CN109450425B - 一种按键防抖电路 - Google Patents

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Abstract

一种按键防抖电路，其输入端连接按键，其输出端连接CPU的GPIO管脚，该按键防抖电路包含：开关控制模块，其连接按键和信号输出模块，用于在按键接通过程中防止抖动；信号输出模块，其用于根据按键的通断来实现电路的通断；信号保持模块，其连接CPU和信号输出模块，用于在按键断开过程中防止抖动。本发明电路简单，实现方便，成本低，可靠性高，不需要加重软件代码和消耗软件资源和时间就能够获得按键去抖动的效果，使按一次键只产生一个有效信号，应用在防抖效果不好的按键上，可以有效地消除按键抖动对电路和设备造成的电气影响。

Description

一种按键防抖电路
技术领域
本发明涉及一种按键防抖电路。
背景技术
当前电子技术的应用无处不在，按键是电子电路中一种应用非常广泛的电子元件之一。普通的含有金属触点的机械式开关按键不具备防抖功能，接通或断开时，由于触点的弹性作用，触点可能不会马上稳定地接通或断开，而是在接通或断开的瞬间产生一连串的抖动，也就是一连串的接通和断开。这就相当于手按一次按键，产生了多次输入，抖动时间可达50毫秒以上，这种按键触点抖动会引起一次人工按键操作被误读多次，轻者造成电路“连击”响应，严重的会导致电路出现故障，甚至导致各种事故发生。
因此，在按键的应用中，必须消除触点抖动。一般的解决方案是在软件加入延时函数代码，去解决按键开关是产生的抖动，这种方法解决了按键开关时产生的抖动，但不可避免的使得软件代码增加，增加了软件代码资源和时间资源。
发明内容
本发明提供一种按键防抖电路，电路简单，实现方便，成本低，可靠性高，不需要加重软件代码和消耗软件资源和时间就能够获得按键去抖动的效果。
为了达到上述目的，本发明提供一种按键防抖电路，其输入端连接按键，其输出端连接CPU的GPIO管脚，该按键防抖电路包含：
开关控制模块，其连接按键和信号输出模块，用于在按键接通过程中防止抖动；
信号输出模块，其用于根据按键的通断来实现电路的通断；
信号保持模块，其连接CPU和信号输出模块，用于在按键断开过程中防止抖动。
所述的按键，其一端连接高电平电源，另一端连接按键防抖电路的输入端。
所述的开关控制模块包含：N沟道MOS管、齐纳二极管、第一电阻、第一电容、以及第一分压电阻和第二分压电阻；
第一电阻和第一电容经V1点串联，第一电阻的另一端连接至按键防抖电路的输入端，第一电容的另一端接地，齐纳二极管的负极连接至V1，正极连接至N沟道MOS管的栅极，第一分压电阻和第二分压电阻经V2点串联分压，第一分压电阻的另一端连接至按键防抖电路的输出端，第二分压电阻的另一端连接至N沟道MOS管的漏极。
所述的齐纳二极管的击穿电压等于高电平电源的50％。
通过调整第一电阻和第一电容的取值控制电容充电时间的长短。
所述的信号输出模块包含：P沟道MOS管；
P沟道MOS管的源极连接至按键的一端，P沟道MOS管的漏极连接至信号保持模块和按键防抖电路的输出端，P沟道MOS管的栅极连接至开关控制模块的第一分压电阻和第二分压电阻的分压输出端V2，用以控制P沟道MOS管的导通和截止。
当P沟道MOS管的栅极和源极的电压差为负时，P沟道MOS管导通，源极和漏极相当于短路，输出信号电平可以通向输出端；当P沟道MOS管栅极和源极的电压差为正时，P沟道MOS管截止，源极和漏极相当于断路，输出信号不能通向输出端。
所述的信号保持模块包含：并联的第二电容和第二电阻；
第二电容的一端连接P沟道MOS管的漏极和按键防抖电路的输出端，另一端接地，第二电阻的一端连接P沟道MOS管的漏极和按键防抖电路的输出端，另一端接地。
通过调整第二电容和第二电阻的取值控制电容放电时间的长短。
本发明电路简单，实现方便，成本低，可靠性高，不需要加重软件代码和消耗软件资源和时间就能够获得按键去抖动的效果，使按一次键只产生一个有效信号，应用在防抖效果不好的按键上，可以有效地消除按键抖动对电路和设备造成的电气影响。
