Радиокнопки с электронной блокировкой (* улучшено! *): 3 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Термин «радиокнопки» происходит от конструкции старых автомобильных радиоприемников, где было бы несколько кнопок, предварительно настроенных на разные каналы и механически связанных друг с другом, так что одновременно можно нажимать только одну.

Я хотел найти способ сделать радиокнопки без необходимости покупать какие-то фактические блокирующие переключатели, потому что я хочу иметь возможность выбирать альтернативные предустановленные значения в другом проекте, в котором уже есть поворотный переключатель, поэтому я хотел другой стиль, чтобы избежать ошибок.

Тактильные переключатели многочисленны и дешевы, и я снял нагрузку с различных вещей, поэтому они казались естественным выбором для использования. Шестнадцатеричный триггер D-типа, 74HC174, прекрасно выполняет функцию блокировки с помощью некоторых диодов. Возможно, какой-то другой чип мог бы работать лучше, но 174 очень дешевый, а диоды были бесплатными (плата тянет)

Также необходимы некоторые резисторы и конденсаторы для устранения дребезга переключателей (в первой версии) и обеспечения сброса при включении питания. С тех пор я обнаружил, что при увеличении конденсатора задержки тактовой частоты конденсаторы защиты от дребезга переключателя не нужны.

Симуляция "interlock.circ" работает в Logisim, которую вы можете скачать здесь: https://www.cburch.com/logisim/ (к сожалению, больше не разрабатывается).

Я изготовил 2 улучшенных варианта схемы, в первой только убраны конденсаторы дребезга. Во втором случае добавлен транзистор, позволяющий активировать одну из кнопок во время включения, что дает настройку по умолчанию.

Запасы

• 1x 74HC174
• 6 тактильных переключателей или других типов переключателей мгновенного действия
• 7 резисторов по 10 кОм. Они могут быть SIL или DIL с общей клеммой. Я использовал 2 пакета по 4 резистора в каждом.
• 6 конденсаторов по 100н - точное значение не имеет значения.
• 1x 47k резистор
• 1x 100n конденсатор, минимальное значение. Используйте что угодно до 1u.
• Устройства вывода, например, небольшие МОП-транзисторы или светодиоды.
• Материалы для сборки схемы

Шаг 1: Строительство

Соберите, используя предпочитаемый вами метод. Я использовал двустороннюю перфорированную доску. Было бы проще использовать микросхему в корпусе DIL со сквозным отверстием, но я часто беру устройства SOIC, потому что они обычно намного дешевле.

Таким образом, с устройством DIL вам не нужно делать ничего особенного, просто подключите его и подключите.

Для SOIC вам нужно проделать небольшой трюк. Чередующиеся ноги согните немного вверх, чтобы они не касались доски. Остальные штыри будут расположены на правильном расстоянии, чтобы соответствовать контактным площадкам на плате. Вот руководство, как я согнул свой (ВВЕРХ означает наклон, ВНИЗ означает оставить в покое)

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

Таким образом, 4 диода можно подключить к контактным площадкам и только 2 нужно подключить к поднятым ножкам. Однако часть меня подозревает, что было бы лучше наоборот.

Разложите диоды по обе стороны от микросхемы и припаяйте их на место.

Установите понижающие резисторы для каждого из входов D. Я использовал 2 комплекта SIL по 4 резистора в каждом, Установите понижающий резистор для входа часов. При использовании пакетов SIL подключите один из запасных резисторов вместо отдельного.

Установите переключатели рядом с резисторами.

Установите компенсирующие дребезги конденсаторы для переключателей как можно ближе к ним.

Установите свои устройства вывода. Я использовал светодиоды для тестирования и демонстрации, но вы могли бы установить какое-нибудь другое устройство по вашему выбору, чтобы, например, получить несколько полюсов на каждом выходе.

• Если вы устанавливаете светодиоды, им нужен только 1 токоограничивающий резистор в общем соединении, так как одновременно горит только 1 светодиод!
• Если вы используете полевые МОП-транзисторы или другие устройства, обратите внимание на ориентацию устройства. В отличие от настоящего переключателя, сигнал все еще связан с подключением 0 В этой схемы, поэтому выходной транзистор должен быть привязан к нему.

Соедините все вместе согласно схеме. Я использовал для этого магнитный провод 0,1 мм, вы можете предпочесть что-нибудь менее тонкое.

Шаг 2: как это работает

Я предоставил 4 версии схемы: оригинал с конденсаторами, снижающими дребезг переключателей, с выходными МОП-транзисторами и без них, и еще две версии, в которых конденсатор задержки тактовой частоты был увеличен, так что устранение дребезга переключателей стало ненужным, наконец, с добавлением транзистора, который виртуально «нажимает» одну из кнопок при включении питания.

В схеме используются простые триггеры типа D с обычными часами, для удобства вы получаете 6 таких триггеров в микросхеме 74HC174.

