ปุ่มตัวเลือกที่เชื่อมต่อด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ (*ปรับปรุงแล้ว!*): 3 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

คำว่า "ปุ่มตัวเลือก" มาจากการออกแบบวิทยุในรถยนต์รุ่นเก่า โดยจะมีปุ่มกดจำนวนหนึ่งที่ปรับจูนช่องสัญญาณต่างๆ ล่วงหน้า และเชื่อมต่อกันด้วยกลไกเพื่อให้สามารถกดได้ครั้งละหนึ่งปุ่มเท่านั้น

ฉันต้องการหาวิธีสร้างปุ่มแบบเรดิโอโดยไม่ต้องซื้อสวิตช์ที่เชื่อมต่อกันจริง ๆ เพราะฉันต้องการเลือกค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าอื่นในโครงการอื่นที่มีสวิตช์แบบหมุนอยู่แล้ว ฉันจึงต้องการสไตล์ที่แตกต่างเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาด

สวิตช์แทคไทล์มีมากมายและราคาถูก และฉันมีภาระที่ต้องแยกส่วนจากสิ่งต่าง ๆ ดังนั้นพวกเขาจึงเป็นตัวเลือกที่เป็นธรรมชาติที่จะใช้ ฟลิปฟล็อปชนิด hex D รุ่น 74HC174 ทำหน้าที่ประสานอย่างดีด้วยความช่วยเหลือของไดโอดบางตัว อาจมีชิปตัวอื่นสามารถทำงานได้ดีกว่า แต่ '174 มีราคาถูกมากและไดโอดก็ว่าง (ดึงบอร์ด)

ตัวต้านทานบางตัวก็จำเป็นเช่นกัน และตัวเก็บประจุเพื่อลดการกระเด็นของสวิตช์ (ในเวอร์ชันแรก) และให้การรีเซ็ตการเปิดเครื่อง ฉันได้พบว่าโดยการเพิ่มตัวเก็บประจุหน่วงเวลานาฬิกา ตัวเก็บประจุสวิตช์ดีบักซ์ไม่จำเป็น

การจำลอง "interlock.circ" ทำงานใน Logisim ซึ่งคุณสามารถดาวน์โหลดได้ที่นี่: https://www.cburch.com/logisim/ (น่าเสียดายที่ไม่มีการพัฒนาอีกต่อไป)

ฉันได้ผลิตวงจรที่ปรับปรุงแล้ว 2 เวอร์ชัน โดยในตอนแรกเพียงแค่เอาตัวเก็บประจุแบบดีบักซ์ออกเท่านั้น ในวินาทีนั้น ทรานซิสเตอร์จะถูกเพิ่มเข้าไปเพื่อเปิดใช้งานปุ่มใดปุ่มหนึ่งเมื่อเปิดสวิตช์ ซึ่งเป็นการตั้งค่าเริ่มต้น

เสบียง

• 1x 74HC174
• สวิตช์สัมผัส 6x หรือสวิตช์ชั่วขณะประเภทอื่น
• ตัวต้านทาน 7x 10k สิ่งเหล่านี้สามารถเป็น SIL หรือ DIL ที่บรรจุด้วยเทอร์มินัลทั่วไป ฉันใช้ 2 แพ็คเกจที่มีตัวต้านทาน 4 ตัวแต่ละตัว
• ตัวเก็บประจุ 6x 100n - ค่าที่แน่นอนไม่สำคัญ
• ตัวต้านทาน 1x 47k
• ตัวเก็บประจุ 1x 100n ค่าต่ำสุด ใช้อะไรก็ได้ที่มีขนาดไม่เกิน 1u
• อุปกรณ์เอาท์พุต เช่น มอสเฟตขนาดเล็ก หรือ LEDs
• วัสดุสำหรับประกอบวงจร

ขั้นตอนที่ 1: การก่อสร้าง

ประกอบโดยใช้วิธีการที่คุณต้องการ ฉันใช้กระดานเจาะรูสองด้าน มันง่ายกว่าที่จะทำกับชิปบรรจุ DIL แบบรูทะลุ แต่ฉันมักจะได้อุปกรณ์ SOIC เพราะพวกเขามักจะถูกกว่ามาก

ดังนั้นด้วยอุปกรณ์ DIL คุณไม่จำเป็นต้องดำเนินการใดๆ เป็นพิเศษ เพียงแค่เสียบปลั๊กและต่อสายไฟ

