Управляем нагрузкой одной кнопкой
Почти ни одно электронное устройство не обходится без различных механических коммутационных элементов - кнопок, тумблеров и переключателей. Они являются привычными элементами управления. Но использование таких коммутационных элементов в цифровых схемах имеет свои особенности.
Дело в том, что при замыкании механических контактов возникает так называемый дребезг контактов. Дребезг контактов - это явление многократного неконтролируемого замыкания и размыкания контактов в моменты их соприкосновения и расхождения. Это явление приводит к формированию пачки импульсов (вместо требуемого одиночного импульса или перепада напряжения), способных вызвать многократное непредсказуемое срабатывание схемы цифрового устройства.
Из- за чего же происходит дребезг? Причин тут две. Первая связана с механической конструкцией кнопки, которая не позволяет надежно за короткое время зафиксировать контакт. Вторая связана с самим контактом, который покрыт тончайшим слоем оксида, не проводящим электричество. В момент замыкания происходит ионизация промежутка, и возникает дуга, спекающая контакты вместе. Эти импульсы могут вызвать непредвиденное переключение цифровых элементов и привести к некорректной работе всего устройства. Поэтому при использовании кнопок в цифровых устройствах разработчики применяют различные схемы борьбы с дребезгом контактов.
В этом эксперименте мы соберем электронную кнопку, которой не будет страшен дребезг контактов. Помимо этого, наша кнопка будет иметь эффект фиксации, т.е. нажал - включил, еще раз нажал - выключил и т.д. Схема такого устройства, собранного на D-триггере, приведена на рисунке.
Принципиальная схема
Таблица компонентов
Монтажная схема
Подайте питание на схему. Кратковременно нажмите кнопку SW1. Если все собрано правильно, светодиод должен загореться. Еще раз нажмите кнопку, светодиод должен погаснуть и т.д.
Работа схемы
В данной схеме реализованы два элемента для борьбы с дребезгом контактов:
- Конденсатор С1, включенный параллельно кнопке SW1, обеспечивает частичное сглаживание импульсов, возникающих при замыкании кнопки.
- Переключение D-триггера происходит с небольшой задержкой. Этим обеспечивается минимизация влияния импульсов дребезга на переключение триггера.
В исходном состоянии на входе D триггера DD1.1 (вывод 5) установлен тот же логический уровень, что и на инверсном выходе Q (вывод 2). При замыкании кнопки SW1 триггер переключается. Цепь R2C2 сохранит на входе D прежний логический уровень в течении некоторого времени. Поэтому импульсы дребезга только подтвердят новое состояние триггера.
Для следующего переключения триггера необходимо снова нажать кнопку SW1.
Результат
В данном эксперименте мы научились побеждать такое вредное явление, как механический дребезг контактов, и использовали для этого базовое свойство D-триггера, а именно: сохранять состояние информационного входа D до прихода следующего тактового импульса.
Следующий эксперимент познакомит вас еще с одним интересным свойством D-триггера.