Elektronisch verriegelnde Radiobuttons (*verbessert!*): - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Der Begriff "Radiobuttons" stammt aus dem Design alter Autoradios, bei denen es eine Reihe von Druckknöpfen gab, die auf verschiedene Kanäle voreingestellt und mechanisch so verriegelt waren, dass nur einer gleichzeitig gedrückt werden konnte.

Ich wollte einen Weg finden, Radiobuttons zu machen, ohne echte Verriegelungsschalter kaufen zu müssen, weil ich in einem anderen Projekt, das bereits einen Drehschalter hat, alternative voreingestellte Werte auswählen möchte, also wollte ich einen anderen Stil, um Fehler zu vermeiden.

Taktile Schalter sind reichlich und billig, und ich habe eine Last aus verschiedenen Dingen zerlegt, daher schienen sie die natürliche Wahl zu sein. Ein Hex-D-Flip-Flop, der 74HC174, führt die Interlock-Funktion mit Hilfe einiger Dioden gut aus. Möglicherweise könnte ein anderer Chip einen besseren Job machen, aber der '174 ist sehr billig und die Dioden waren frei (Board Pulls)

Einige Widerstände werden auch benötigt und Kondensatoren, um die Schalter (in der ersten Version) zu entprellen und einen Power-on-Reset bereitzustellen. Ich habe seitdem festgestellt, dass durch Erhöhen des Taktverzögerungskondensators die Schalter-Entprellkondensatoren nicht benötigt werden.

In Logisim läuft die Simulation "interlock.circ", die Sie hier herunterladen können: https://www.cburch.com/logisim/ (Leider nicht mehr in Entwicklung).

Ich habe 2 verbesserte Versionen der Schaltung hergestellt, in der ersten wurden nur die Entprellkondensatoren entfernt. In der zweiten wird ein Transistor hinzugefügt, um eine der Tasten beim Einschalten zu aktivieren, was eine Standardeinstellung ergibt.

Lieferungen

• 1x 74HC174
• 6x taktile Schalter oder andere Arten von Tastern
• 7x 10k Widerstände. Diese können SIL- oder DIL-Pakete mit einem gemeinsamen Anschluss sein. Ich habe 2 Pakete mit jeweils 4 Widerständen verwendet.
• 6x 100n Kondensatoren - genauer Wert ist nicht wichtig.
• 1x 47k Widerstand
• 1x 100n Kondensator, Mindestwert. Verwenden Sie alles bis zu 1u.
• Ausgabegeräte, zB kleine Mosfets oder LEDs
• Materialien zum Zusammenbauen der Schaltung

Schritt 1: Konstruktion

Montieren Sie mit Ihrer bevorzugten Methode. Ich habe doppelseitiges Lochbrett verwendet. Es wäre einfacher, mit einem Chip mit DIL-Gehäuse zu arbeiten, aber ich bekomme oft SOIC-Geräte, weil sie normalerweise viel billiger sind.

Bei einem DIL-Gerät müssen Sie also nichts Besonderes tun, einfach einstecken und verkabeln.

Für ein SOIC müssen Sie einen kleinen Trick ausführen. Beuge die abwechselnden Beine ein wenig nach oben, damit sie das Brett nicht berühren. Die verbleibenden Pins haben den richtigen Abstand, um zu den Pads auf der Platine zu passen. Hier ist eine Anleitung, wie ich meine gebogen habe (UP bedeutet nach oben gebeugt, DOWN bedeutet in Ruhe lassen)

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

Auf diese Weise können 4 der Dioden mit Pads verbunden werden und nur 2 müssen mit erhöhten Beinen verbunden werden. Ein Teil von mir vermutet jedoch, dass dies umgekehrt besser wäre.

Legen Sie die Dioden zu beiden Seiten des Chips aus und löten Sie sie an.

Bringen Sie die Pull-Down-Widerstände für jeden der D-Eingänge an. Ich habe 2 SIL-Packs mit jeweils 4 Widerständen verwendet, Bringen Sie den Pulldown-Widerstand für den Takteingang an. Wenn Sie SIL-Pakete verwenden, schließen Sie einen der Ersatzwiderstände anstelle eines separaten an

Bringen Sie die Schalter neben den Widerständen an.