สำหรับ SOIC คุณต้องทำเคล็ดลับเล็กน้อย งอขาสำรองขึ้นเล็กน้อยเพื่อไม่ให้แตะกระดาน หมุดที่เหลือจะอยู่ที่ระยะห่างที่ถูกต้องเพื่อให้ตรงกับแผ่นอิเล็กโทรดบนกระดาน นี่คือคำแนะนำในการงอของฉัน (UP หมายถึงงอขึ้น DOWN หมายถึงปล่อยให้อยู่คนเดียว)

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

ด้วยวิธีนี้ ไดโอด 4 ตัวสามารถเชื่อมต่อกับแผ่นอิเล็กโทรดและเพียง 2 ตัวเท่านั้นที่ต้องเชื่อมต่อกับขาที่ยกขึ้น ส่วนหนึ่งของฉันสงสัยว่าสิ่งนี้จะดีกว่าในทางกลับกัน

วางไดโอดที่ด้านใดด้านหนึ่งของชิปแล้วประสานเข้าที่

ติดตั้งตัวต้านทานแบบดึงลงสำหรับอินพุต D แต่ละตัว ฉันใช้ 2 SIL แพ็คละ 4 ตัวต้านทาน

ติดตั้งตัวต้านทานแบบดึงลงสำหรับอินพุตนาฬิกา หากใช้แพ็คเกจ SIL ให้เชื่อมต่อตัวต้านทานสำรองตัวใดตัวหนึ่งแทนตัวแยก

ติดตั้งสวิตช์ข้างตัวต้านทาน

ติดตั้งตัวเก็บประจุแบบดีเด้งสำหรับสวิตช์ให้ชิดกับตัวมากที่สุด

พอดีกับอุปกรณ์ส่งออกของคุณ ฉันใช้ไฟ LED สำหรับการทดสอบและสาธิต แต่คุณสามารถใส่อุปกรณ์อื่นที่คุณเลือกเพื่อรับหลายขั้วในแต่ละเอาต์พุตได้

• หากคุณติดตั้งไฟ LED พวกเขาต้องการตัวต้านทานจำกัดกระแสเพียง 1 ตัวในการเชื่อมต่อทั่วไป เนื่องจากไฟ LED เพียง 1 ดวงติดสว่างในแต่ละครั้ง!
• หากคุณใช้ MOSFET หรืออุปกรณ์อื่นๆ ให้ใส่ใจกับทิศทางของอุปกรณ์ ต่างจากสวิตช์จริง สัญญาณยังคงมีความสัมพันธ์กับการเชื่อมต่อ 0v ของวงจรนี้ ดังนั้นต้องอ้างอิงทรานซิสเตอร์เอาต์พุต

ต่อทุกอย่างเข้าด้วยกันตามแผนผัง ฉันใช้ลวดแม่เหล็ก 0.1 มม. สำหรับสิ่งนี้ คุณอาจชอบบางอย่างที่ไม่ค่อยดีนัก

ขั้นตอนที่ 2: มันทำงานอย่างไร

ฉันได้จัดเตรียมแผนผังไว้ 4 เวอร์ชัน: เวอร์ชันดั้งเดิมที่มีตัวเก็บประจุแบบดีบาวซ์แบบสวิตช์ มีและไม่มีเอาต์พุตมอสเฟต และอีกสองเวอร์ชันที่ตัวเก็บประจุหน่วงเวลานาฬิกาเพิ่มขึ้น ดังนั้นการดีบาวซ์ของสวิตช์จึงไม่จำเป็น ในที่สุดก็มีการเพิ่ม ของทรานซิสเตอร์ซึ่งแทบจะ "กด" ปุ่มใดปุ่มหนึ่งเมื่อเปิดเครื่อง

วงจรนี้ใช้ฟลิปฟลอปชนิด D แบบธรรมดาพร้อมนาฬิกาทั่วไป คุณจะได้รับ 6 อันจากชิป 74HC174 อย่างสะดวก

นาฬิกาและอินพุต D แต่ละตัวของชิปถูกดึงลงกราวด์โดยใช้ตัวต้านทาน ดังนั้นอินพุตเริ่มต้นจะเป็น 0 เสมอ ไดโอดเชื่อมต่อเป็นวงจร "แบบมีสายหรือ" คุณสามารถใช้ 6 อินพุต OR เกท คุณไม่จำเป็นต้องดึงอินพุตของนาฬิกาลงมา แต่จะสนุกตรงไหน

