Pulsanti radio ad incastro elettronico (*migliorati!*): 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Il termine "pulsanti radio" deriva dal design delle vecchie autoradio, dove c'era un numero di pulsanti presintonizzati su canali diversi e interbloccati meccanicamente in modo che solo uno alla volta potesse essere premuto.

Volevo trovare un modo per creare pulsanti di opzione senza dover acquistare alcuni interruttori di interblocco reali, perché voglio essere in grado di selezionare valori preimpostati alternativi in un altro progetto che ha già un interruttore rotante, quindi volevo uno stile diverso per evitare errori.

Gli interruttori tattili sono abbondanti ed economici, e ho un carico smontato da varie cose, quindi mi è sembrata la scelta naturale da usare. Un flip flop esagonale di tipo D, il 74HC174, esegue bene la funzione di interblocco con l'aiuto di alcuni diodi. Forse qualche altro chip potrebbe fare un lavoro migliore, ma il '174 è molto economico e i diodi erano liberi (tira della scheda)

Sono necessari anche alcuni resistori e condensatori per eliminare il rimbalzo degli interruttori (nella prima versione) e fornire il ripristino dell'accensione. Da allora ho scoperto che aumentando il condensatore di ritardo di clock, i condensatori di antirimbalzo dell'interruttore non sono necessari.

La simulazione "interlock.circ" viene eseguita in Logisim, che puoi scaricare qui: https://www.cburch.com/logisim/ (purtroppo non più in fase di sviluppo).

Ho prodotto 2 versioni migliorate del circuito, nella prima vengono rimossi solo i condensatori antirimbalzo. Nella seconda viene aggiunto un transistor per consentire l'attivazione di uno dei pulsanti al momento dell'accensione, dando un'impostazione di default.

Forniture

• 1x 74HC174
• 6x interruttori tattili o altro tipo di interruttore momentaneo
• 7 resistenze da 10k. Questi possono essere confezionati SIL o DIL con un terminale comune. Ho usato 2 pacchetti contenenti 4 resistori ciascuno.
• Condensatori 6x 100n: il valore esatto non è importante.
• 1x resistenza da 47k
• Condensatore 1x 100n, valore minimo. Usa qualsiasi cosa fino a 1u.
• Dispositivi di output, ad esempio piccoli mosfet o LED
• Materiali per il montaggio del circuito

Passaggio 1: costruzione

Assemblare utilizzando il metodo preferito. Ho usato una scheda perforata su entrambi i lati. Sarebbe più facile farlo con un chip DIL a foro passante, ma spesso ottengo dispositivi SOIC perché di solito sono molto più economici.

Quindi, con un dispositivo DIL, non devi fare nulla di speciale, basta collegarlo e cablarlo.

Per un SOIC, devi fare un piccolo trucco. Piega leggermente le gambe alternate in modo che non tocchino la tavola. I pin rimanenti saranno alla spaziatura corretta per abbinare i pad sulla scheda. Ecco una guida su come ho piegato il mio (SU significa piegato su, GI significa lascia stare)

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

In questo modo 4 dei diodi possono essere collegati ai pad e solo 2 devono essere collegati alle gambe rialzate. Tuttavia, una parte di me sospetta che sarebbe meglio il contrario.

Disporre i diodi su entrambi i lati del chip e saldarli in posizione.

Montare le resistenze di pull-down per ciascuno degli ingressi D. Ho usato 2 pacchi SIL di 4 resistori ciascuno, Montare la resistenza di pull-down per l'ingresso del clock. Se si utilizzano pacchetti SIL, collegare uno dei resistori di riserva invece di uno separato

Montare gli interruttori accanto alle resistenze.

Montare i condensatori antirimbalzo per gli interruttori il più vicino possibile a loro.

Adatta i tuoi dispositivi di output. Ho usato i LED per test e dimostrazioni, ma potresti montare qualche altro dispositivo a tua scelta per ottenere più poli su ciascuna uscita, ad esempio.

• Se si montano dei LED, è necessario solo 1 resistore di limitazione della corrente nella connessione comune, poiché si accende solo 1 LED alla volta!
• Se si utilizzano MOSFET o altri dispositivi, prestare attenzione all'orientamento del dispositivo. A differenza di un vero interruttore, il segnale ha ancora una relazione con la connessione 0v di questo circuito, quindi il transistor di uscita deve essere referenziato ad esso.

Collega tutto secondo lo schema. Ho usato un filo smaltato da 0,1 mm per questo, potresti preferire qualcosa di un po' meno fine.

Passaggio 2: come funziona

Ho fornito 4 versioni dello schema: l'originale con condensatori antirimbalzo dell'interruttore, con e senza mosfet di uscita, e altre due versioni in cui il condensatore di ritardo di clock è stato aumentato, in modo che l'antirimbalzo degli interruttori sia diventato superfluo, infine con l'aggiunta di un transistor che virtualmente "premerà" uno dei pulsanti all'accensione.

Il circuito utilizza semplici flip-flop di tipo D con un clock comune, convenientemente ne ottieni 6 nel chip 74HC174.

L'orologio e ciascuno degli ingressi D del chip viene messo a terra tramite un resistore, quindi l'ingresso predefinito è sempre 0. I diodi sono collegati come un circuito "OR cablato". Potresti usare un cancello OR a 6 ingressi, quindi non avresti bisogno del pull down sull'ingresso del clock, ma dov'è il divertimento in questo?

