Elektronicznie blokowane przyciski radiowe (*ulepszone!*): 3 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Termin „przyciski radiowe” pochodzi od konstrukcji starych radioodbiorników samochodowych, w których istniałaby liczba przycisków wstępnie dostrojonych do różnych kanałów i mechanicznie sprzężonych tak, aby można było wcisnąć tylko jeden na raz.

Chciałem znaleźć sposób na zrobienie przycisków radiowych bez konieczności kupowania rzeczywistych przełączników blokujących, ponieważ chcę mieć możliwość wyboru alternatywnych wartości wstępnych w innym projekcie, który ma już przełącznik obrotowy, więc chciałem innego stylu, aby uniknąć błędów.

Przełączniki dotykowe są obfite i tanie, a ładunek mam zdemontowany z różnych rzeczy, więc wydawały się naturalnym wyborem. Przerzutnik typu hex D, 74HC174, dobrze spełnia funkcję blokady za pomocą niektórych diod. Być może jakiś inny układ mógłby zrobić lepszą robotę, ale '174 jest bardzo tani, a diody były wolne (płytka ciągnie)

Potrzebne są również rezystory i kondensatory do odbicia przełączników (w pierwszej wersji) i zapewnienia zasilania po resecie. Od tego czasu odkryłem, że zwiększając kondensator opóźnienia zegara, kondensatory odbicia przełącznika nie są potrzebne.

Symulacja "interlock.circ" działa w Logisim, którą można pobrać tutaj: https://www.cburch.com/logisim/ (Niestety nie jest już w fazie rozwoju).

Wyprodukowałem 2 ulepszone wersje układu, w pierwszej usunięto tylko kondensatory odbijające. W drugim dodawany jest tranzystor, aby umożliwić aktywację jednego z przycisków w momencie włączenia, co daje ustawienie domyślne.

Kieszonkowe dzieci

• 1x 74HC174
• 6x przełączniki dotykowe lub inny rodzaj przełącznika chwilowego
• Rezystory 7x 10k. Mogą to być pakiety SIL lub DIL ze wspólnym terminalem. Użyłem 2 pakietów zawierających po 4 rezystory.
• Kondensatory 6x 100n - dokładna wartość nie jest ważna.
• 1x rezystor 47k
• 1x kondensator 100n, wartość minimalna. Użyj czegokolwiek do 1u.
• Urządzenia wyjściowe, np. małe mosfety lub diody LED
• Materiały do montażu obwodu

Krok 1: Budowa

Złóż przy użyciu preferowanej metody. Użyłem dwustronnej płyty perforowanej. Łatwiej byłoby to zrobić z chipem pakowanym w DIL z otworem przelotowym, ale często dostaję urządzenia SOIC, ponieważ są one zwykle znacznie tańsze.

Tak więc z urządzeniem DIL nie musisz robić nic specjalnego, po prostu podłącz go i podłącz.

Aby uzyskać SOIC, musisz zrobić małą sztuczkę. Zegnij nieco naprzemienne nogi, aby nie dotykały deski. Pozostałe piny będą w odpowiednich odstępach, aby pasowały do padów na planszy. Oto przewodnik po tym, jak zgiąłem mój (GÓRA oznacza zgięcie w górę, DÓŁ oznacza pozostawienie w spokoju)

• W GÓRĘ: 1, 3, 5, 7, 10, 12, 14, 16
• W DÓŁ: 2, 4, 6, 8, 9, 11, 13, 15

W ten sposób 4 diody można podłączyć do padów, a tylko 2 do podniesionych nóżek. Część mnie podejrzewa, że tak byłoby lepiej na odwrót.

Połóż diody po obu stronach układu i przylutuj je na miejscu.

Zamontuj rezystory pull-down dla każdego z wejść D. Użyłem 2 paczek SIL po 4 rezystory każdy, Zamontuj rezystor pull-down na wejściu zegara. W przypadku korzystania z pakietów SIL należy podłączyć jeden z zapasowych rezystorów zamiast osobnego

Zamontuj przełączniki obok rezystorów.

