チャタリング対策

　マイコンを使用するわけですから、多くの場合ソフトウェアによるチャタリング除去が良い対策です。

　接続としては右図のようにスイッチのみで構成することができます。この際マイコン内部でピンをプルダウンしておく必要があります。

　具体的なチャタリング除去コードですが、多くの方法が提案されており、例えばこのページでは数多くのサンプルが掲載されています。実際に当サイトで公開しているGPIOのクラスでは上記ページで示されているKenneth Kuhn氏のコードを参考にチャタリング除去コードを実装しています。

　ソフトでチャタリング除去するのは部品点数の増加を抑え、コストや実装面積削減にとても効果が高いのですが、一方割り込みやタイマを使うなどソースコードは複雑化する方向です。

　ハードによるチャタリング除去は多くのサイトで右図のような構成が説明されています。RCによるローパスフィルタで一度波形をなまらせてから、シュミットトリガでディジタル値に成形する方法です。

　ただマイコンでこの構成を行った際、

• 内蔵プルアップ/プルダウンはどう設定すればよいのか？
• マイコン内にもシュミットトリガがあるのでは？

といった疑問があり、このページを作成するに至りました。

　ところでチャタリング除去を調べると左図のようなR-S ラッチを用いた素敵な方法も紹介されています。

　ただしこの回路は2出力あるスイッチの片方が必ずHighであることを前提としているため、1出力しかないタクトスイッチでは残念ながら使用できません。

　さて、マイコンのGPIO部分の構成ですが、STM32F103の場合右図のようになっています(ここまでの説明と違って入力が右からになっています)。

　この図に書かれているようにマイコン内部には保護ダイオード、プルアップ/プルダウン抵抗、シュミットトリガが内蔵されています。またこの図には記載されていませんが、ピン容量5pFが存在しています。

　このような状況でどうなるかそれぞれ実際に試してみました。

　写真ではわかりにくいですが、STM32F103基板にタクトスイッチを接続しています。そしてスイッチが何回押されたかわかるようにLEDディススプレイでボタンの押された回数を表示しています。

　何の対策もないと1回ボタンを押しても数字が2以上進む場合が発生するのでチャタリング対策が必要です。

　そしてこの実験環境でマイコンへの入力電圧を計測した結果が下図です。

　このため3.3Vの電荷が残るとして1kΩぐらいの抵抗を入れておくと電流が3.3mAまでになるので安心です。

　結果としてハードウェアとしてチャタリング対策を行う際は右図のような回路構成になると思います。