Botons de ràdio entrellaçats electrònicament (* millorat! *): 3 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

El terme "botons d'opció" prové del disseny de ràdios de cotxes antigues, on hi hauria diversos botons premutonis a diferents canals i que es bloquejaran mecànicament de manera que només es pugui prémer un a la vegada.

Volia trobar una manera de fer botons de ràdio sense haver de comprar alguns commutadors d’enclavament reals, perquè vull poder seleccionar valors predefinits alternatius en un altre projecte que ja té un commutador rotatiu, així que volia un estil diferent per evitar errors.

Els interruptors tàctils són abundants i econòmics, i tinc una càrrega desmuntada de diverses coses, de manera que semblaven l'elecció natural d'utilitzar. Un xanclet de tipus D hexagonal, el 74HC174, realitza molt bé la funció d’enclavament amb l’ajut d’alguns díodes. Possiblement algun altre xip podria fer una feina millor, però el '174 és molt barat i els díodes eren gratuïts (placa extreta)

També es necessiten algunes resistències, i hi ha condensadors per retirar els commutadors (a la primera versió) i proporcionar un reinici d’encesa. Des de llavors he comprovat que en augmentar el condensador de retard del rellotge, no són necessaris els condensadors de descens de commutació.

La simulació "interlock.circ" s'executa a Logisim, que podeu descarregar aquí: https://www.cburch.com/logisim/ (Lamentablement, ja no està en desenvolupament).

He produït dues versions millorades del circuit, a la primera, només s’eliminen els condensadors de rebounce. En el segon, s’afegeix un transistor que permet activar un dels botons a l’hora d’encendre, donant una configuració per defecte.

Subministraments

• 1x 74HC174
• 6x interruptors tàctils o un altre tipus d'interruptors momentanis
• Resistències 7x 10k. Aquests poden ser SIL o DIL empaquetats amb un terminal comú. He utilitzat 2 paquets que contenien 4 resistències cadascun.
• Condensadors de 6x 100n: el valor exacte no és important.
• 1x 47k resistència
• 1x condensador 100n, valor mínim. Utilitzeu qualsevol cosa fins a 1u.
• Dispositius de sortida, per exemple, petits mosquetes o LED
• Materials per al muntatge de circuits

Pas 1: construcció

Muntatge mitjançant el mètode que preferiu. He utilitzat tauler perforat de doble cara. Seria més fàcil fer-ho amb un xip empaquetat DIL forat passant, però sovint tinc dispositius SOIC perquè solen ser molt més econòmics.

Per tant, amb un dispositiu DIL no cal fer res especial, només cal que el connecteu i el connecteu.

Per a un SOIC, heu de fer un petit truc. Doblegueu una mica les cames alternatives perquè no toquin el tauler. Els pins restants estaran a l’espaiat correcte perquè coincideixin amb els coixinets del tauler. Aquí teniu una guia sobre com he doblegat la meva (AMUNT significa doblegar-se, BAIX significa deixar-se sol)

• UP: 1, 3, 5, 7, 10, 12, 14, 16
• BAIX: 2, 4, 6, 8, 9, 11, 13, 15

D'aquesta manera, 4 dels díodes es poden connectar a coixinets i només cal connectar-ne 2 a les potes elevades. Una part de mi sospita que això seria millor al revés, però.

Col·loqueu els díodes a banda i banda del xip i soldeu-los al lloc.

Instal·leu les resistències desplegables per a cadascuna de les entrades D. He utilitzat 2 paquets SIL de 4 resistències cadascun, Col·loqueu la resistència desplegable per a l'entrada del rellotge. Si utilitzeu paquets SIL, connecteu una de les resistències de recanvi en lloc d’una de separada

Col·loqueu els interruptors al costat de les resistències.

Col·loqueu els condensadors de rebot dels commutadors tan a prop d'ells com encaixin.

Ajusta els dispositius de sortida. He utilitzat LEDs per provar i demostrar, però es pot adaptar a algun altre dispositiu que trieu per obtenir múltiples pols a cada sortida, per exemple.

• Si encaixeu LEDs, només necessiten 1 resistència limitadora de corrent a la connexió comuna, ja que només s’encén 1 LED alhora.
• Si utilitzeu MOSFET o altres dispositius, fixeu-vos en l'orientació del dispositiu. A diferència d’un commutador real, el senyal encara té una relació amb la connexió 0v d’aquest circuit, de manera que s’ha de fer referència al transistor de sortida.

Connecteu-ho tot segons l’esquema. Vaig fer servir un fil d’imant de 0,1 mm per a això, potser preferiu alguna cosa una mica menys fi.

Pas 2: Com funciona

He proporcionat 4 versions de l’esquema: l’original amb condensadors de desconnexió de commutadors, amb i sense mosfets de sortida, i dues versions més on s’ha augmentat el condensador de retard del rellotge, de manera que la denúncia dels commutadors ha estat innecessària, finalment amb l’addició d’un transistor que pràcticament “premrà” un dels botons quan s’encengui l’alimentació.

El circuit utilitza xancles senzilles de tipus D amb un rellotge comú; convenientment en obteniu 6 al xip 74HC174.