Zamontuj kondensatory eliminujące odbijanie się przełączników tak blisko nich, jak to możliwe.

Dopasuj swoje urządzenia wyjściowe. Użyłem diod LED do testów i demonstracji, ale możesz na przykład dopasować inne wybrane przez siebie urządzenie, aby na przykład uzyskać wiele biegunów na każdym wyjściu.

• Jeśli zamontujesz diody LED, będą potrzebować tylko 1 rezystora ograniczającego prąd we wspólnym połączeniu, ponieważ tylko 1 dioda LED świeci naraz!
• Jeśli używasz tranzystorów MOSFET lub innych urządzeń, zwróć uwagę na orientację urządzenia. W przeciwieństwie do prawdziwego przełącznika, sygnał nadal ma związek z połączeniem 0 V tego obwodu, więc tranzystor wyjściowy musi być do niego odniesiony.

Połącz wszystko zgodnie ze schematem. Użyłem do tego drutu magnetycznego 0,1 mm, może wolisz coś mniej cienkiego.

Krok 2: Jak to działa

Dostarczyłem 4 wersje schematu: pierwotna z kondensatorami stabilizującymi przełączniki, z mosfetami wyjściowymi i bez, oraz kolejne dwie wersje, w których kondensator opóźnienia zegara został zwiększony, dzięki czemu odskoczenie przełączników stało się niepotrzebne, wreszcie z dodatkiem tranzystora, który praktycznie „naciska” jeden z przycisków po włączeniu zasilania.

Układ wykorzystuje proste przerzutniki typu D ze wspólnym zegarem, wygodnie jest ich sześć w układzie 74HC174.

Zegar i każde z wejść D układu jest podciągnięte do masy za pomocą rezystora, więc domyślne wejście to zawsze 0. Diody są połączone jako obwód „przewodowego OR”. Mógłbyś użyć 6-wejściowej bramki OR, wtedy nie potrzebowałbyś ściągania na wejściu zegara, ale gdzie jest w tym zabawa?

Kiedy obwód jest włączany po raz pierwszy, pin CLR jest obniżany przez kondensator, aby zresetować układ. Gdy kondensator się ładuje, reset jest wyłączony. Wybrałem 47k i 100nF, aby dać stałą czasową w przybliżeniu 5x większą niż połączonych ograniczników odbicia i rezystorów obniżających używanych w przełącznikach.

Po naciśnięciu przycisku ustawia logiczną 1 na wejściu D, do którego jest podłączony i poprzez diodę jednocześnie uruchamia zegar. To „wbija” 1, powodując, że wyjście Q staje się wysokie.

Po zwolnieniu przycisku logika 1 jest zapisywana w przerzutniku, więc wyjście Q pozostaje wysokie.

Kiedy naciśniesz inny przycisk, ten sam efekt zachodzi na przerzutniku, do którego jest podłączony, ale ponieważ zegary są wspólne, ten, który ma 1 na wyjściu, teraz taktuje 0, więc wyjście Q idzie Niska.

Ponieważ przełączniki cierpią z powodu odbijania się styków, kiedy naciskasz i puszczasz jeden z nich, nie otrzymujesz czystego 0, potem 1, a potem 0, otrzymujesz strumień losowych jedynek i zer, czyniąc obwód nieprzewidywalnym. Możesz znaleźć przyzwoity obwód odbicia przełącznika tutaj:

W końcu stwierdziłem, że przy wystarczająco dużym kondensatorze opóźniającym taktowanie odskakiwanie poszczególnych przełączników nie jest konieczne.

