Was bedeutet Entprellen im 8051-Mikrocontroller?

Im Zusammenhang mit Mikrocontrollern, insbesondere dem 8051-Mikrocontroller, bezieht sich Entprellen auf den Prozess des Herausfilterns von Rauschen oder unerwünschten Schwankungen im Signal eines Schalters oder Eingabegeräts. Mechanische Schalter können aufgrund ihrer physikalischen Beschaffenheit beim Drücken oder Loslassen ein Prellen zeigen. Unter Prellen versteht man schnelle und unbeabsichtigte Schwingungen im elektrischen Kontakt, wenn ein Schalter umgelegt wird. Diese Schwingungen können dazu führen, dass mehrere elektrische Übergänge registriert werden, was zu Fehlern bei der Signalinterpretation führt. Die Entprellung ist von entscheidender Bedeutung, um eine genaue und stabile Eingabeerkennung in digitalen Systemen sicherzustellen. Lassen Sie uns die Bedeutung der Entprellung im 8051-Mikrocontroller im Detail untersuchen:

1. Switch Bounce:

A. Mechanische Kontakte:

  • Mechanische Schalter verfügen über physische Kontakte, die springen können, wenn der Schalter gedrückt oder losgelassen wird.
  • Aufgrund der mechanischen Beschaffenheit der Kontakte kommt es zum Prellen, was zu schnellen, unbeabsichtigten Übergängen zwischen offenem und geschlossenem Zustand führt.

B. Elektrische Übergänge:

  • Jeder Sprung erzeugt elektrisches Rauschen, wodurch der Mikrocontroller mehrere Übergänge erkennt.
  • Dies kann zu Fehlauslösungen und ungenauen Messwerten führen, insbesondere bei Anwendungen, bei denen ein präzises Timing entscheidend ist.

2. Entprellungsmechanismen:

A. Software-Entprellung:

  • Bei der Software-Entprellung filtern Algorithmen in der Firmware des Mikrocontrollers die durch das Prellen verursachten unerwünschten Übergänge heraus.
  • Übliche Methoden umfassen die Verwendung von Verzögerungsschleifen oder Zustandsmaschinen, um nach einem Schalterwechsel auf ein stabiles Signal zu warten.

B. Hardware-Entprellung:

  • Bei der Hardware-Entprellung werden externe Komponenten oder Schaltkreise verwendet, um dem Mikrocontroller ein saubereres Signal zu liefern.
  • Übliche Hardwarelösungen umfassen die Verwendung von Widerständen, Kondensatoren und Schmitt-Triggern zum Herausfiltern von Rauschen.

3. Entprellen im 8051-Mikrocontroller:

A. Software-Implementierung:

  • Im 8051-Mikrocontroller kann die Entprellung durch Softwareroutinen erreicht werden.
  • Ein gängiger Ansatz besteht darin, Verzögerungsschleifen einzuführen, um darauf zu warten, dass sich das Prellen beruhigt, bevor der Schalterzustand als stabil betrachtet wird.

B. Interrupts und Timer:

  • Interrupts und Timer im 8051 können für eine effiziente Entprellung genutzt werden.
  • Beim Schalterübergang kann ein Interrupt ausgelöst werden, und ein Timer kann verwendet werden, um eine Verzögerung einzuführen, bevor der Schalterzustand gelesen wird, sodass Zeit für die Beruhigung des Prellens bleibt.

4. Algorithmisches Entprellen:

A. Zustandsmaschinen:

  • Entprellungsalgorithmen verwenden häufig Zustandsmaschinen, um den Zustand des Schalters über die Zeit zu verfolgen.
  • Zustandsübergänge werden definiert, um durch Bouncen verursachte unerwünschte Übergänge herauszufiltern.

B. Kantenerkennung:

  • Algorithmen können sich auf die Erkennung der Flanken (steigend oder fallend) des Schaltsignals konzentrieren und schnelle Übergänge innerhalb eines bestimmten Zeitfensters ignorieren.

5. Hardwarelösungen:

A. RC-Schaltungen:

  • Widerstands-Kondensator-Schaltungen (RC) können verwendet werden, um durch Prellen verursachtes hochfrequentes Rauschen herauszufiltern.
  • Die RC-Zeitkonstante bestimmt die Einschwingzeit für das Schaltsignal.

B. Schmitt-Trigger:

  • Schmitt-Trigger können verwendet werden, um eine Hysterese bereitzustellen und so einen saubereren und stabileren Übergang am Ausgang sicherzustellen.

6. Vorteile der Entprellung:

A. Zuverlässige Eingabe:

  • Entprellen stellt sicher, dass der Mikrocontroller ein stabiles und zuverlässiges Eingangssignal vom Schalter erhält.
  • Dies ist entscheidend für die genaue Entscheidungsfindung in Steuerungssystemen.

B. Verhinderung falscher Auslöser:

  • Durch das Herausfiltern von Rauschen verhindert die Entprellung Fehlauslösungen und verringert die Wahrscheinlichkeit von Fehlern bei der Erkennung von Schalterzuständen.

7. Überlegungen:

A. Entprellungsdauer:

  • Die Dauer der Entprellverzögerung oder Einschwingzeit hängt von den spezifischen Eigenschaften des Schalters und den Anwendungsanforderungen ab.

B. Kompromisse:

  • Die Wahl zwischen Software- und Hardware-Entprellung hängt von Faktoren wie Verarbeitungsgeschwindigkeit, verfügbaren Ressourcen und gewünschter Komplexität ab.

Abschluss:

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entprellung im 8051-Mikrocontroller die Implementierung von Strategien entweder in Software oder Hardware umfasst, um Rauschen herauszufiltern und das Signal von mechanischen Schaltern zu stabilisieren. Dieser Prozess ist für die zuverlässige und genaue Eingabeerkennung in digitalen Systemen unerlässlich und verhindert Fehlauslösungen und Fehler durch Schalterprellen. Die Wahl der Entprellungsmethode hängt von den spezifischen Anforderungen und Einschränkungen der Anwendung ab.

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