附图说明
图1是本发明提供的按键防抖电路的电路框图。
图2是本发明提供的按键防抖电路的电路图。
图3是本发明提供的按键防抖电路的输入输出信号波形图。
具体实施方式
以下根据图1～图3，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种按键防抖电路，其输入端input连接按键模块1，其输出端output连接CPU的GPIO管脚，该按键防抖电路包含：
开关控制模块2，用于在按键模块1接通过程中防止抖动；
信号输出模块3，用于根据按键模块1的通断来实现电路的通断；
信号保持模块4，用于在按键模块1断开过程中防止抖动。
进一步，如图2所示，所述的按键模块1包含按键SW1，其一端连接高电平电源Vdd，另一端连接按键防抖电路的输入端input。
所述的开关控制模块2包含：N沟道MOS管Q2、齐纳二极管D1、RC充放电电路(第一电阻R1和第一电容C1)、以及第一分压电阻R3和第二分压电阻R4；第一电阻R1和第一电容C1经V1点串联，第一电阻R1的另一端连接至按键防抖电路的输入端input，第一电容C1的另一端接地，齐纳二极管D1的负极连接至V1，正极连接至N沟道MOS管Q2的栅极G2，第一分压电阻R3和第二分压电阻R4经V2点串联分压，第一分压电阻R3的另一端连接至按键防抖电路的输出端output，第二分压电阻R4的另一端连接至N沟道MOS管Q2的漏极D2。
所述的信号输出模块3包含：P沟道MOS管Q1；P沟道MOS管Q1的源极S1连接至按键SW1的一端，P沟道MOS管Q1的漏极D1连接至信号保持模块4和按键防抖电路的输出端output，P沟道MOS管Q1的栅极G1连接至开关控制模块2的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4的分压输出端V2，用以控制P沟道MOS管Q1的导通和截止；当P沟道MOS管Q1的栅极G1和源极S1的电压差VGS为负(小于VGS(th))时，MOSFET导通，源极S1和漏极D1相当于短路，输出信号电平可以通向output端；当P沟道MOS管Q1的栅极G1和源极S1的电压差VGS为正(高于VGS(th))时，MOSFET截止，源极S1和漏极D1相当于断路，输出信号不能通向output端。
所述的信号保持模块4包含：并联的第二电容C2和第二电阻R2，第二电容C2的一端连接P沟道MOS管Q1的漏极D1和按键防抖电路的输出端output，另一端接地，第二电阻R2的一端连接P沟道MOS管Q1的漏极D1和按键防抖电路的输出端output，另一端接地；当没有高电平信号输入时，第二电阻R2对CPU的GPIO管脚构成下拉，稳定在低电平；当有高电平输入时，第二电容C2立即充电至高电平，待输入由高电平变为低电平时，第二电容C2通过第二电阻R2放电，缓慢下降至低电平，这个放电的过程使电路避开了按键的断开抖动期。
本发明提供的按键防抖电路的工作原理如下：
初始状态，按键SW1断开，V1为低电平，齐纳二极管D1截止，N沟道MOS管Q2截止，N沟道MOS管Q2的漏极D2和源极S2相当于断路，第二分压电阻R4悬空，V1＝VG＝VS，所以P沟道MOS管Q1的VGS＝0，处于截止状态，输出点output为低电平状态。
当按下按键SW1后，Vdd通过第一电阻R1向开关控制模块的第一电容C1充电，同时按键产生一系列接通-断开-接通的抖动，但是因为输出开关模块的P沟道MOS管Q1在按键抖动过程中始终处于截止状态，所以高电平信号并不会传递给CPU的GPIO管脚，系统不会产生任何误动作。