El rellotge i cadascuna de les entrades D del xip s’arrosseguen a terra mitjançant una resistència, de manera que l’entrada per defecte sempre és 0. Els díodes estan connectats com un circuit “O cablejat”. Podeu fer servir una porta O de 6 entrades i, aleshores, no necessitareu el desplegament de l'entrada del rellotge, però, on hi ha la diversió?

Quan el circuit s’encén per primer cop, el pin CLR s’estira cap avall mitjançant un condensador per restablir el xip. Quan el condensador es carrega, el restabliment es desactiva. Vaig escollir 47k i 100nF per donar una constant de temps aproximada de 5 vegades la de les tapes de rebounce combinades i les resistències de baixada utilitzades per als commutadors.

Quan premeu un botó, posa una lògica 1 a l’entrada D a la qual està connectat i mitjançant un díode activa el rellotge al mateix temps. Això "rellotge" l'1, cosa que fa que la sortida Q augmenti.

Quan es deixa anar el botó, la lògica 1 s’emmagatzema al xanclet, de manera que la sortida Q es manté alta.

Quan premeu un botó diferent, es produeix el mateix efecte al xanclet al qual està connectat, però com que els rellotges són comuns, el que té un 1 en la seva sortida ja rellotja en 0, de manera que la sortida Q va baix.

Com que els commutadors pateixen rebots de contacte, quan premeu i deixeu anar un no obteniu un 0 net i un 0 després, obteniu un flux d'1 i 0 aleatoris, cosa que fa que el circuit sigui imprevisible. Podeu trobar un circuit decent de desconnexió de commutadors aquí:

Finalment, vaig trobar que, amb un condensador de retard de rellotge prou gran, no és necessari rebutjar commutadors individuals.

La sortida Q de qualsevol xanclet augmenta quan es prem el botó i la sortida no Q baixa. Podeu utilitzar-lo per controlar un MOSFET N o P, referenciat al rail de baixa o alta potència, respectivament. Amb la càrrega connectada al desguàs de qualsevol transistor, la seva font normalment es connectaria a 0v o al rail d'alimentació, depenent de la polaritat, però actuarà com a commutador referenciat a algun altre punt, sempre que encara tingui espai lliure per girar encés i apagat.

L'esquema final mostra un transistor PNP que està connectat a una de les entrades D. La idea és que quan s'aplica potència, el condensador a la base del transistor es carrega fins que arriba al punt on el transistor es condueix. Com que no hi ha retroalimentació, el col·lector del transistor canvia d’estat molt ràpidament, generant un pols que pot ajustar l’entrada D i activar el rellotge. Com que està connectat al circuit mitjançant un condensador, l'entrada D torna al seu estat baix i no es veu afectada notablement en el funcionament normal.

Pas 3: avantatges i inconvenients

Després de construir aquest circuit, em vaig preguntar si valia la pena fer-ho. L’objectiu era aconseguir funcionalitats semblants als botons d’opció sense la despesa dels commutadors i del marc de muntatge, però, un cop s’han afegit les resistències desplegables i els condensadors de rebot, em va semblar una mica més complex del que m’hauria agradat.

Els interruptors reals d’enclavament no obliden quin interruptor es va prémer quan s’apaga l’alimentació, però amb aquest circuit sempre tornarà a la configuració predeterminada de "cap", o per defecte permanent.

Una manera més senzilla de fer el mateix seria fer servir un microcontrolador, i no dubto que algú ho assenyalarà als comentaris.

El problema amb l’ús d’un micro és que el heu de programar. A més, haureu de tenir prou pins per a totes les entrades i sortides que necessiteu, o bé disposar d’un descodificador per crear-los, que a l’instant afegeix un altre xip.

Totes les peces d’aquest circuit són molt econòmiques o gratuïtes. Un banc de 6 interruptors enclavats a eBay costa (en el moment d’escriure-ho) 3,77 £. D'acord, per tant, això no és molt, però el meu 74HC174 costa 9 penics i ja tenia totes les altres parts, que són barates o gratuïtes de totes maneres.

La quantitat mínima de contactes que normalment obteniu amb un commutador d’enclavament mecànic és DPDT, però podeu obtenir-ne més fàcilment. Si voleu més "contactes" amb aquest circuit, heu d'afegir més dispositius de sortida, normalment mosfets.

Un gran avantatge en comparació amb els commutadors d’enclavament estàndard és que podeu utilitzar qualsevol tipus d’interruptors momentanis, situats a qualsevol lloc que vulgueu o fins i tot conduir les entrades des d’un senyal completament diferent.

Si afegiu un transistor mosfet a cadascuna de les sortides d’aquest circuit, obtindreu una sortida SPCO, excepte que ni tan sols és tan bona, perquè només podeu connectar-la d’una manera. Connecteu-lo a l’altra manera i obtindreu un díode de baixa potència.

D'altra banda, podeu afegir molts mosfets a una sortida abans que es sobrecarregui, de manera que pugueu tenir un nombre arbitrari de pols. En utilitzar parells de tipus P i N, també podeu crear una sortida bidireccional, però això també afegeix complexitat. També podeu utilitzar les sortides no Q de les xancletes, cosa que us ofereix una acció alternativa. Per tant, hi ha potencialment molta flexibilitat en aquest circuit, si no us importa la complexitat addicional.