Bringen Sie die Entprellkondensatoren für die Schalter so nah wie möglich an ihnen an.

Passen Sie Ihre Ausgabegeräte an. Ich habe LEDs zum Testen und zur Demonstration verwendet, aber Sie könnten ein anderes Gerät Ihrer Wahl einbauen, um beispielsweise mehrere Pole an jedem Ausgang zu erhalten.

• Wenn Sie LEDs einbauen, benötigen Sie nur 1 Strombegrenzungswiderstand im gemeinsamen Anschluss, da immer nur 1 LED gleichzeitig leuchtet!
• Wenn Sie MOSFETs oder andere Geräte verwenden, achten Sie auf die Ausrichtung des Gerätes. Im Gegensatz zu einem echten Schalter hat das Signal immer noch eine Beziehung zum 0-V-Anschluss dieser Schaltung, sodass der Ausgangstransistor darauf referenziert werden muss.

Verdrahten Sie alles zusammen nach dem Schema. Ich habe dafür 0,1 mm Magnetdraht verwendet, vielleicht bevorzugen Sie etwas weniger Feines.

Schritt 2: Wie es funktioniert

Ich habe 4 Versionen des Schaltplans zur Verfügung gestellt: das Original mit Schalter-Entprellkondensatoren, mit und ohne Ausgangs-Mosfets, und zwei weitere Versionen, bei denen der Taktverzögerungskondensator erhöht wurde, sodass eine Entprellung der Schalter überflüssig geworden ist, schließlich mit dem Zusatz eines Transistors, der beim Einschalten praktisch eine der Tasten "drückt".

Die Schaltung verwendet einfache D-Flip-Flops mit einem gemeinsamen Takt, bequemerweise erhalten Sie 6 davon im 74HC174-Chip.

Der Taktgeber und jeder der D-Eingänge des Chips wird über einen Widerstand auf Masse gezogen, daher ist der Standardeingang immer 0. Die Dioden sind als "verdrahtete ODER"-Schaltung verbunden. Sie könnten ein ODER-Gatter mit 6 Eingängen verwenden, dann brauchen Sie das Herunterziehen des Clock-Eingangs nicht, aber wo ist der Spaß daran?

Beim ersten Einschalten der Schaltung wird der CLR-Pin über einen Kondensator auf Low gezogen, um den Chip zurückzusetzen. Wenn sich der Kondensator auflädt, wird das Zurücksetzen deaktiviert. Ich wählte 47k und 100nF, um eine Zeitkonstante von ungefähr 5x der der kombinierten Entprellungskappen und Pulldown-Widerstände zu ergeben, die für die Schalter verwendet werden.

Wenn Sie eine Taste drücken, legt sie eine logische 1 auf den D-Eingang, mit dem sie verbunden ist, und löst gleichzeitig über eine Diode die Uhr aus. Dies "taktet" die 1 ein, wodurch der Q-Ausgang hoch wird.

Beim Loslassen der Taste wird die logische 1 im Flip-Flop gespeichert, sodass der Q-Ausgang hoch bleibt.

Wenn Sie eine andere Taste drücken, tritt der gleiche Effekt auf dem Flip-Flop auf, mit dem sie verbunden ist, aber da die Takte gemeinsam genutzt werden, taktet diejenige, die eine 1 am Ausgang hat, bereits eine 0, also geht der Q-Ausgang niedrig.

Da die Schalter unter Kontaktprellen leiden, erhalten Sie beim Drücken und Loslassen keine saubere 0, dann 1 und dann 0, sondern einen Strom von zufälligen Einsen und Nullen, was die Schaltung unvorhersehbar macht. Eine anständige Schalterentprellschaltung finden Sie hier:

Ich habe schließlich festgestellt, dass bei einem ausreichend großen Taktverzögerungskondensator das Entprellen einzelner Schalter unnötig ist.

Der Q-Ausgang eines Flip-Flops geht hoch, wenn seine Taste gedrückt wird, und der Nicht-Q-Ausgang wird niedrig. Sie können damit einen N- oder P-MOSFET steuern, der sich auf die Low- bzw. High-Power-Schiene bezieht. Wenn die Last an den Drain eines Transistors angeschlossen ist, wird seine Source normalerweise je nach Polarität mit 0 V oder der Stromschiene verbunden, fungiert jedoch als Schalter in Bezug auf einen anderen Punkt, solange er noch Spielraum zum Drehen hat an und aus.