开关控制模块的第一电容C1持续充电，当电容的电压V1达到齐纳二极管的击穿电压(本发明建议选用的齐纳二极管的击穿电压大概等于Vdd的50％左右)，齐纳二极管D1反向击穿导通。根据不同按键的抖动时间长短，可以调整第一电阻R1和第一电容C1的取值，进而控制电容充电过程的长短，本发明取R1＝100K，C1＝1uF，于是充电常数τ＝RC＝100K*1uF＝100ms。也就是说，在按下按键100ms后，电容电压达到阈值，齐纳二极管D1发生击穿导通，于是开关控制模块的N沟道MOS管Q2导通，Q2的漏极D2相当于对地短路，于是分压电阻R3和R4对input点电压进行分压，V2＝0.5Vdd＝VG1，信号输出模块的P沟道MOS管Q1的VGS＝-0.5Vdd，Q1立即导通，输入高电平信号得以传递给CPU的GPIO管脚，而这个信号已经避开了按键抖动过程，是一个稳定可靠的信号。
同理，在按键断开时，也会产生一系列断开-接通-断开的抖动。因为输出保持模块的第二电容C2的存在，输出信号端的电压并不会立刻变为零，必须等待电容放电完成才置零，此时CPU的GPIO管脚才真正接收到低电平信号，而此时按键断开的抖动期也已经结束，系统不会产生任何误动作。本发明的电容的放电参数τ＝RC＝R2*C2＝10k*10uF＝100ms。
本发明的按键接通和断开的输入输出信号波形图如图3所示。本领域技术人员可通过阅读本发明专利后，可做出细微的改变和调整，例如：根据电路原理比例改变电容和电阻值等替代方案，仍将不失为本发明的要义所在，亦不脱离本发明专利的精神和范围。
本发明电路简单，实现方便，成本低，可靠性高，不需要加重软件代码和消耗软件资源和时间就能够获得按键去抖动的效果，使按一次键只产生一个有效信号，应用在防抖效果不好的按键上，可以有效地消除按键抖动对电路和设备造成的电气影响。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种按键防抖电路，其特征在于，其输入端连接按键，其输出端连接CPU的GPIO管脚，该按键防抖电路包含：
开关控制模块，其连接按键和信号输出模块，用于在按键接通过程中防止抖动；
信号输出模块，其用于根据按键的通断来实现电路的通断；
信号保持模块，其连接CPU和信号输出模块，用于在按键断开过程中防止抖动；
所述的开关控制模块包含：N沟道MOS管、齐纳二极管、第一电阻、第一电容、以及第一分压电阻和第二分压电阻；第一电阻和第一电容经V1点串联，第一电阻的另一端连接至按键防抖电路的输入端，第一电容的另一端接地，齐纳二极管的负极连接至V1，正极连接至N沟道MOS管的栅极，第一分压电阻和第二分压电阻经V2点串联分压，第一分压电阻的另一端连接至按键防抖电路的输出端，第二分压电阻的另一端连接至N沟道MOS管的漏极；
所述的信号输出模块包含：P沟道MOS管；P沟道MOS管的源极连接至按键的一端，P沟道MOS管的漏极连接至信号保持模块和按键防抖电路的输出端，P沟道MOS管的栅极连接至开关控制模块的第一分压电阻和第二分压电阻的分压输出端V2，用以控制P沟道MOS管的导通和截止；
所述的信号保持模块包含：并联的第二电容和第二电阻；第二电容的一端连接P沟道MOS管的漏极和按键防抖电路的输出端，另一端接地，第二电阻的一端连接P沟道MOS管的漏极和按键防抖电路的输出端，另一端接地。
2.如权利要求1所述的按键防抖电路，其特征在于，所述的按键，其一端连接高电平电源，另一端连接按键防抖电路的输入端。
3.如权利要求1所述的按键防抖电路，其特征在于，所述的齐纳二极管的击穿电压等于高电平电源的50％。
4.如权利要求1所述的按键防抖电路，其特征在于，通过调整第一电阻和第一电容的取值控制电容充电时间的长短。
5.如权利要求1所述的按键防抖电路，其特征在于，当P沟道MOS管的栅极和源极的电压差为负时，P沟道MOS管导通，源极和漏极相当于短路，输出信号电平可以通向输出端；当P沟道MOS管栅极和源极的电压差为正时，P沟道MOS管截止，源极和漏极相当于断路，输出信号不能通向输出端。
6.如权利要求1所述的按键防抖电路，其特征在于，通过调整第二电容和第二电阻的取值控制电容放电时间的长短。
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