エンベデッドシステムスペシャリスト 2012年午前2 問15

問題文

スイッチのチャタリングを除去する方法のうち、スイッチの変化を最も遅延が少なく読み込めるのはどれか。

🖊️ 解答を隠して解いてみる

ア：CR積分回路でスイッチ信号を受け、シュミットトリガ回路で整形する。

イ：RSフリップフロップでスイッチ信号を受ける。（正解）

ウ：スイッチが接続された入力ポートの値を2回読み込んで判定する。

エ：ディジタルフィルタで振動成分だけを除去する。

🔒 解説は解答すると表示されます

正解は、イのRSフリップフロップを使う方法です。

スイッチの接点は、切り替わる瞬間に短時間の振動を起こし、信号が何度もオン・オフを繰り返すことがあります。これをチャタリングといいます。

RSフリップフロップは、スイッチの変化を受けると状態を切り替えて、その状態を保持します。そのため、接点の振動による後続の変化を受けにくく、チャタリングを除去できます。時間をかけて信号を安定させる必要がないため、選択肢の中で最も遅延を小さくできます。

ア：CR積分回路で信号をなだらかにし、シュミットトリガ回路で波形を整形します。チャタリング除去に使われますが、コンデンサの充放電による遅延が生じます。
イ：RSフリップフロップで状態を保持する方法です。安定するまで待つ処理を必要としないため、最も遅延が少ない方法です。
ウ：入力を2回読み込んで一致したかを判定する方法です。読み込み間隔を設けて安定を確認するため、その分の遅延が生じます。また、読み込み間隔が短すぎるとチャタリングを見逃す可能性があります。
エ：ディジタルフィルタで振動成分を除去する方法です。振動成分を判定するための処理や時間が必要となり、即時性ではRSフリップフロップに劣ります。

RSフリップフロップは、セット入力とリセット入力によって出力状態を切り替え、次の切り替えまでその状態を保持する回路です。スイッチの接点をセット側・リセット側に割り当てることで、接点が一度切り替わった後の細かな振動に影響されにくくできます。

一方、CR回路は回路定数によって遅延時間を調整できるため、応答速度よりも簡単な構成や安定した波形を重視する場合に利用されます。

Q. シュミットトリガ回路だけでチャタリングを除去できますか？
A. シュミットトリガ回路は、入力信号のしきい値に幅を持たせて波形を整形します。ただし、チャタリングを十分に除去するには、一般にCR回路などと組み合わせます。

Q. なぜRSフリップフロップは遅延が小さいのですか？
A. 信号が一定時間安定するのを待つのではなく、接点の切り替わりを受けて状態を保持するためです。回路自体の伝搬遅延はありますが、安定確認のための待ち時間が不要です。

関連キーワード: チャタリング、RSフリップフロップ、CR積分回路、シュミットトリガ回路、ディジタルフィルタ

\ せっかくなら /

エンベデッドシステムスペシャリストを
クイズ形式で学習しませんか？

すぐに利用可能！