Elektronisch in elkaar grijpende keuzerondjes (*verbeterd!*): 3 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

De term "radioknoppen" komt van het ontwerp van oude autoradio's, waarbij een aantal drukknoppen vooraf waren afgestemd op verschillende kanalen en mechanisch vergrendeld waren, zodat er slechts één tegelijk kan worden ingedrukt.

Ik wilde een manier vinden om keuzerondjes te maken zonder een aantal echte vergrendelingsschakelaars te hoeven kopen, omdat ik alternatieve vooraf ingestelde waarden wil kunnen selecteren in een ander project dat al een draaischakelaar heeft, dus ik wilde een andere stijl om fouten te voorkomen.

Tactiele schakelaars zijn er in overvloed en goedkoop, en ik heb een lading gedemonteerd van verschillende dingen, dus ze leken de natuurlijke keuze om te gebruiken. Een hex D-type flip-flop, de 74HC174, voert de interlock-functie goed uit met behulp van enkele diodes. Mogelijk zou een andere chip het beter kunnen doen, maar de '174 is erg goedkoop en de diodes waren gratis (kaart trekt)

Sommige weerstanden zijn ook nodig, en condensatoren om de schakelaars te de-bouncen (in de eerste versie) en power-on-reset te bieden. Sindsdien heb ik ontdekt dat door de klokvertragingscondensator te vergroten, de debounce-condensatoren van de schakelaar niet nodig zijn.

De simulatie "interlock.circ" draait in Logisim, die u hier kunt downloaden: https://www.cburch.com/logisim/ (Helaas niet meer in ontwikkeling).

Ik heb 2 verbeterde versies van het circuit geproduceerd, in de eerste zijn alleen de debounce-condensatoren verwijderd. In de tweede wordt een transistor toegevoegd om een van de knoppen te activeren bij het inschakelen, wat een standaardinstelling oplevert.

Benodigdheden

• 1x 74HC174
• 6x tactiele schakelaars of ander type momentschakelaar
• 7x 10k weerstanden. Deze kunnen SIL of DIL zijn verpakt met een gemeenschappelijke terminal. Ik gebruikte 2 pakketten met elk 4 weerstanden.
• 6x 100n condensatoren - exacte waarde is niet belangrijk.
• 1x 47k weerstand
• 1x 100n condensator, minimale waarde. Gebruik alles tot 1u.
• Uitvoerapparaten, bijv. kleine mosfets of LED's
• Materialen voor het samenstellen van circuit

Stap 1: constructie

Monteer met behulp van uw favoriete methode. Ik heb dubbelzijdig geperforeerd karton gebruikt. Het zou gemakkelijker zijn om te doen met een doorlopende DIL-chip, maar ik krijg vaak SOIC-apparaten omdat ze meestal veel goedkoper zijn.

Met een DIL-apparaat hoeft u dus niets speciaals te doen, u hoeft hem alleen maar in te pluggen en te bedraden.

Voor een SOIC moet je een klein trucje doen. Buig afwisselende benen een beetje omhoog zodat ze het bord niet raken. De resterende pinnen bevinden zich op de juiste afstand om overeen te komen met de pads op het bord. Hier is een gids voor hoe ik de mijne heb gebogen (OMHOOG betekent omhoog gebogen, OMLAAG betekent met rust laten)

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

Op deze manier kunnen 4 van de diodes worden aangesloten op pads en hoeven er slechts 2 te worden aangesloten op verhoogde poten. Een deel van mij vermoedt echter dat dit andersom beter zou zijn.

Leg de diodes aan weerszijden van de chip en soldeer ze op hun plaats.

Monteer de pull-down weerstanden voor elk van de D-ingangen. Ik gebruikte 2 SIL-packs van elk 4 weerstanden, Monteer de pull-down weerstand voor de klokingang. Als u SIL-pakketten gebruikt, sluit dan een van de reserveweerstanden aan in plaats van een afzonderlijke

Monteer de schakelaars naast de weerstanden.

Plaats de de-stuiterende condensatoren voor de schakelaars zo dicht mogelijk bij hen als past.

Pas uw uitvoerapparaten aan. Ik heb LED's gebruikt voor testen en demonstraties, maar je zou een ander apparaat naar keuze kunnen plaatsen om bijvoorbeeld meerdere polen op elke uitgang te krijgen.

• Als je LED's monteert, hebben ze maar 1 stroombegrenzingsweerstand nodig in de gemeenschappelijke aansluiting, omdat er maar 1 LED tegelijk brandt!
• Als u MOSFET's of andere apparaten gebruikt, let dan op de richting van het apparaat. In tegenstelling tot een echte schakelaar, heeft het signaal nog steeds een relatie met de 0v-aansluiting van dit circuit, dus de uitgangstransistor moet ernaar worden verwezen.

Sluit alles aan volgens het schema. Ik heb hiervoor 0,1 mm magneetdraad gebruikt, misschien heb je liever iets minder fijns.

Stap 2: Hoe het werkt

Ik heb 4 versies van het schema aangeleverd: het origineel met schakelaar debouncing condensatoren, met en zonder output mosfets, en nog twee versies waarbij de klokvertragingscondensator is verhoogd, zodat het debouncen van de schakelaars overbodig is geworden, tot slot met de toevoeging van een transistor die virtueel op een van de knoppen zal "drukken" wanneer de stroom wordt ingeschakeld.

Het circuit maakt gebruik van eenvoudige D-type flip-flops met een gemeenschappelijke klok, handig krijg je er 6 in de 74HC174-chip.

De klok en elk van de D-ingangen van de chip worden via een weerstand naar aarde getrokken, dus de standaardingang is altijd 0. De diodes zijn aangesloten als een "bedraad OF" -circuit. Je zou een OF-poort met 6 inputs kunnen gebruiken, dan zou je de klokingang niet nodig hebben, maar waar is het plezier daarin?