Das letzte Schema zeigt einen PNP-Transistor, der mit einem der D-Eingänge verbunden ist. Die Idee ist, dass sich der Kondensator an der Basis des Transistors beim Anlegen von Strom auflädt, bis er den Punkt erreicht, an dem der Transistor leitet. Da es keine Rückkopplung gibt, ändert der Kollektor des Transistors sehr schnell seinen Zustand und erzeugt einen Impuls, der den D-Eingang hoch setzen und den Takt auslösen kann. Da er über einen Kondensator mit der Schaltung verbunden ist, kehrt der D-Eingang in seinen Low-Zustand zurück und wird im Normalbetrieb nicht merklich beeinflusst.

Schritt 3: Vor- und Nachteile

Nachdem ich diese Schaltung gebaut hatte, fragte ich mich, ob es sich lohnt. Das Ziel war es, eine Radiobutton-ähnliche Funktionalität ohne die Kosten der Schalter und des Montagerahmens zu erhalten, aber nachdem die Pulldown-Widerstände und die Entprellkondensatoren hinzugefügt wurden, fand ich es etwas komplexer, als ich es mir gewünscht hätte.

Echte Verriegelungsschalter vergessen nicht, welcher Schalter beim Ausschalten gedrückt wurde, aber mit dieser Schaltung wird immer auf die Standardeinstellung "Keine" oder eine dauerhafte Standardeinstellung zurückgesetzt.

Eine einfachere Möglichkeit, dasselbe zu tun, wäre die Verwendung eines Mikrocontrollers, und ich bezweifle nicht, dass jemand in den Kommentaren darauf hinweisen wird.

Das Problem bei der Verwendung eines Mikros ist, dass Sie es programmieren müssen. Außerdem müssen Sie entweder genügend Pins für alle benötigten Ein- und Ausgänge haben oder einen Decoder haben, um sie zu erstellen, der sofort einen weiteren Chip hinzufügt.

Alle Teile für diese Schaltung sind sehr billig oder kostenlos. Eine Bank mit 6 ineinandergreifenden Schaltern bei eBay kostet (zum Zeitpunkt des Schreibens) £ 3,77. Ok das ist nicht viel, aber meine 74HC174 hat 9 Pence gekostet und ich hatte schon alle anderen Teile, die sind sowieso billig oder kostenlos.

Die Mindestanzahl an Kontakten, die Sie normalerweise mit einem mechanischen Verriegelungsschalter erhalten, ist DPDT, aber Sie können leicht mehr bekommen. Wenn Sie mehr "Kontakte" mit dieser Schaltung wünschen, müssen Sie weitere Ausgabegeräte hinzufügen, normalerweise Mosfets.

Ein großer Vorteil im Vergleich zu Standard-Verriegelungsschaltern besteht darin, dass Sie jede Art von Tastern verwenden können, die beliebig positioniert werden können, oder sogar die Eingänge von ganz anderen Signalen ansteuern können.

Wenn Sie jedem der Ausgänge dieser Schaltung einen Mosfet-Transistor hinzufügen, erhalten Sie einen SPCO-Ausgang, außer dass er nicht einmal wirklich so gut ist, da Sie ihn nur auf eine Weise anschließen können. Schließen Sie es in die andere Richtung an und Sie erhalten stattdessen eine wirklich stromsparende Diode.

Andererseits können Sie einem Ausgang viele Mosfets hinzufügen, bevor er überlastet wird, sodass Sie eine beliebig große Anzahl von Polen haben können. Durch die Verwendung von P- und N-Typ-Paaren können Sie auch bidirektionale Ausgänge erstellen, dies erhöht jedoch auch die Komplexität. Sie können auch die Nicht-Q-Ausgänge der Flip-Flops verwenden, was Ihnen eine alternative Aktion bietet. Diese Schaltung bietet also potenziell viel Flexibilität, wenn Ihnen die zusätzliche Komplexität nichts ausmacht.