按键消抖电路瞬态分析和设计 键盘, 接口, 软件, 仪表, 仪器

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关键字：按键消抖电路   瞬态分析   下冲电平   数学模型  
按键是仪器仪表中普遍采用的人机输入接口电路。在按键电路中必须考虑对按键的抖动进行软件消抖和硬件消抖。软件消抖具有使用硬件数量少的优点，但也具有以下两个缺点：
（1）在仪器键盘电路中，多个按键安装在仪器面板上，键盘的输出通过排线连接到主控板上，此时键盘导线寄生电感和寄生电容的存在，寄生电感寄生电容和排线电阻将组成二阶振荡系统，二阶振荡将形成负电平脉冲，而负电平脉冲很容易超出数字芯片的输入最大允许电平范围，导致数字芯片容易损坏。

（2）按键闭合和断开时，电压信号下降沿非常陡峭，剧烈变化的电压信号将通过互容传递到相邻导线上。

硬件消抖电路的设计主要是要考 虑以下三个因素：

（1）消除信号的抖动，确保按键电路输出信号的平整；

（2）消除信号的下冲，因为下冲电平超出了后续数字芯片的最大输入电平范围；

（3）降低信号变化的速度，避免在邻线上引起容性串扰；

（4）不影响按键电路的正常功能。

常见的硬件消抖电路包括电容滤波消抖和触发器消抖。电容滤波消抖采用电阻和电容组成低通滤波器，具有电路结构简单可靠的优点，因此本文将重点阐述该消抖电路。

1 按键消抖电路结构与电路模型

图1为某仪器按键电路原理图，按键安装在仪器面板上，通过导线连接到主控板上，按键的一端接上拉电阻并连接后续电路，按键的另一端接地，当按键没有按下时，按键输出高电平，当按键按下 时，按键输出低电平。图2为加上滤波电容后的按键电路。



图1 某仪器按键电路



图2 按键消抖电路


图3为按键消抖电路的电路模型。图中R0为连接按键导线的电阻，L 为导线电感，C0为导线对地电容，Cf为滤波电容，Cp为按键后续电路的输入电容，Ri为按键后续电路的输入阻抗，R 为上拉电阻，VCC为电源电压，U为按键消抖电路的输出电压。



图3 按键消抖电路的电路模型



当按键闭合时，其等效 电路模型如图4所示。当按键断开时，其等效电路模型如图5所示。