Часы и каждый из входов D микросхемы заземлены через резистор, поэтому вход по умолчанию всегда равен 0. Диоды подключаются по схеме «проводное ИЛИ». Вы могли бы использовать логический элемент ИЛИ с 6 входами, тогда вам не нужно было бы понижать напряжение на входе часов, но где в этом веселье?

Когда схема включается впервые, на выводе CLR через конденсатор устанавливается низкий уровень для сброса микросхемы. Когда конденсатор заряжается, сброс отключен. Я выбрал 47 кОм и 100 нФ, чтобы получить постоянную времени примерно в 5 раз больше, чем у комбинированных конденсаторов защиты от дребезга и понижающих резисторов, используемых для переключателей.

Когда вы нажимаете кнопку, он помещает логическую 1 на вход D, к которому он подключен, и через диод одновременно запускает часы. Это "синхронизирует" 1, заставляя выход Q повышаться.

Когда кнопка отпускается, логическая 1 сохраняется в триггере, поэтому выход Q остается высоким.

Когда вы нажимаете другую кнопку, тот же эффект имеет место на триггере, к которому он подключен, но поскольку часы общие, тот, который имеет 1 на выходе, уже теперь показывает 0, поэтому его выход Q идет. низкий.

Поскольку переключатели страдают от дребезга контактов, когда вы нажимаете и отпускаете один, вы не получаете аккуратный 0, затем 1, затем 0, вы получаете поток случайных 1 и 0, что делает схему непредсказуемой. Здесь вы можете найти подходящую схему устранения неполадок переключателя:

В конце концов я обнаружил, что при достаточно большом конденсаторе задержки тактового сигнала устранение дребезга отдельных переключателей не требуется.

Выход Q любого триггера становится высоким при нажатии кнопки, а выход не-Q становится низким. Вы можете использовать это для управления полевым МОП-транзистором N или P, привязанным к шине низкой или высокой мощности, соответственно. Когда нагрузка подключена к стоку любого транзистора, его исток обычно подключается к 0 В или к шине питания, в зависимости от полярности, однако он будет действовать как переключатель, привязанный к какой-либо другой точке, до тех пор, пока у него все еще есть запас для поворота. включить и выключить.

На последней схеме показан транзистор PNP, подключенный к одному из входов D. Идея состоит в том, что при подаче питания конденсатор в основании транзистора заряжается, пока не достигнет точки, в которой транзистор проводит ток. Поскольку нет обратной связи, коллектор транзистора меняет состояние очень быстро, генерируя импульс, который может установить на входе D высокий уровень и запустить часы. Поскольку он подключен к цепи через конденсатор, вход D возвращается в низкое состояние и при нормальной работе на него не оказывается заметного влияния.

Шаг 3. Плюсы и минусы

После того, как я построил эту схему, я подумал, стоит ли это делать. Цель заключалась в том, чтобы получить функциональность, подобную радио-кнопке, без затрат на переключатели и монтажную раму, однако после того, как были добавлены понижающие резисторы и компенсирующие конденсаторы, я обнаружил, что это немного сложнее, чем мне хотелось бы.

Настоящие переключатели блокировки не забывают, какой переключатель был нажат при отключении питания, но с этой схемой он всегда будет возвращаться к настройке по умолчанию «нет» или к постоянному значению по умолчанию.

Более простой способ сделать то же самое - использовать микроконтроллер, и я не сомневаюсь, что кто-то укажет на это в комментариях.

Проблема с использованием микроконтроллера в том, что его нужно программировать. Также у вас должно быть достаточно контактов для всех необходимых входов и выходов, или у вас должен быть декодер для их создания, который мгновенно добавляет еще один чип.

Все детали для этой схемы очень дешевые или бесплатные. Банк из 6 блокирующих переключателей на eBay стоит (на момент написания) 3,77 фунтов стерлингов. Хорошо, это немного, но мой 74HC174 стоил 9 пенсов, и у меня уже были все другие детали, которые в любом случае дешевы или бесплатны.

Минимальное количество контактов, которое вы обычно получаете с механическим переключателем блокировки, составляет DPDT, но вы легко можете получить больше. Если вам нужно больше «контактов» с этой схемой, вам нужно добавить больше устройств вывода, обычно МОП-транзисторов.

Одним из больших преимуществ по сравнению со стандартными переключателями блокировки является то, что вы можете использовать любые типы переключателей мгновенного действия, расположенные в любом месте, или даже управлять входами от совершенно другого сигнала.

Если вы добавите транзистор MOSFET к каждому из выходов этой схемы, вы получите выход SPCO, за исключением того, что он даже не так хорош, потому что вы можете подключить его только одним способом. Подключите его другим способом, и вместо этого вы получите очень маломощный диод.

С другой стороны, вы можете добавить к выходу множество МОП-транзисторов до того, как он будет перегружен, так что у вас может быть сколь угодно большое количество полюсов. Используя пары типов P и N, вы также можете создавать двунаправленные выходы, но это также добавляет сложности. Вы также можете использовать выходы не-Q триггеров, что дает вам альтернативное действие. Таким образом, эта схема потенциально обладает большой гибкостью, если вы не возражаете против дополнительной сложности.