Boutons radio à verrouillage électronique (*améliorés !*) : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Le terme « boutons radio » vient de la conception des anciens autoradios, où il y aurait un certain nombre de boutons-poussoirs préréglés sur différents canaux et verrouillés mécaniquement de sorte qu'un seul puisse être enfoncé à la fois.

Je voulais trouver un moyen de créer des boutons radio sans avoir à acheter de vrais commutateurs de verrouillage, car je veux pouvoir sélectionner des valeurs prédéfinies alternatives dans un autre projet qui a déjà un commutateur rotatif, donc je voulais un style différent pour éviter les erreurs.

Les commutateurs tactiles sont nombreux et bon marché, et j'ai une charge démantelée de diverses choses, ils semblaient donc être le choix naturel à utiliser. Une bascule hexagonale de type D, la 74HC174, remplit bien la fonction de verrouillage à l'aide de quelques diodes. Peut-être qu'une autre puce pourrait faire un meilleur travail, mais le '174 est très bon marché et les diodes étaient gratuites (tirage de la carte)

Certaines résistances sont également nécessaires, ainsi que des condensateurs pour éliminer les rebonds des commutateurs (dans la première version) et fournir une réinitialisation à la mise sous tension. J'ai depuis constaté qu'en augmentant le condensateur de retard d'horloge, les condensateurs anti-rebond de commutateur ne sont pas nécessaires.

La simulation "interlock.circ" fonctionne dans Logisim, que vous pouvez télécharger ici: https://www.cburch.com/logisim/ (Malheureusement plus en développement).

J'ai produit 2 versions améliorées du circuit, dans la première, seuls les condensateurs anti-rebond sont supprimés. Dans le second, un transistor est ajouté pour permettre à l'un des boutons d'être activé à l'allumage, donnant un réglage par défaut.

Fournitures

• 1x 74HC174
• 6x interrupteurs tactiles ou autre type d'interrupteur momentané
• 7 résistances de 10k. Ceux-ci peuvent être SIL ou DIL avec un terminal commun. J'ai utilisé 2 paquets contenant 4 résistances chacun.
• 6x 100n condensateurs - la valeur exacte n'est pas importante.
• 1x résistance 47k
• 1x condensateur 100n, valeur minimale. Utilisez n'importe quoi jusqu'à 1u.
• Périphériques de sortie, par exemple petits mosfets ou LED
• Matériaux pour l'assemblage du circuit

Étape 1: Construction

Assemblez en utilisant votre méthode préférée. J'ai utilisé du carton perforé double face. Ce serait plus facile à faire avec une puce emballée DIL à trou traversant, mais je reçois souvent des dispositifs SOIC car ils sont généralement beaucoup moins chers.

Ainsi, avec un appareil DIL, vous n'avez rien à faire de spécial, il suffit de le brancher et de le câbler.

Pour un SOIC, vous devez faire un petit tour. Pliez légèrement les jambes alternées pour qu'elles ne touchent pas la planche. Les broches restantes seront à l'espacement correct pour correspondre aux plaquettes sur la carte. Voici un guide sur la façon dont j'ai plié le mien (UP signifie plié, DOWN signifie laisser seul)

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

De cette façon, 4 des diodes peuvent être connectées à des plots et seulement 2 doivent être connectées à des pattes surélevées. Une partie de moi soupçonne que ce serait mieux dans l'autre sens, cependant.

Disposez les diodes de chaque côté de la puce et soudez-les en place.

Montez les résistances pull-down pour chacune des entrées D. J'ai utilisé 2 packs SIL de 4 résistances chacun, Montez la résistance pull-down pour l'entrée d'horloge. Si vous utilisez des packages SIL, connectez l'une des résistances de rechange au lieu d'une autre

Montez les interrupteurs à côté des résistances.

Installez les condensateurs anti-rebond pour les commutateurs aussi près d'eux que possible.

Adaptez vos périphériques de sortie. J'ai utilisé des LED pour les tests et la démonstration, mais vous pouvez installer un autre appareil de votre choix pour obtenir plusieurs pôles sur chaque sortie, par exemple.

• Si vous installez des LED, elles n'ont besoin que d'une résistance de limitation de courant dans la connexion commune, car une seule LED est allumée à la fois !
• Si vous utilisez des MOSFET ou d'autres appareils, faites attention à l'orientation de l'appareil. Contrairement à un vrai commutateur, le signal a toujours une relation avec la connexion 0v de ce circuit, le transistor de sortie doit donc y être référencé.

Câblez le tout selon le schéma. J'ai utilisé un fil magnétique de 0,1 mm pour cela, vous préférerez peut-être quelque chose d'un peu moins fin.

Étape 2: Comment ça marche

J'ai fourni 4 versions du schéma: l'original avec des condensateurs anti-rebond de commutateur, avec et sans mosfet de sortie, et deux autres versions où le condensateur de retard d'horloge a été augmenté, de sorte que l'anti-rebond des commutateurs est devenu inutile, enfin avec l'ajout d'un transistor qui "appuiera" virtuellement sur l'un des boutons à la mise sous tension.

Le circuit utilise de simples bascules de type D avec une horloge commune, vous en obtenez facilement 6 dans la puce 74HC174.

L'horloge et chacune des entrées D de la puce sont mises à la terre via une résistance, de sorte que l'entrée par défaut est toujours 0. Les diodes sont connectées en tant que circuit "OU câblé". Vous pourriez utiliser une porte OU à 6 entrées, alors vous n'auriez pas besoin de tirer vers le bas sur l'entrée d'horloge, mais où est le plaisir là-dedans?

