Botones de radio que se entrelazan electrónicamente (* ¡mejorado! *): 3 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

El término "botones de radio" proviene del diseño de radios de automóviles antiguos, donde habría una serie de botones pulsadores preajustados a diferentes canales y enclavados mecánicamente para que sólo se pueda pulsar uno a la vez.

Quería encontrar una forma de hacer botones de radio sin tener que comprar algunos interruptores de enclavamiento reales, porque quiero poder seleccionar valores predeterminados alternativos en otro proyecto que ya tiene un interruptor giratorio, por lo que quería un estilo diferente para evitar errores.

Los interruptores táctiles son abundantes y baratos, y tengo una carga desmantelada de varias cosas, por lo que parecían la opción natural para usar. Un flip flop tipo D hexagonal, el 74HC174, realiza la función de enclavamiento muy bien con la ayuda de algunos diodos. Posiblemente algún otro chip podría hacer un mejor trabajo, pero el '174 es muy barato y los diodos eran gratuitos (tira de la placa)

También se necesitan algunas resistencias y condensadores para desactivar los interruptores (en la primera versión) y proporcionar encendido y reinicio. Desde entonces, descubrí que al aumentar el capacitor de retardo del reloj, los capacitores antirrebote del interruptor no son necesarios.

La simulación "interlock.circ" se ejecuta en Logisim, que puede descargar aquí: https://www.cburch.com/logisim/ (Lamentablemente ya no está en desarrollo).

He producido 2 versiones mejoradas del circuito, en la primera, solo se eliminan los condensadores antirrebote. En el segundo, se agrega un transistor para permitir que uno de los botones se active en el momento del encendido, dando una configuración predeterminada.

Suministros

• 1x 74HC174
• Interruptores táctiles 6x u otro tipo de interruptor momentáneo
• 7 resistencias de 10k. Estos pueden ser SIL o DIL empaquetados con un terminal común. Usé 2 paquetes que contienen 4 resistencias cada uno.
• Condensadores 6x 100n: el valor exacto no es importante.
• 1x resistencia de 47k
• Condensador 1x 100n, valor mínimo. Use cualquier cosa hasta 1u.
• Dispositivos de salida, por ejemplo, pequeños mosfets o LED
• Materiales para el circuito de montaje

Paso 1: construcción

Ensamble usando su método preferido. Usé tablero perforado de doble cara. Sería más fácil hacerlo con un chip empaquetado DIL de orificio pasante, pero a menudo obtengo dispositivos SOIC porque suelen ser mucho más baratos.

Entonces, con un dispositivo DIL, no tiene que hacer nada especial, simplemente conéctelo y conéctelo.

Para un SOIC, necesitas hacer un pequeño truco. Doble un poco las piernas alternas hacia arriba para que no toquen la tabla. Los pines restantes estarán en el espacio correcto para coincidir con las almohadillas de la placa. Aquí hay una guía de cómo doblé el mío (ARRIBA significa doblado hacia arriba, ABAJO significa dejar en paz)

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

De esta manera, 4 de los diodos se pueden conectar a las almohadillas y solo 2 deben conectarse a las patas elevadas. Sin embargo, una parte de mí sospecha que esto sería mejor al revés.

Coloque los diodos a ambos lados del chip y suéldelos en su lugar.

Coloque las resistencias desplegables para cada una de las entradas D. Usé 2 paquetes SIL de 4 resistencias cada uno, Coloque la resistencia desplegable para la entrada del reloj. Si usa paquetes SIL, conecte una de las resistencias de repuesto en lugar de una separada

Coloque los interruptores junto a las resistencias.

Coloque los condensadores de rebote de los interruptores lo más cerca posible de ellos.

Adapte sus dispositivos de salida. Usé LED para pruebas y demostraciones, pero podría instalar otro dispositivo de su elección para obtener múltiples polos en cada salida, por ejemplo.

• Si instala LED, solo necesita 1 resistencia limitadora de corriente en la conexión común, ya que solo se enciende 1 LED a la vez.
• Si usa MOSFET u otros dispositivos, preste atención a la orientación del dispositivo. A diferencia de un interruptor real, la señal todavía tiene una relación con la conexión 0v de este circuito, por lo que el transistor de salida debe estar referenciado a él.

Conecte todo junto de acuerdo con el esquema. Usé alambre magnético de 0.1 mm para esto, es posible que prefieras algo un poco menos fino.

Paso 2: cómo funciona

He proporcionado 4 versiones del esquema: el original con condensadores antirrebote de interruptores, con y sin mosfets de salida, y otras dos versiones en las que se ha aumentado el condensador de retardo del reloj, por lo que eliminar los rebotes de los interruptores se ha vuelto innecesario, finalmente con la adición de un transistor que virtualmente "presionará" uno de los botones cuando se encienda la alimentación.

El circuito usa flip-flops tipo D simples con un reloj común, convenientemente obtienes 6 de estos en el chip 74HC174.

