構成同相施密特電路，需要在施密特反相器或者施密特與非門后面增加一級反相器。
[0036]施密特電路還可以選擇采用運算放大器來構成，采用運算放大器來構成施密特電路可以靈活地改變上限門檻電壓、下限門檻電壓。同樣地，采用運算放大器來構成施密特電路時，需要采用具有高輸入阻抗特性的結構與電路。
[0037]數據選擇器可以選擇74HC151、74HC152、74HC153、CD4512、CD4539等器件構成二選一數據選擇器，也可以用門電路構成二選一數據選擇器。
【主權項】
1.一種防抖動電路，其特征在于: 包括開關脈沖產生電路、正向抗干擾電路、反向抗干擾電路、數據選擇器； 所述開關脈沖產生電路輸出開關脈沖;所述正向抗干擾電路和反向抗干擾電路的輸入信號為開關脈沖； 所述數據選擇器為二選一數據選擇器;所述數據選擇器的二個數據輸入端分別連接至正向抗干擾電路和反向抗干擾電路的輸出端； 所述數據選擇器的數據輸出端為輸出脈沖端;所述數據選擇器由輸出脈沖進行數據選擇控制。2.根據權利要求1所述的防抖動電路，其特征在于:所述正向抗干擾電路包括快速放電二極管、充電電阻、正向抗干擾電容、正向抗干擾施密特電路;所述快速放電二極管陰極為正向抗干擾電路輸入端，陽極連接至正向抗干擾施密特電路輸入端;所述充電電阻與快速放電二極管并聯;所述正向抗干擾電容的一端連接至正向抗干擾施密特電路輸入端，另外一端連接至防抖動電路的公共地或者是供電電源； 所述反向抗干擾電路包括快速充電二極管、放電電阻、反向抗干擾電容、反向抗干擾施密特電路;所述快速充電二極管陽極為反向抗干擾電路輸入端，陰極連接至反向抗干擾施密特電路輸入端;所述放電電阻與快速充電二極管并聯;所述反向抗干擾電容的一端連接至反向抗干擾施密特電路輸入端，另外一端連接至防抖動電路的公共地或者是供電電源； 所述正向抗干擾施密特電路輸出端為正向抗干擾電路輸出端，反向抗干擾施密特電路輸出端為反向抗干擾電路輸出端。3.根據權利要求2所述的防抖動電路，其特征在于:所述數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系時，數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間也為同相關系；所述數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系時，數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間也為反相關系。4.根據權利要求1所述的防抖動電路，其特征在于:所述數據選擇器由輸出脈沖進行數據選擇控制的具體方法是，當數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系、數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系時，輸出脈沖的低電平控制數據選擇器選擇正向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端，高電平控制數據選擇器選擇反向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端；當數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系、數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系時，輸出脈沖的低電平控制數據選擇器選擇反向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端，高電平控制數據選擇器選擇正向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端。5.根據權利要求2— 4中任一項所述的防抖動電路，其特征在于:能夠過濾的正窄脈沖寬度通過改變充電時間常數來進行控制，能夠過濾的負窄脈沖寬度通過改變放電時間常數來進行控制。6.根據權利要求5所述的防抖動電路，其特征在于:所述充電時間常數為充電電阻與正向抗干擾電容的乘積;所述放電時間常數為放電電阻與反向抗干擾電容的乘積。7.根據權利要求5所述的防抖動電路，其特征在于:所述正向抗干擾施密特電路和反向抗干擾施密特電路均具有高輸入阻抗特性。
【文檔編號】H03K5/1254GK106067789SQ201610420948
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月15日 公開號201610420948.1, CN 106067789 A, CN 106067789A, CN 201610420948, CN-A-106067789, CN106067789 A, CN106067789A, CN201610420948, CN201610420948.1
【發明人】王兵, 凌云, 郭艷杰
【申請人】湖南工業大學