Wanneer het circuit voor het eerst wordt ingeschakeld, wordt de CLR-pin via een condensator laag getrokken om de chip te resetten. Wanneer de condensator wordt opgeladen, wordt de reset uitgeschakeld. Ik koos 47k en 100nF om een tijdconstante te geven van ongeveer 5x die van de gecombineerde debounce-caps en pull-down-weerstanden die voor de schakelaars worden gebruikt.

Als je op een knop drukt, zet het een logische 1 op de D-ingang waarmee het is verbonden en activeert het via een diode tegelijkertijd de klok. Dit "klokt" de 1 in, waardoor de Q-uitgang hoog wordt.

Wanneer de knop wordt losgelaten, wordt de logische 1 opgeslagen in de flip-flop, zodat de Q-uitgang hoog blijft.

Wanneer u op een andere knop drukt, vindt hetzelfde effect plaats op de flip-flop waarmee deze is verbonden, maar omdat de klokken gemeenschappelijk zijn, klokt degene met een 1 op de uitgang nu al in een 0, dus de Q-uitgang gaat laag.

Omdat de schakelaars last hebben van contact bounce, krijg je als je er één indrukt en loslaat geen nette 0, dan 1 en dan 0, je krijgt een stroom van willekeurige enen en nullen, waardoor het circuit onvoorspelbaar wordt. U kunt hier een degelijk schakeldebouncecircuit vinden:

Uiteindelijk ontdekte ik dat met een voldoende grote klokvertragingscondensator het debouncen van individuele schakelaars niet nodig is.

De Q-uitgang van een flip-flop wordt hoog wanneer de knop wordt ingedrukt, en de niet-Q-uitgang wordt laag. U kunt dit gebruiken om een N- of P-MOSFET aan te sturen, respectievelijk verwijzend naar de lage of hoge stroomrail. Met de belasting aangesloten op de afvoer van een transistor, is de bron meestal verbonden met 0v of de stroomrail, afhankelijk van de polariteit, maar het zal fungeren als een schakelaar die naar een ander punt verwijst, zolang het nog hoofdruimte heeft om te draaien aan en uit.

Het uiteindelijke schema toont een PNP-transistor die is aangesloten op een van de D-ingangen. Het idee is dat wanneer stroom wordt toegepast, de condensator aan de basis van de transistor wordt opgeladen totdat deze het punt bereikt waarop de transistor geleidt. Omdat er geen feedback is, verandert de collector van de transistor zeer snel van toestand, waardoor een puls wordt gegenereerd die de D-ingang hoog kan zetten en de klok kan activeren. Omdat het via een condensator met het circuit is verbonden, keert de D-ingang terug naar zijn lage toestand en wordt deze niet merkbaar beïnvloed bij normaal bedrijf.

Stap 3: Voors en tegens

Nadat ik dit circuit had gebouwd, vroeg ik me af of het de moeite waard was om te doen. Het doel was om radioknop-achtige functionaliteit te krijgen zonder de kosten van de schakelaars en het montageframe, maar toen de pull-down-weerstanden en de-bouncing-condensatoren eenmaal waren toegevoegd, vond ik het een beetje ingewikkelder dan ik had gewild.

Echte in elkaar grijpende schakelaars vergeten niet welke schakelaar werd ingedrukt toen de stroom werd uitgeschakeld, maar met dit circuit keert het altijd terug naar de standaardinstelling "geen", of een permanente standaard.

Een eenvoudigere manier om hetzelfde te doen, is door een microcontroller te gebruiken, en ik twijfel er niet aan dat iemand dit in de opmerkingen zal aangeven.

Het probleem met het gebruik van een micro is dat je hem moet programmeren. Je moet ook voldoende pinnen hebben voor alle in- en uitgangen die je nodig hebt, of een decoder hebben om ze te maken, die meteen een andere chip toevoegt.

Alle onderdelen voor dit circuit zijn erg goedkoop of gratis. Een bank van 6 in elkaar grijpende schakelaars op eBay kost (op het moment van schrijven) £ 3,77. Ok dus dat is niet veel, maar mijn 74HC174 kostte 9 pence en ik had al de andere onderdelen, die toch goedkoop of gratis zijn.

Het minimale aantal contacten dat u normaal gesproken krijgt met een mechanische vergrendelingsschakelaar is DPDT, maar u kunt er gemakkelijk meer krijgen. Als u meer "contacten" met dit circuit wilt, moet u meer uitvoerapparaten toevoegen, meestal mosfets.

Een groot voordeel in vergelijking met standaard vergrendelingsschakelaars is dat u elk type momentschakelaar kunt gebruiken, waar u maar wilt, of zelfs de ingangen van een geheel ander signaal kunt aansturen.

Als je aan elk van de uitgangen van dit circuit een mosfet-transistor toevoegt, krijg je een SPCO-uitgang, alleen is die niet eens zo goed, omdat je hem maar op 1 manier kunt aansluiten. Sluit het op de andere manier aan en je krijgt in plaats daarvan een echt laag vermogen diode.

Aan de andere kant kun je veel mosfets aan een uitgang toevoegen voordat deze overbelast raakt, zodat je een willekeurig groot aantal polen kunt hebben. Door P- en N-typeparen te gebruiken, kunt u ook bidirectionele uitgangen creëren, maar dit voegt ook complexiteit toe. Je kunt ook de niet-Q-uitgangen van de flip-flops gebruiken, wat je een alternatieve actie geeft. Er is dus potentieel veel flexibiliteit met dit circuit, als je de extra complexiteit niet erg vindt.