El reloj y cada una de las entradas D del chip se conectan a tierra a través de una resistencia, por lo que la entrada predeterminada es siempre 0. Los diodos están conectados como un circuito "O cableado". Podrías usar una puerta OR de 6 entradas, entonces no necesitarías bajar la entrada del reloj, pero ¿dónde está la diversión en eso?

Cuando el circuito se enciende por primera vez, el pin CLR se baja a través de un condensador para restablecer el chip. Cuando el condensador se carga, el reinicio se desactiva. Elegí 47k y 100nF para dar una constante de tiempo aproximadamente 5 veces mayor que la combinación de las tapas antirrebote y las resistencias desplegables utilizadas para los interruptores.

Cuando presiona un botón, pone un 1 lógico en la entrada D a la que está conectada y, a través de un diodo, activa el reloj al mismo tiempo. Esto "registra" el 1, haciendo que la salida Q sea alta.

Cuando se suelta el botón, el 1 lógico se almacena en el flip-flop, por lo que la salida Q permanece alta.

Cuando presiona un botón diferente, el mismo efecto tiene lugar en el flip-flop al que está conectado, pero debido a que los relojes son comunes, el que tiene un 1 en su salida ya ahora marca un 0, por lo que su salida Q va bajo.

Debido a que los interruptores sufren de rebote de contacto, cuando presiona y suelta uno, no obtiene un 0 ordenado, luego 1 y luego 0, obtiene un flujo de 1 y 0 aleatorios, lo que hace que el circuito sea impredecible. Puede encontrar un circuito de eliminación de rebotes de interruptor decente aquí:

Finalmente descubrí que con un condensador de retardo de reloj suficientemente grande, no es necesario eliminar los rebotes de los interruptores individuales.

La salida Q de cualquier flip-flop sube cuando se presiona su botón, y la salida no-Q baja. Puede usar esto para controlar un MOSFET N o P, con referencia al riel de alta o baja potencia, respectivamente. Con la carga conectada al drenaje de cualquier transistor, su fuente normalmente estaría conectada a 0v o al riel de alimentación, dependiendo de la polaridad, sin embargo, actuará como un interruptor referenciado a algún otro punto, siempre que todavía tenga espacio para girar. encendido y apagado.

El esquema final muestra un transistor PNP que está conectado a una de las entradas D. La idea es que cuando se aplica energía, el capacitor en la base del transistor se carga hasta que llega al punto donde conduce el transistor. Debido a que no hay retroalimentación, el colector del transistor cambia de estado muy rápidamente, generando un pulso que puede establecer la entrada D alta y activar el reloj. Debido a que está conectada al circuito a través de un condensador, la entrada D vuelve a su estado bajo y no se ve afectada notablemente en el funcionamiento normal.

Paso 3: pros y contras

Después de construir este circuito, me pregunté si valía la pena hacerlo. El objetivo era obtener una funcionalidad similar a un botón de radio sin el gasto de los interruptores y el marco de montaje, sin embargo, una vez que se agregaron las resistencias desplegables y los condensadores de rebote, lo encontré un poco más complejo de lo que me hubiera gustado.

Los interruptores de enclavamiento reales no olviden qué interruptor se presionó cuando se apagó la energía, pero con este circuito siempre volverá a su configuración predeterminada de "ninguno", o una configuración predeterminada permanente.

Una forma más sencilla de hacer lo mismo sería usar un microcontrolador, y no dudo que alguien lo señalará en los comentarios.

El problema con el uso de un micro es que tienes que programarlo. También debe tener suficientes pines para todas las entradas y salidas que necesita, o tener un decodificador para crearlas, que instantáneamente agrega otro chip.

Todas las piezas de este circuito son muy baratas o gratuitas. Un banco de 6 interruptores entrelazados en eBay cuesta (en el momento de escribir este artículo) £ 3.77. Ok, eso no es mucho, pero mi 74HC174 costó 9 centavos y ya tenía todas las demás partes, que son baratas o gratuitas de todos modos.

La cantidad mínima de contactos que normalmente obtiene con un interruptor de enclavamiento mecánico es DPDT, pero puede obtener más fácilmente. Si desea más "contactos" con este circuito, debe agregar más dispositivos de salida, generalmente mosfets.

Una gran ventaja en comparación con los interruptores de enclavamiento estándar es que puede usar cualquier tipo de interruptores momentáneos, colocados en cualquier lugar que desee, o incluso controlar las entradas desde una señal completamente diferente.

Si agrega un transistor mosfet a cada una de las salidas de este circuito, obtiene una salida SPCO, excepto que ni siquiera es tan buena, porque solo puede conectarla de una manera. Conéctelo de otra manera y obtendrá un diodo de muy baja potencia en su lugar.

Por otro lado, puede agregar muchos mosfets a una salida antes de que se sobrecargue, por lo que puede tener una cantidad arbitrariamente grande de polos. Al usar pares de tipos P y N, también puede crear salidas bidireccionales, pero esto también agrega complejidad. También puede usar las salidas no Q de los flip-flops, lo que le brinda una acción alternativa. Así que hay potencialmente mucha flexibilidad con este circuito, si no le importa la complejidad adicional.