Các nút radio liên kết điện tử (* cải tiến! *): 3 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Thuật ngữ "nút radio" xuất phát từ thiết kế của radio ô tô cũ, trong đó sẽ có một số nút nhấn được điều chỉnh trước cho các kênh khác nhau và được khóa vào nhau một cách cơ học để mỗi lần chỉ có thể nhấn một nút.

Tôi muốn tìm cách tạo các nút radio mà không cần phải mua một số công tắc lồng vào nhau thực tế, bởi vì tôi muốn có thể chọn các giá trị đặt trước thay thế trong một dự án khác đã có công tắc xoay, vì vậy tôi muốn có một kiểu khác để tránh sai lầm.

Công tắc xúc giác rất phong phú và rẻ, và tôi đã tháo dỡ nhiều thứ khác nhau, vì vậy chúng dường như là lựa chọn tự nhiên để sử dụng. Một flip flop loại D hex, 74HC174, thực hiện chức năng khóa liên động một cách độc đáo với sự trợ giúp của một số điốt. Có thể một số chip khác có thể làm công việc tốt hơn nhưng '174 rất rẻ và điốt miễn phí (kéo bảng)

Một số điện trở cũng cần thiết và tụ điện để khử dội lại các công tắc (trong phiên bản đầu tiên) và cung cấp khả năng bật lại nguồn. Kể từ đó, tôi nhận thấy rằng bằng cách tăng tụ điện làm trễ xung nhịp, các tụ bù bộ chuyển đổi không cần thiết.

Mô phỏng "interlock.circ" chạy trong Logisim, bạn có thể tải xuống tại đây: https://www.cburch.com/logisim/ (Đáng tiếc là không còn được phát triển nữa).

Tôi đã sản xuất 2 phiên bản cải tiến của mạch, trong bản đầu tiên, chỉ cần loại bỏ các tụ bù lỗi. Trong thứ hai, một bóng bán dẫn được thêm vào để cho phép một trong các nút được kích hoạt tại thời điểm chuyển đổi, đưa ra một cài đặt mặc định.

Quân nhu

• 1x 74HC174
• Công tắc xúc giác 6x hoặc loại công tắc tạm thời khác
• Điện trở 7x 10k. Đây có thể là SIL hoặc DIL được đóng gói với một thiết bị đầu cuối chung. Tôi đã sử dụng 2 gói chứa 4 điện trở mỗi gói.
• Tụ điện 6x 100n - giá trị chính xác không quan trọng.
• 1x điện trở 47k
• Tụ điện 1x 100n, giá trị nhỏ nhất. Sử dụng bất cứ thứ gì lên đến 1u.
• Thiết bị đầu ra, ví dụ như mosfet nhỏ hoặc đèn LED
• Vật liệu để lắp ráp mạch

Bước 1: Thi công

Lắp ráp bằng cách sử dụng phương pháp ưa thích của bạn. Tôi đã sử dụng bảng đục lỗ hai mặt. Sẽ dễ thực hiện hơn với chip đóng gói DIL có lỗ thông, nhưng tôi thường nhận được các thiết bị SOIC vì chúng thường rẻ hơn nhiều.

Vì vậy, với một thiết bị DIL, bạn không phải làm bất cứ điều gì đặc biệt, chỉ cần cắm nó vào và lên dây.

Để có SOIC, bạn cần thực hiện một thủ thuật nhỏ. Uốn cong các chân khác nhau lên một chút để chúng không chạm vào bảng. Các chân còn lại sẽ ở khoảng cách chính xác để khớp với các miếng đệm trên bảng. Đây là hướng dẫn về cách tôi uốn cong mình (LÊN có nghĩa là cong lên, XUỐNG có nghĩa là để yên)

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

Bằng cách này, 4 trong số các điốt có thể được kết nối với các tấm đệm và chỉ cần 2 điốt được kết nối với các chân nâng. Tuy nhiên, một phần của tôi nghi ngờ điều này sẽ tốt hơn theo cách khác.

Đặt các điốt ra hai bên của chip và hàn chúng vào vị trí.

Lắp các điện trở kéo xuống cho mỗi đầu vào D. Tôi đã sử dụng 2 gói SIL mỗi gói 4 điện trở, Lắp điện trở kéo xuống cho đầu vào đồng hồ. Nếu sử dụng các gói SIL, hãy kết nối một trong các điện trở dự phòng thay vì một điện trở riêng biệt

Lắp các công tắc bên cạnh các điện trở.

Lắp các tụ điện khử dội cho các công tắc càng gần chúng càng tốt.

Phù hợp với các thiết bị đầu ra của bạn. Tôi đã sử dụng đèn LED để thử nghiệm và trình diễn, nhưng bạn có thể lắp một số thiết bị khác mà bạn chọn để có nhiều cực trên mỗi đầu ra, chẳng hạn.