Lorsque le circuit est allumé pour la première fois, la broche CLR est tirée vers le bas via un condensateur pour réinitialiser la puce. Lorsque le condensateur se charge, la réinitialisation est désactivée. J'ai choisi 47k et 100nF pour donner une constante de temps d'environ 5 fois celle des plafonds anti-rebond combinés et des résistances d'abaissement utilisées pour les commutateurs.

Lorsque vous appuyez sur un bouton, il met un 1 logique sur l'entrée D à laquelle il est connecté et via une diode déclenche l'horloge en même temps. Cela "synchronise" le 1, faisant monter la sortie Q.

Lorsque le bouton est relâché, le 1 logique est stocké dans la bascule, de sorte que la sortie Q reste élevée.

Lorsque vous appuyez sur un bouton différent, le même effet se produit sur la bascule à laquelle elle est connectée, mais comme les horloges sont communes, celle qui a un 1 sur sa sortie horloge déjà maintenant sur un 0, donc c'est la sortie Q qui va meugler.

Parce que les commutateurs souffrent de rebond de contact, lorsque vous appuyez et relâchez un, vous n'obtenez pas un 0 puis 1 puis 0 net, vous obtenez un flux de 1 et de 0 aléatoires, ce qui rend le circuit imprévisible. Vous pouvez trouver un circuit anti-rebond de commutateur décent ici:

J'ai finalement trouvé qu'avec un condensateur de retard d'horloge suffisamment grand, il n'était pas nécessaire d'éliminer les rebonds des commutateurs individuels.

La sortie Q de n'importe quelle bascule passe au niveau haut lorsque son bouton est enfoncé et la sortie non-Q passe au niveau bas. Vous pouvez l'utiliser pour contrôler un MOSFET N ou P, référencé respectivement au rail basse ou haute puissance. Avec la charge connectée au drain de n'importe quel transistor, sa source serait généralement connectée à 0v ou au rail d'alimentation, selon la polarité, mais il agira comme un interrupteur référencé à un autre point, tant qu'il a encore de la marge pour tourner allumé et éteint.

Le schéma final montre un transistor PNP qui est connecté à l'une des entrées D. L'idée est que lorsque le courant est appliqué, le condensateur à la base du transistor se charge jusqu'à ce qu'il atteigne le point où le transistor conduit. Comme il n'y a pas de rétroaction, le collecteur du transistor change d'état très rapidement, générant une impulsion qui peut mettre l'entrée D au niveau haut et déclencher l'horloge. Parce qu'elle est connectée au circuit via un condensateur, l'entrée D revient à son état bas et n'est pas sensiblement affectée en fonctionnement normal.

Étape 3: Avantages et inconvénients

Après avoir construit ce circuit, je me suis demandé si cela en valait la peine. L'objectif était d'obtenir une fonctionnalité semblable à un bouton radio sans le coût des commutateurs et du cadre de montage, mais une fois les résistances de rappel et les condensateurs anti-rebond ajoutés, je l'ai trouvé un peu plus complexe que je ne l'aurais souhaité.

Les vrais interrupteurs à verrouillage n'oublient pas quel interrupteur a été enfoncé lorsque l'alimentation est coupée, mais avec ce circuit, il reviendra toujours à son réglage par défaut de "aucun", ou à un défaut permanent.

Un moyen plus simple de faire la même chose serait d'utiliser un microcontrôleur, et je ne doute pas que quelqu'un le soulignera dans les commentaires.

Le problème avec l'utilisation d'un micro, c'est qu'il faut le programmer. De plus, vous devez soit disposer de suffisamment de broches pour toutes les entrées et sorties dont vous avez besoin, soit disposer d'un décodeur pour les créer, ce qui ajoute instantanément une autre puce.

Toutes les pièces pour ce circuit sont très bon marché ou gratuites. Une banque de 6 commutateurs imbriqués sur eBay coûte (au moment de la rédaction) 3,77 £. Ok donc ce n'est pas grand chose, mais mon 74HC174 coûtait 9 pence et j'avais déjà toutes les autres pièces, qui sont bon marché ou gratuites de toute façon.

Le nombre minimum de contacts que vous obtenez normalement avec un interrupteur à verrouillage mécanique est DPDT, mais vous pouvez facilement en obtenir plus. Si vous voulez plus de "contacts" avec ce circuit, vous devez ajouter plus de périphériques de sortie, généralement des mosfets.

Un gros avantage par rapport aux commutateurs à verrouillage standard est que vous pouvez utiliser n'importe quel type de commutateurs momentanés, positionnés où vous le souhaitez, ou même piloter les entrées à partir d'un signal entièrement différent.

Si vous ajoutez un transistor mosfet à chacune des sorties de ce circuit, vous obtenez une sortie SPCO, sauf que ce n'est même pas vraiment bon, car vous ne pouvez le connecter que dans 1 sens. Connectez-le dans l'autre sens et vous obtenez une diode très faiblement alimentée à la place.

D'un autre côté, vous pouvez ajouter beaucoup de mosfets à une sortie avant qu'elle ne soit surchargée, vous pouvez donc avoir un nombre arbitrairement grand de pôles. En utilisant des paires de type P et N, vous pouvez également créer des sorties bidirectionnelles, mais cela ajoute également de la complexité. Vous pouvez également utiliser les sorties non-Q des bascules, ce qui vous donne une action alternative. Il y a donc potentiellement beaucoup de flexibilité avec ce circuit, si la complexité supplémentaire ne vous dérange pas.