เมื่อเปิดวงจรครั้งแรก พิน CLR จะถูกดึงให้ต่ำผ่านตัวเก็บประจุเพื่อรีเซ็ตชิป เมื่อตัวเก็บประจุชาร์จ การรีเซ็ตจะถูกปิดใช้งาน ฉันเลือก 47k และ 100nF เพื่อให้เวลาคงที่ประมาณ 5 เท่าของตัวพิมพ์ใหญ่ดีบักซ์และตัวต้านทานแบบดึงลงที่ใช้สำหรับสวิตช์

เมื่อคุณกดปุ่ม มันจะวางลอจิก 1 บนอินพุต D ที่เชื่อมต่ออยู่ และไดโอดจะทริกเกอร์นาฬิกาพร้อมกัน สิ่งนี้ "นาฬิกาใน" 1 ทำให้เอาต์พุต Q สูงขึ้น

เมื่อปล่อยปุ่ม ลอจิก 1 จะถูกเก็บไว้ในฟลิปฟลอป ดังนั้นเอาต์พุต Q จะยังคงสูง

เมื่อคุณกดปุ่มอื่น เอฟเฟกต์เดียวกันนี้จะเกิดขึ้นกับฟลิปฟลอปที่เชื่อมต่ออยู่ แต่เนื่องจากนาฬิกาเป็นแบบเดียวกัน นาฬิกาที่มีเลข 1 อยู่ที่เอาต์พุต จึงมีนาฬิกาเป็น 0 อยู่แล้ว ดังนั้นเอาต์พุต Q จะไป ต่ำ.

เนื่องจากสวิตช์ต้องเผชิญกับการเด้งของหน้าสัมผัส เมื่อคุณกดและปล่อยสวิตช์ คุณจะไม่ได้ 0 เรียบร้อย 1 แล้ว 0 คุณจะได้กระแสของการสุ่ม 1 และ 0 ทำให้วงจรคาดเดาไม่ได้ คุณสามารถหาวงจรดีบาวซ์สวิตช์ที่เหมาะสมได้ที่นี่:

ในที่สุดฉันก็พบว่าด้วยตัวเก็บประจุหน่วงเวลานาฬิกาขนาดใหญ่เพียงพอ การแยกสวิตช์แต่ละตัวจึงไม่จำเป็น

เอาต์พุต Q ของ flip-flop จะสูงขึ้นเมื่อกดปุ่ม และเอาต์พุตที่ไม่ใช่ Q จะต่ำ คุณสามารถใช้สิ่งนี้เพื่อควบคุม N หรือ P MOSFET ที่อ้างอิงถึงรางพลังงานต่ำหรือสูง ตามลำดับ เมื่อโหลดต่อกับเดรนของทรานซิสเตอร์ใดๆ แหล่งจ่ายมักจะเชื่อมต่อกับ 0v หรือรางไฟ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับขั้ว แต่จะทำหน้าที่เป็นสวิตช์ที่อ้างอิงไปยังจุดอื่นๆ ตราบใดที่ยังมีพื้นที่ว่างในการเลี้ยว เปิดและปิด.

แผนผังสุดท้ายแสดงทรานซิสเตอร์ PNP ซึ่งเชื่อมต่อกับอินพุต D ตัวใดตัวหนึ่ง แนวคิดก็คือเมื่อใช้พลังงาน ตัวเก็บประจุที่ฐานของทรานซิสเตอร์จะชาร์จจนกระทั่งถึงจุดที่ทรานซิสเตอร์ดำเนินการ เนื่องจากไม่มีการป้อนกลับ ตัวสะสมของทรานซิสเตอร์จึงเปลี่ยนสถานะอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดพัลส์ซึ่งสามารถตั้งค่าอินพุต D ให้สูงและกระตุ้นนาฬิกาได้ เนื่องจากมีการเชื่อมต่อกับวงจรผ่านตัวเก็บประจุ อินพุต D จะกลับสู่สถานะต่ำและไม่ได้รับผลกระทบอย่างเห็นได้ชัดในการทำงานปกติ