Quando il circuito viene acceso per la prima volta, il pin CLR viene abbassato tramite un condensatore per ripristinare il chip. Quando il condensatore si carica, il reset è disabilitato. Ho scelto 47k e 100nF per dare una costante di tempo circa 5 volte quella dei condensatori antirimbalzo combinati e dei resistori pull down usati per gli interruttori.

Quando si preme un pulsante, mette un 1 logico sull'ingresso D a cui è collegato e tramite un diodo fa scattare contemporaneamente l'orologio. Questo "sincronizza" l'1, facendo salire l'uscita Q.

Quando il pulsante viene rilasciato, l'1 logico viene memorizzato nel flip-flop, quindi l'uscita Q rimane alta.

Quando si preme un pulsante diverso, lo stesso effetto si verifica sul flip-flop a cui è collegato, ma poiché gli orologi sono in comune, quello che ha già un 1 in uscita ora si trova in uno 0, quindi l'uscita Q va basso.

Poiché gli interruttori soffrono di rimbalzo del contatto, quando si preme e si rilascia uno non si ottiene uno 0, quindi 1 e poi 0, si ottiene un flusso di 1 e 0 casuali, rendendo il circuito imprevedibile. Puoi trovare un decente circuito antirimbalzo dell'interruttore qui:

Alla fine ho scoperto che con un condensatore di ritardo di clock sufficientemente grande, l'antirimbalzo dei singoli interruttori non è necessario.

L'uscita Q di qualsiasi flip-flop diventa alta quando viene premuto il pulsante e l'uscita non Q diventa bassa. È possibile utilizzarlo per controllare un MOSFET N o P, riferito rispettivamente al binario a bassa o alta potenza. Con il carico collegato al drain di qualsiasi transistor, la sua sorgente sarebbe tipicamente collegata a 0v o alla sbarra di alimentazione, a seconda della polarità, tuttavia agirà come un interruttore riferito a qualche altro punto, purché abbia ancora margine per girare acceso e spento.

Lo schema finale mostra un transistor PNP collegato a uno degli ingressi D. L'idea è che quando viene applicata l'alimentazione, il condensatore alla base del transistor si carica fino a raggiungere il punto in cui conduce il transistor. Poiché non c'è feedback, il collettore del transistor cambia stato molto rapidamente, generando un impulso che può impostare l'ingresso D alto e attivare l'orologio. Poiché è collegato al circuito tramite un condensatore, l'ingresso D ritorna al suo stato basso e non è notevolmente influenzato durante il normale funzionamento.

Passaggio 3: pro e contro

Dopo aver costruito questo circuito mi sono chiesto se valesse la pena farlo. L'obiettivo era ottenere una funzionalità simile a un pulsante radio senza la spesa degli interruttori e del telaio di montaggio, tuttavia una volta aggiunti i resistori di pull-down e i condensatori antirimbalzo, l'ho trovato un po' più complesso di quanto avrei voluto.

I veri interruttori di interblocco non dimenticano quale interruttore è stato premuto quando l'alimentazione è spenta, ma con questo circuito tornerà sempre all'impostazione predefinita di "nessuno" o un valore predefinito permanente.

Un modo più semplice per fare la stessa cosa sarebbe usare un microcontrollore, e non dubito che qualcuno lo farà notare nei commenti.

Il problema con l'utilizzo di un micro è che devi programmarlo. Inoltre devi avere abbastanza pin per tutti gli ingressi e le uscite di cui hai bisogno, o avere un decoder per crearli, che aggiunge istantaneamente un altro chip.

Tutte le parti per questo circuito sono molto economiche o gratuite. Una banca di 6 interruttori ad incastro su eBay costa (al momento della scrittura) £ 3,77. Ok, non è molto, ma il mio 74HC174 costa 9 pence e avevo già tutte le altre parti, che sono economiche o comunque gratuite.

La quantità minima di contatti che normalmente ottieni con un interruttore di interblocco meccanico è DPDT, ma puoi facilmente ottenerne di più. Se vuoi più "contatti" con questo circuito, devi aggiungere più dispositivi di output, tipicamente mosfet.

Un grande vantaggio rispetto agli interruttori di interblocco standard è che puoi utilizzare qualsiasi tipo di interruttore momentaneo, posizionato ovunque tu voglia, o persino pilotare gli ingressi da segnali completamente diversi.

Se aggiungi un transistor mosfet a ciascuna delle uscite di questo circuito, ottieni un'uscita SPCO, tranne che non è nemmeno così buona, perché puoi collegarla solo in 1 modo. Collegalo nell'altro modo e ottieni invece un diodo a bassa potenza.

D'altra parte, puoi aggiungere molti mosfet a un'uscita prima che venga sovraccaricata, in modo da avere un numero arbitrariamente grande di poli. Usando le coppie di tipo P e N, puoi anche creare un output bidirezionale, ma questo aggiunge anche complessità. Puoi anche usare le uscite non-Q dei flip-flop, che ti danno un'azione alternativa. Quindi c'è potenzialmente molta flessibilità con questo circuito, se non ti dispiace la complessità extra.