3.11. Anti-rebond

Un interrupteur est représenté comme un contact parfait, ouvert ou fermé, mais les contacts d’un interrupteur réel ne basculent pas proprement entre les deux états. Ils rebondissent – établissent et rompent le contact électrique plusieurs fois en quelques millisecondes avant de se stabiliser. Une entrée GPIO qui lit la broche perçoit cela comme une rafale de fronts ; une boucle de scrutation négligente compte plusieurs « appuis » pour un seul appui réel, et un gestionnaire d’interruption s’exécute plusieurs fois par appui effectif.

Un interrupteur qui rebondit produit une rafale de transitions rapides avant de se stabiliser.

L”anti-rebond est la pratique consistant à filtrer ces rebonds afin que chaque appui physique soit enregistré comme un événement unique. Deux approches résolvent ce problème – logicielle (une règle temporelle dans le micrologiciel) ou matérielle (un petit filtre sur le fil). Elles ne s’excluent pas mutuellement.

3.11.1. Anti-rebond logiciel

L’idée consiste à mémoriser le moment où l’entrée a changé pour la dernière fois et à rejeter tout changement ultérieur survenant dans une courte fenêtre suivant cet horodatage. Le rebond des contacts dure généralement moins de 10 ms ; un appui réel prend 50 – 100 ms ; une fenêtre de 30 – 50 ms capture tous les rebonds sans bloquer les appuis réels.

Dans une boucle de scrutation, lisez la broche, comparez-la à la dernière valeur stable, et n’acceptez un changement qu’une fois la fenêtre d’anti-rebond écoulée :

import time
from machine import Pin

button = Pin("P0", Pin.IN, Pin.PULL_UP)
last_state  = 1
last_change = 0
DEBOUNCE_MS = 50

while True:
    now = time.ticks_ms()
    state = button.value()
    if state != last_state and time.ticks_diff(now, last_change) > DEBOUNCE_MS:
        last_change = now
        last_state = state
        if state == 0:
            do_action()
    time.sleep_ms(10)

Pour les lectures pilotées par interruption, appliquez la même règle temporelle à l’intérieur du gestionnaire, puis transmettez l’appui réel au contexte principal via micropython.schedule() (voir Entrée GPIO) :

import time
import micropython
from machine import Pin

button = Pin("P0", Pin.IN, Pin.PULL_UP)
last_irq = 0
DEBOUNCE_MS = 50

def handle_press(pin):
    do_action()

def on_press(pin):
    global last_irq
    now = time.ticks_ms()
    if time.ticks_diff(now, last_irq) < DEBOUNCE_MS:
        return
    last_irq = now
    micropython.schedule(handle_press, pin)

button.irq(handler=on_press, trigger=Pin.IRQ_FALLING)

L’ISR filtre les rebonds par horodatage et met la fonction de rappel en file d’attente ; handle_press s’exécute de nouveau dans le contexte principal, où l’allocation et les E/S lentes sont sûres.

3.11.2. Anti-rebond matériel

L’anti-rebond matériel filtre les rebonds électriquement, avant même qu’ils n’atteignent la broche. L’outil standard est un condensateur.

Un condensateur est un composant à deux bornes qui stocke une charge électrique. Physiquement, il s’agit de deux plaques conductrices maintenues à faible distance l’une de l’autre, séparées par un isolant (le diélectrique).

Un condensateur à plaques parallèles : deux conducteurs séparés par une couche isolante.

L’application d’une tension à ses bornes provoque l’accumulation de charges égales et opposées sur les deux plaques ; la relation est

Q = C × V

où Q est la charge stockée (coulombs), V est la tension aux bornes du condensateur, et C est sa capacité (farads). La capacité est fixée par la construction du composant ; une capacité plus élevée signifie davantage de charge stockée à tension égale.

La conséquence : un condensateur ne peut pas changer sa tension instantanément. La charge qui entre ou sort doit traverser la résistance présente sur le trajet, et cette résistance détermine la vitesse à laquelle la tension peut varier.

3.11.2.1. Constante de temps RC

Charger un condensateur à travers une résistance produit une montée exponentielle progressive vers la tension d’alimentation, et non un échelon. Le temps caractéristique de cette montée est la constante de temps RC :

τ = R × C

Au bout d’un τ, le condensateur a atteint environ 63 % de la tension d’alimentation. Au bout de 5 τ, il dépasse 99 % – « complètement chargé » en pratique.

Un condensateur se charge le long d’une courbe exponentielle. τ = RC est le temps nécessaire pour atteindre 63 % de la tension finale.

La décharge à travers une résistance suit l’image miroir : la tension décroît exponentiellement depuis sa valeur initiale vers zéro, tombant à 37 % de la tension de départ au bout d’un τ, et à moins de 1 % au bout de 5 τ.

Un condensateur se décharge le long d’une décroissance exponentielle. τ = RC est le temps nécessaire pour tomber à 37 % de la tension de départ.

3.11.2.2. Le circuit d’anti-rebond

Un condensateur placé entre une broche d’entrée et la masse, alimenté à travers une résistance série, forme un filtre passe-bas. Les pics rapides n’ont pas le temps de charger ou décharger le condensateur à travers cette résistance ; la broche reste proche de la tension à laquelle elle se trouvait avant le pic. Les changements lents – un appui délibéré – chargent ou déchargent le condensateur et la lecture suit.

R1 tire le côté haut de l’interrupteur vers Vcc, produisant un signal d’interrupteur brut qui rebondit. R2 et C filtrent ensuite ce signal en passe-bas vers la broche :

Anti-rebond matériel : R2 et C filtrent en passe-bas le signal brut de l’interrupteur avant qu’il n’atteigne la broche.

Valeurs typiques : R1 = 10 kΩ (tirage), R2 = 10 kΩ (série), C = 100 nF.

Lorsque l’interrupteur est ouvert, le courant circule Vcc → R1 → R2 → condensateur (en série), chargeant le condensateur à Vcc avec τ_charge = (R1 + R2) × C = 2 ms.

Lorsque l’interrupteur se ferme, le nœud de l’interrupteur est ramené à la masse et le condensateur se décharge à travers R2 seul vers cette masse avec τ_discharge = R2 × C = 1 ms.

Les deux fronts sont filtrés par le RC. Comme le condensateur se trouve sur son propre nœud, en aval de R2 par rapport à l’interrupteur, il oscille proprement entre Vcc (ouvert) et 0 V (fermé) – aucun courant n’a à circuler à travers R1 en régime permanent dans l’un ou l’autre cas.

3.11.3. Choisir entre les deux

• Le logiciel est l’option par défaut. Il ne coûte rien en composants, le seuil est facile à régler, et il fonctionne sur n’importe quelle broche lue par le CPU.

• Le matériel vaut la dépense en composants lorsque le rebond atteint autre chose que le code de scrutation du CPU – une interruption qui ne doit pas se déclencher deux fois, un compteur matériel, un périphérique dépourvu de son propre filtre.

L’anti-rebond logiciel et matériel coexistent également en bonne entente : un petit filtre RC supprime les pics les plus marqués, et une fenêtre d’anti-rebond logiciel couvre ce qui reste.