Taster per Hardware entprellen – alternative Schaltung

[M. N. (Gast)]

Anhand der im Forum gestellten Fragen wird deutlich, daß noch immer ein 
Interesse an Entprellung einzelner Taster per Hardware existiert. 
Vielleicht ist nachfolgende Schaltung nützlich.

Es gibt viele Schaltungen, um Signale von Tastern mit prellenden 
Kontakten per Hardware aufzubereiten. Die typische Schaltung besteht aus 
einem RC-Glied mit nachgeschaltetem Schmitttrigger-IC, welches eine 
vorgegebene Hysterese hat. Allerdings besteht der Nachteil, daß diese je 
nach Schaltkreis und Hersteller deutlich schwanken kann. Ein weiterer 
Nachteil zeigt sich darin, daß bei kleiner Hysterese die RC-Konstante 
hoch gewählt werden muß, um sicher zu entprellen. Wählt man die 
Zeitkonstante zu klein, können Mehrfachimpulse erzeugt werden, wenn das 
Eingangssignal um die kleine Hysterese herum 'wackelt'. In der Praxis 
kann daher eine Schaltung, die hinreichend schnell schaltet, bei stark 
prellenden Tastern Probleme bereiten.

Die alternative Schaltung (siehe Bild) vermeidet diese Nachteile, da 
beim Überschreiten der Schaltschwelle der Kondensator des RC-Gliedes 
nicht weiterhin langsam ent-/aufgeladen wird, sondern schlagartig 
umgeladen (entladen!) wird. Sobald der Umschaltvorgang ausgelöst wurde, 
werden Ein- und Ausgangsspannung des Schmitttriggers in einen 
definierten Zustand gebracht, als wäre der Taster schon lange gedrückt 
oder offen gewesen.
Die Schaltung arbeitet mit zwei einfachen CMOS-Invertern, die in 
Reihenschaltung einen nichtinvertierenden Verstärker bilden. Somit sind 
Hysterese sowie Schaltverzögerung reproduzierbar einstellbar, ohne 
Abhängigkeit vom verwendeten IC oder dessen Hersteller.

Schaltung:
Abweichend zu herkömmlichen Lösungen fällt auf, daß der Kondensator C1 
im Mitkopplungszweig der beiden Inverter liegt und mit R2 einen Tiefpass 
bildet. Der optionale Reihenwiderstand R4 dient dabei der 
Strombegrenzung, wenn C1 durch den geänderten Ausgangspegel an Q 
umgeladen und der Strom dabei über die Eingangsschutzdioden von IC1A 
abgeleitet wird. Nachfolgend soll R4 zunächst mit 0 Ohm angenommen 
werden (Drahtbrücke = gestrichelte Linie).

Betrachtet man die Schaltung ohne den Pfad C1+R4, so ergibt sich die 
Hysterese der beiden Inverter aus R2/R3 bei geschlossenem Taster und 
(R1+R2)/R3 bei offenem Taster. Bei R2 = 10 kOhm ist die Hysterese beim 
Schließen des Tasters mit rund 1/100 * VCC und mit rund 1/50 * VCC beim 
Öffnen recht klein. Diese Hysterese macht aus den Invertern IC1A und 
IC1B einen Schmitttrigger, dessen Umschaltpunkt (vereinfacht) bei rund 
VCC/2 liegt.

Funktion:
Im Ruhezustand ist der Taster geöffnet und am Ausgang Q liegt VCC. Der 
Pegel am Eingang von IC1A liegt ebenfalls auf VCC; C1 ist voll entladen, 
beide Pole liegen auf VCC-Potential.
Wird der Taster geschlossen, geht der Pegel an Pin1 von R2 auf 
GND-Potential, wobei Prellen auftritt. Da R2 mit C1 einen Tiefpass 
bildet, wird der Eingangspegel von IC1A verzögert bzw. gefiltert auf GND 
gezogen, sodaß die Prellimpulse den Schmitttrigger nicht schalten 
lassen. C1 wird dabei aufgeladen, wobei sein Pol zum Ausgang hin auf VCC 
bleibt, der zu R2 hin aber gegen GND geht.

Das Bild "10k_schnell_ein.gif" zeigt das Signal des Tasters (R2-Pin1) in 
Blau und das am Eingang von IC1A (R2-Pin2) in Gelb. Da es sich um einen 
Taster mit vergoldeten Kontakten handelt, ist sein Prellen nach 1 ms 
schon abgeklungen. Zum Triggerzeitpunkt in Bildmitte schaltet der 
Ausgang Q auf GND-Pegel und damit über C1 den Eingang IC1A ebenfalls auf 
GND, wobei C1 über die Eingangsschutzdioden wieder entladen wird.
Das Öffnen des Tasters ist im Bild "10k_schnell_aus.gif"gezeigt. Ein 
Prellen ist hier nicht zu erkennen. Wieder wird C1 aufgeladen, 
allerdings mit anderer Polung als beim Drücken des Tasters. Nach 
Erreichen von etwa VCC/2 gehen Ausgangspegel Q und über C1 auch der 
Eingangspegel von IC1A wieder auf VCC.

Die Bilder "100k_langsam_ein.gif" und "100k_langsam_aus.gif" zeigen die 
deutlich größere Entprellzeit bei R2 = 100 kOhm.
R4 wurde bislang mit 0 Ohm angenommen. Bei diesen letzten Bildern war er 
1 kOhm groß. Ob man R4 einbaut oder nicht, hängt von den verwendeten 
Invertern ab. Die Bilder entstanden mit einem HEF4069 IC, dessen max. 
Ausgangsstrom seine Eingangsschutzdioden bei VCC = 5 V nicht überlasten 
kann. Bei Logikbausteinen 74HC40xx sind die Schaltzeiten deutlich kürzer 
sowie Ausgangsströme deutlich höher, sodaß eine Strombegrenzung mit R4 = 
1 kOhm angebracht ist.

Die Bauteile haben Standardwerte; die genauen Werte sind unkritisch. Die 
Verzögerungszeit kann auch durch Änderung von C1 angepaßt werden.