Elektronisk sammenkoblede radioknapper (*forbedret!*): 3 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Udtrykket "radioknapper" stammer fra designet af gamle bilradioer, hvor der ville være et antal trykknapper forudindstillet til forskellige kanaler og mekanisk sammenlåst, så kun en kan skubbes ind ad gangen.

Jeg ville finde en måde at lave radioknapper på uden at skulle købe nogle egentlige sammenlåselskontakter, fordi jeg gerne vil kunne vælge alternative forudindstillede værdier i et andet projekt, der allerede har en drejekontakt, så jeg ville have en anden stil for at undgå fejl.

Taktile kontakter er rigelige og billige, og jeg har demonteret en belastning fra forskellige ting, så de virkede som det naturlige valg at bruge. En hex-D-type vippe, 74HC174, udfører interlock-funktionen pænt ved hjælp af nogle dioder. Muligvis kunne en anden chip gøre et bedre stykke arbejde, men '174 er meget billig, og dioderne var gratis (brættræk)

Nogle modstande er også nødvendige, og kondensatorer til at afbryde switchene (i den første version) og give power-on-reset. Jeg har siden fundet ud af, at ved at øge urets forsinkelseskondensator er switch -debounce -kondensatorerne ikke nødvendige.

Simuleringen "interlock.circ" kører i Logisim, som du kan downloade her: https://www.cburch.com/logisim/ (Desværre ikke længere under udvikling).

Jeg har produceret 2 forbedrede versioner af kredsløbet, i det første er bare debounce -kondensatorerne fjernet. I den anden tilføjes en transistor for at aktivere en af knapperne ved tænding til tiden, hvilket giver en standardindstilling.

Forbrugsvarer

• 1x 74HC174
• 6x taktile afbrydere eller anden form for øjeblikkelig kontakt
• 7x 10k modstande. Disse kan være SIL eller DIL pakket med en fælles terminal. Jeg brugte 2 pakker indeholdende 4 modstande hver.
• 6x 100n kondensatorer - nøjagtig værdi er ikke vigtig.
• 1x 47k modstand
• 1x 100n kondensator, minimumsværdi. Brug alt op til 1u.
• Outputenheder, f.eks. Små mosfeter eller lysdioder
• Materialer til samling af kredsløb

Trin 1: Konstruktion

Saml ved hjælp af din foretrukne metode. Jeg brugte dobbeltsidet perforeret bræt. Det ville være lettere at gøre med en gennemhulet DIL -pakket chip, men jeg får ofte SOIC -enheder, fordi de normalt er meget billigere.

Så med en DIL -enhed behøver du ikke gøre noget særligt, bare tilslut den og tilslut den.

For en SOIC skal du lave et lille trick. Bøj alternative ben lidt op, så de ikke rører brættet. De resterende stifter vil have den korrekte afstand til at matche puderne på brættet. Her er en guide til, hvordan jeg bøjede min (UP betyder bøjet op, NED betyder lad være)

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

På denne måde kan 4 af dioderne tilsluttes puder, og kun 2 skal forbindes til hævede ben. En del af mig formoder dog, at dette ville være bedre omvendt.

Læg dioderne ud på hver side af chippen og lod dem på plads.

Monter pull-down modstande for hver af D-indgange. Jeg brugte 2 SIL -pakker med 4 modstande hver, Monter pull-down modstanden til urindgangen. Hvis du bruger SIL -pakker, skal du tilslutte en af reservemodstandene i stedet for en separat

Monter kontakterne ved siden af modstandene.

Monter de-hoppende kondensatorer til kontakterne så tæt på dem, som de vil passe.

Tilpas dine outputenheder. Jeg brugte lysdioder til test og demonstration, men du kan f.eks. Passe til en anden enhed, du vælger, for eksempel at få flere poler på hver udgang.

• Hvis du passer til LED'er, har de kun brug for 1 strømbegrænsningsmodstand i den fælles forbindelse, da kun 1 LED er tændt ad gangen!
• Hvis du bruger MOSFET'er eller andre enheder, skal du være opmærksom på enhedens retning. I modsætning til en rigtig switch har signalet stadig et forhold til 0v -forbindelsen i dette kredsløb, så output -transistoren skal henvises til det.

Kør alt sammen i henhold til skematisk. Jeg brugte 0,1 mm magnetledning til dette, du foretrækker måske noget lidt mindre fint.

Trin 2: Sådan fungerer det

Jeg har leveret 4 versioner af skematisk: originalen med switch -debouncing -kondensatorer, med og uden output -mosfets, og yderligere to versioner, hvor urforsinkelseskondensatoren er blevet øget, så afbrydelse af switches er blevet unødvendig, endelig med tilføjelsen af en transistor, der praktisk talt vil "trykke" på en af knapperne, når der tændes for strømmen.

Kredsløbet anvender simple D-flip-flops med et fælles ur, bekvemt får du 6 af disse i 74HC174-chippen.

Uret og hver af D -inputene på chippen trækkes til jorden via en modstand, så standardindgangen er altid 0. Dioderne er forbundet som et "kablet ELLER" kredsløb. Du kunne bruge en 6 input ELLER gate, så skulle du ikke trække ned på urindgangen, men hvor er det sjovt i det?