Wyjście Q dowolnego przerzutnika staje się wysokie po naciśnięciu przycisku, a wyjście nie-Q staje się niskie. Możesz użyć tego do sterowania tranzystorem MOSFET N lub P, odniesionym odpowiednio do szyny niskiej lub wysokiej mocy. Z obciążeniem podłączonym do drenu dowolnego tranzystora, jego źródło będzie zwykle podłączone do 0 V lub szyny zasilającej, w zależności od polaryzacji, jednak będzie działał jako przełącznik odniesiony do innego punktu, o ile nadal ma zapas do obracania sporadycznie.

Ostatni schemat przedstawia tranzystor PNP, który jest podłączony do jednego z wejść D. Pomysł polega na tym, że po włączeniu zasilania kondensator u podstawy tranzystora ładuje się, aż osiągnie punkt, w którym tranzystor przewodzi. Ponieważ nie ma sprzężenia zwrotnego, kolektor tranzystora bardzo szybko zmienia stan, generując impuls, który może ustawić stan wysoki na wejściu D i wyzwolić zegar. Dzięki temu, że jest połączone z układem przez kondensator, wejście D powraca do stanu niskiego i nie ulega zauważalnemu wpływowi podczas normalnej pracy.

Krok 3: Plusy i minusy

Po zbudowaniu tego obwodu zastanawiałem się, czy warto było to robić. Celem było uzyskanie funkcjonalności podobnej do przycisku radiowego bez kosztów przełączników i ramy montażowej, jednak po dodaniu rezystorów ściągających i kondensatorów odbijających, uznałem, że jest to nieco bardziej skomplikowane, niż bym chciał.

Prawdziwe przełączniki blokujące nie zapominają, który przełącznik został naciśnięty, gdy zasilanie jest wyłączone, ale z tym układem zawsze powróci do domyślnego ustawienia „brak” lub stałego ustawienia domyślnego.

Prostszym sposobem na zrobienie tego samego byłoby użycie mikrokontrolera i nie wątpię, że ktoś wskaże to w komentarzach.

Problem z używaniem mikro polega na tym, że trzeba go zaprogramować. Musisz też albo mieć wystarczającą ilość pinów dla wszystkich potrzebnych wejść i wyjść, albo mieć dekoder do ich tworzenia, który natychmiast dodaje kolejny układ.

Wszystkie części do tego toru są bardzo tanie lub darmowe. Bank 6 blokujących się przełączników w serwisie eBay kosztuje (w momencie pisania) 3,77 £. Ok, więc to niewiele, ale mój 74HC174 kosztował 9 pensów, a miałem już wszystkie inne części, które i tak są tanie lub darmowe.

Minimalna liczba styków, które zwykle uzyskuje się za pomocą mechanicznego przełącznika blokującego, to DPDT, ale z łatwością można uzyskać więcej. Jeśli chcesz mieć więcej "kontaktów" z tym obwodem, musisz dodać więcej urządzeń wyjściowych, zwykle mosfetów.

Dużą zaletą w porównaniu ze standardowymi przełącznikami blokującymi jest to, że można używać dowolnego rodzaju przełączników chwilowych, umieszczonych w dowolnym miejscu, a nawet sterować wejściami z zupełnie innego sygnału.

Jeśli dodasz tranzystor mosfet do każdego wyjścia tego obwodu, otrzymasz wyjście SPCO, z tym wyjątkiem, że nie jest ono nawet tak dobre, ponieważ możesz je podłączyć tylko w 1 sposób. Podłącz go w drugą stronę, a zamiast tego otrzymasz diodę o naprawdę niskiej mocy.

Z drugiej strony możesz dodać wiele mosfetów do wyjścia zanim zostanie przeciążone, dzięki czemu możesz mieć dowolnie dużą liczbę biegunów. Używając par typu P i N, można również tworzyć wyjścia dwukierunkowe, ale to również zwiększa złożoność. Możesz także użyć wyjść nie-Q przerzutników, co daje alternatywną akcję. Więc ten obwód jest potencjalnie bardzo elastyczny, jeśli nie masz nic przeciwko dodatkowej złożoności.