Come implementare il antirimbalzo hardware per switch e relè quando il antirimbalzo software non è appropriato

Nel contesto dell'ingegneria elettrica ed elettronica, un interruttore è un componente che può “creare” o “rompere” un circuito elettrico, interrompendo così una corrente elettrica o deviandola da un conduttore all'altro. Come possono attestare gli ingegneri, esistono molti tipi diversi di interruttori tra cui interruttori a levetta, interruttori a bilanciere, interruttori a pulsante, microinterruttori e finecorsa, interruttori magnetici e reed e relè. Tutti hanno una cosa in comune: rimbalzano. E' proprio quello che fanno.

Normalmente, questo rimbalzo ha un effetto minimo o nullo sul circuito, ma se il circuito digitale è sufficientemente veloce da rilevare e rispondere a più rimbalzi, possono esserci gravi conseguenze. Il compito di un ingegnere è quello di evitare o mitigare gli effetti di questo rimbalzo, o “rimbalzare” l'interruttore. Sebbene l’industria pratichi da tempo il antirimbalzo hardware, più recentemente è passato ad approcci antirimbalzo basati su software. Tuttavia, ci sono situazioni in cui il antirimbalzo hardware è un'opzione migliore.

Questo articolo spiega il rimbalzo e discute gli approcci software e hardware per il rimbalzo. Quindi indica i casi in cui il antirimbalzo hardware è un'opzione migliore prima di mostrare come può essere implementato. Vengono introdotti esempi di dispositivi di commutazione e componenti di antirimbalzo hardware tramite esempi di NKK Switches, ON Semiconductor, Texas Instruments, Maxim Integrated e LogiSwitch.

Cos'è il rimbalzo dell'interruttore?

Quando un interruttore o un relè viene attivato o attivato, ciò che un essere umano percepisce come una singola risposta istantanea ogni volta che il dispositivo cambia stato può effettivamente comportare 100 o più azioni di creazione o interruzione che persistono per diversi millesimi di secondo prima che il contatto venga finalmente attivato. si sistema sul posto.

Ad esempio, si consideri un interruttore a levetta con montaggio a pannello unipolare, a corsa singola (SPST) normalmente aperto (NO) come un M2011SS1W01 di NKK. Supponiamo che un lato di questo interruttore, che può essere considerato l'ingresso, sia collegato a terra (0 volt), mentre l'altro lato, che in questo caso è l'uscita, sia collegato a un alimentatore da 5 volt (mostrato come +ve ) tramite un resistore pull-up (R1) (Figura 1).

Tenere presente che il rimbalzo dell'interruttore può verificarsi sia quando l'interruttore è attivato (chiuso) che quando è disattivato (aperto). A volte i rimbalzi possono passare completamente tra i binari di alimentazione, qui considerati stati logici 0 e 1. In questo caso si tratta di rimbalzi “puliti”. In confronto, se il segnale raggiunge solo una tensione intermedia, questi vengono definiti rimbalzi “sporchi”.

Nel caso di un interruttore a levetta unipolare, a doppia corsa (SPDT) con montaggio a pannello come M2012SS1W01-BC di NKK, possono verificarsi rimbalzi sia sui terminali normalmente aperti (NO) che normalmente chiusi (NC) (Figura 2). In questo caso, per semplicità, sono stati mostrati solo i rimbalzi “puliti”.

In molti casi, la durata del rimbalzo del segnale è tale da non avere alcun effetto. I problemi sorgono quando un interruttore è collegato a un componente di apparecchiatura elettronica che è sufficientemente veloce da rilevare e rispondere a più rimbalzi. Ciò che serve è un modo per rimbalzare il segnale proveniente dall'interruttore prima che venga attivato dalequipaggiamento elettronico.

Rimbalzo software contro hardware

Negli anni '60 e '70, il rimbalzo degli interruttori veniva implementato utilizzando una varietà di tecniche hardware, dai semplici circuiti di ritardo resistore-condensatore (RC) utilizzati con gli interruttori SPST alle funzioni di latch set/reset (SR) più sofisticate.

Più recentemente, e poiché molti sistemi sono dotati di un'unità a microprocessore (MPU) o di un'unità a microcontrollore (MCU), è diventato comune utilizzare tecniche software per eliminare il rimbalzo del segnale proveniente da qualsiasi interruttore. Tuttavia, il antirimbalzo del software non è sempre l’approccio migliore. Esistono alcune applicazioni che coinvolgono processori piccoli, a basse prestazioni e con vincoli di memoria con spazio di codice limitato e/o cicli di clock disponibili per implementare routine di antirimbalzo. In questi casi, un'implementazione hardware potrebbe essere una soluzione migliore.

Inoltre, molti sviluppatori di software non hanno familiarità con le caratteristiche fisiche degli interruttori, ad esempio il fatto che oltre a variare da un'attivazione all'altra, le caratteristiche di rimbalzo di un interruttore possono essere influenzate da condizioni ambientali come temperatura e umidità.