Når kredsløbet først tændes, trækkes CLR -stiften lavt via en kondensator for at nulstille chippen. Når kondensatoren oplades, deaktiveres nulstillingen. Jeg valgte 47k og 100nF for at give en tidskonstant ca. 5x af de kombinerede debounce -hætter og nedtrækningsmodstande, der bruges til switchene.

Når du trykker på en knap, sætter den en logik 1 på D -indgangen, den er forbundet til og via en diode, udløser uret på samme tid. Dette "klokker" i 1'en, hvilket får Q -output til at gå højt.

Når knappen slippes, gemmes logikken 1 i flip-flop, så Q-udgangen forbliver høj.

Når du trykker på en anden knap, finder den samme effekt sted på den flip-flop, den er forbundet til, men fordi urene er fælles, går den, der har en 1 på sin udgang, allerede nu i en 0, så den er Q-output går lav.

Fordi kontakterne lider af kontaktstopp, når du trykker på og slipper en, får du ikke et pænt 0 derefter 1 derefter 0, får du en strøm af tilfældige 1'er og 0'er, hvilket gør kredsløbet uforudsigeligt. Du kan finde et anstændigt switch -debouncing -kredsløb her:

Til sidst fandt jeg ud af, at med en tilstrækkelig stor urforsinkelseskondensator er det ikke nødvendigt at afbryde individuelle switches.

Q-output for enhver flip-flop går højt, når der trykkes på knappen, og ikke-Q-output går lavt. Du kan bruge dette til at styre en N eller P MOSFET, der henvises til henholdsvis lav eller høj effektskinne. Når belastningen er tilsluttet afløbet på en hvilken som helst transistor, ville dens kilde typisk være forbundet til 0v eller strømskinnen, afhængigt af polaritet, men den vil fungere som en kontakt henvist til et andet punkt, så længe den stadig har frihøjde til at dreje tændt og slukket.

Den endelige skematiske viser en PNP -transistor, der er forbundet til en af D -indgangene. Ideen er, at når strøm tilføres, oplades kondensatoren ved transistorens bund, indtil den når det punkt, hvor transistoren leder. Fordi der ikke er nogen feedback, ændrer transistorens kollektor tilstand meget hurtigt og genererer en puls, der kan sætte D -indgangen højt og udløse uret. Fordi den er forbundet til kredsløbet via en kondensator, vender D -indgangen tilbage til dens lave tilstand og påvirkes ikke mærkbart ved normal drift.

Trin 3: Fordele og ulemper

Efter jeg byggede dette kredsløb spekulerede jeg på, om det var værd at gøre. Målet var at få radioknaplignende funktionalitet uden at koste kontakten og monteringsrammen, men når pull-down-modstandene og de-bouncing-kondensatorerne blev tilføjet, fandt jeg det lidt mere komplekst, end jeg ville have ønsket.

Ægte sammenlåsningskontakter glemmer ikke, hvilken kontakt der blev trykket på, når strømmen blev slukket, men med dette kredsløb vender det altid tilbage til standardindstillingen "ingen" eller en permanent standard.

En enklere måde at gøre det samme på ville være at bruge en mikrokontroller, og jeg tvivler ikke på, at nogen vil påpege dette i kommentarerne.

Problemet med at bruge en mikro er, at du skal programmere den. Du skal også enten have nok ben til alle de input og output, du har brug for, eller have en dekoder til at oprette dem, som øjeblikkeligt tilføjer endnu en chip.

Alle dele til dette kredsløb er meget billige eller gratis. En bank på 6 sammenkoblede kontakter skifter til eBay koster (i skrivende stund) £ 3,77. Ok, så det er ikke meget, men min 74HC174 kostede 9 øre, og jeg havde allerede alle de andre dele, som er billige eller gratis alligevel.

Den mindste mængde kontakter, du normalt får med en mekanisk låsekontakt, er DPDT, men du kan nemt få flere. Hvis du vil have flere "kontakter" med dette kredsløb, skal du tilføje flere outputenheder, typisk mosfets.

En stor fordel i forhold til standard afbryderkontakter er, at du kan bruge enhver form for øjeblikkelige kontakter, placeret hvor som helst du vil, eller endda drive input fra et helt andet signal.

Hvis du tilføjer en mosfet -transistor til hver af udgangene på dette kredsløb, får du en SPCO -udgang, undtagen at den ikke engang er så god, fordi du kun kan forbinde den på en måde. Tilslut det den anden vej, og du får en virkelig lavdrevet diode i stedet.

På den anden side kan du tilføje en masse mosfets til en output, før den bliver overbelastet, så du kan have et vilkårligt stort antal poler. Ved at bruge P og N type par kan du også oprette tovejs output, men dette tilføjer også kompleksitet. Du kan også bruge ikke-Q-output fra flip-flops, hvilket giver dig en alternativ handling. Så der er potentielt meget fleksibilitet med dette kredsløb, hvis du ikke har noget imod den ekstra kompleksitet.