ขั้นตอนที่ 3: ข้อดีและข้อเสีย

หลังจากที่ฉันสร้างวงจรนี้ขึ้นมา ฉันสงสัยว่ามันคุ้มค่าที่จะทำหรือไม่ วัตถุประสงค์คือเพื่อให้ได้ปุ่มตัวเลือก เช่น ฟังก์ชันการทำงานโดยไม่ต้องเสียค่าสวิตช์และโครงยึด แต่เมื่อเพิ่มตัวต้านทานแบบดึงลงและตัวเก็บประจุแบบดีเด้งแล้ว ฉันพบว่ามันซับซ้อนกว่าที่ฉันจะชอบเล็กน้อย

สวิตช์ที่เชื่อมต่อกันจริงอย่าลืมว่าสวิตช์ตัวไหนถูกกดเมื่อปิดเครื่อง แต่ด้วยวงจรนี้ สวิตช์จะกลับไปเป็นการตั้งค่าเริ่มต้นเป็น "ไม่มี" เสมอ หรือเป็นค่าเริ่มต้นถาวร

วิธีที่ง่ายกว่าในการทำสิ่งเดียวกันคือการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ และฉันไม่สงสัยเลยว่าจะมีใครมาชี้ให้เห็นสิ่งนี้ในความคิดเห็น

ปัญหาในการใช้ไมโครคือ คุณต้องตั้งโปรแกรม นอกจากนี้ คุณต้องมีพินเพียงพอสำหรับอินพุตและเอาต์พุตทั้งหมดที่คุณต้องการ หรือมีตัวถอดรหัสเพื่อสร้างซึ่งเพิ่มชิปอีกตัวในทันที

ชิ้นส่วนทั้งหมดของวงจรนี้มีราคาถูกหรือฟรีมาก ธนาคารที่มีสวิตช์เชื่อมต่อกัน 6 ตัวในราคา eBay (ในขณะที่เขียน) 3.77 ปอนด์ ตกลงไม่มาก แต่ 74HC174 ของฉันราคา 9 เพนนีและฉันมีชิ้นส่วนอื่น ๆ ทั้งหมดซึ่งมีราคาถูกหรือฟรีอยู่แล้ว

จำนวนผู้ติดต่อขั้นต่ำที่ปกติแล้วคุณจะได้รับจากสวิตช์ประสานทางกลคือ DPDT แต่คุณสามารถรับเพิ่มเติมได้อย่างง่ายดาย หากคุณต้องการ "ผู้ติดต่อ" กับวงจรนี้มากขึ้น คุณต้องเพิ่มอุปกรณ์เอาต์พุตเพิ่มเติม ซึ่งโดยทั่วไปคือมอสเฟต

ข้อได้เปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่งเมื่อเทียบกับสวิตช์ประสานมาตรฐานคือ คุณสามารถใช้สวิตช์ชั่วขณะประเภทใดก็ได้ ตำแหน่งใดก็ได้ตามต้องการ หรือแม้แต่ขับอินพุตจากสัญญาณที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

หากคุณเพิ่มทรานซิสเตอร์มอสเฟตให้กับแต่ละเอาต์พุตของวงจรนี้ คุณจะได้เอาต์พุต SPCO ยกเว้นว่ามันไม่ได้ดีขนาดนั้นด้วยซ้ำ เพราะคุณสามารถเชื่อมต่อได้เพียงทางเดียวเท่านั้น เชื่อมต่อด้วยวิธีอื่นและคุณจะได้ไดโอดพลังงานต่ำมากแทน

ในทางกลับกัน คุณสามารถเพิ่มมอสเฟตจำนวนมากให้กับเอาต์พุตก่อนที่จะโอเวอร์โหลด ดังนั้นคุณจึงสามารถมีเสาจำนวนมากได้ตามอำเภอใจ ด้วยการใช้คู่ประเภท P และ N คุณสามารถสร้างเอาต์พุตแบบสองทิศทางได้ แต่สิ่งนี้ยังเพิ่มความซับซ้อนอีกด้วย คุณยังสามารถใช้เอาต์พุตที่ไม่ใช่ Q ของ flip-flop ซึ่งจะทำให้คุณมีทางเลือกอื่น ดังนั้นวงจรนี้จึงมีความยืดหยุ่นมาก ถ้าคุณไม่คำนึงถึงความซับซ้อนเพิ่มเติม