• Nếu bạn lắp đèn LED, chúng chỉ cần 1 điện trở giới hạn dòng điện trong kết nối chung, vì chỉ có 1 đèn LED sáng tại một thời điểm!
• Nếu bạn sử dụng MOSFET hoặc các thiết bị khác, hãy chú ý đến hướng của thiết bị. Không giống như một công tắc thực, tín hiệu vẫn có mối quan hệ với kết nối 0v của mạch này vì vậy bóng bán dẫn đầu ra phải được tham chiếu đến nó.

Kết nối mọi thứ với nhau theo sơ đồ. Tôi đã sử dụng dây điện từ 0,1mm cho việc này, bạn có thể thích thứ gì đó ít tốt hơn một chút.

Bước 2: Cách thức hoạt động

Tôi đã cung cấp 4 phiên bản của giản đồ: bản gốc có tụ bù công tắc, có và không có mosfet đầu ra, và hai phiên bản khác trong đó tụ bù trễ xung nhịp đã được tăng lên, do đó việc gỡ lỗi công tắc trở nên không cần thiết, cuối cùng là bổ sung của một bóng bán dẫn hầu như sẽ "nhấn" một trong các nút khi bật nguồn.

Mạch sử dụng flip-flops loại D đơn giản với xung nhịp chung, thuận tiện bạn lấy 6 con này trong chip 74HC174.

Đồng hồ và mỗi đầu vào D của chip được kéo xuống đất thông qua một điện trở, vì vậy đầu vào mặc định luôn là 0. Các điốt được kết nối dưới dạng mạch "OR có dây". Bạn có thể sử dụng cổng OR 6 đầu vào, sau đó bạn sẽ không cần kéo xuống đầu vào đồng hồ, nhưng thú vị ở chỗ nào?

Khi lần đầu tiên bật mạch, chân CLR được kéo xuống mức thấp thông qua một tụ điện để đặt lại chip. Khi tụ điện sạc, thiết lập lại bị vô hiệu hóa. Tôi đã chọn 47k và 100nF để cung cấp một hằng số thời gian xấp xỉ 5 lần so với các nắp gỡ lỗi kết hợp và điện trở kéo xuống được sử dụng cho các công tắc.

Khi bạn nhấn một nút, nó đặt logic 1 trên đầu vào D mà nó được kết nối và thông qua một diode kích hoạt đồng hồ cùng một lúc. Điều này "đồng hồ" 1, làm cho sản lượng Q tăng cao.

Khi nhả nút, logic 1 được lưu trữ trong flip-flop, vì vậy đầu ra Q vẫn ở mức cao.

Khi bạn nhấn một nút khác, hiệu ứng tương tự cũng xảy ra trên nắp lật mà nó được kết nối với, nhưng vì các đồng hồ được đổi dấu phẩy, đồng hồ có số 1 trên đầu ra của nó giờ đã đồng hồ ở số 0, vì vậy đầu ra Q sẽ đi Thấp.

Bởi vì các công tắc bị nảy tiếp xúc, khi bạn nhấn và thả một công tắc, bạn không nhận được số 0 ngay sau đó là 1 rồi đến 0, bạn nhận được một luồng ngẫu nhiên của 1 và 0, làm cho mạch không thể đoán trước được. Bạn có thể tìm thấy một mạch gỡ lỗi công tắc phù hợp tại đây:

Cuối cùng tôi nhận thấy rằng với một tụ điện có độ trễ xung nhịp đủ lớn, việc gỡ lỗi các công tắc riêng lẻ là không cần thiết.

Đầu ra Q của bất kỳ bàn lật nào sẽ tăng cao khi nó được nhấn nút và đầu ra không phải-Q sẽ thấp. Bạn có thể sử dụng điều này để điều khiển MOSFET N hoặc P, được tham chiếu đến đường ray công suất thấp hoặc cao, tương ứng. Với tải được kết nối với cống của bất kỳ bóng bán dẫn nào, nguồn của nó thường sẽ được kết nối với 0v hoặc đường ray điện, tùy thuộc vào cực, tuy nhiên nó sẽ hoạt động như một công tắc được tham chiếu đến một số điểm khác, miễn là nó vẫn còn khoảng trống để xoay bật và tắt.

Sơ đồ cuối cùng cho thấy một bóng bán dẫn PNP được kết nối với một trong các đầu vào D. Ý tưởng là khi có nguồn điện, tụ điện ở chân của bóng bán dẫn sẽ tích điện cho đến khi nó đạt đến điểm mà bóng bán dẫn dẫn điện. Bởi vì không có phản hồi, bộ thu của bóng bán dẫn thay đổi trạng thái rất nhanh, tạo ra một xung có thể đặt đầu vào D cao và kích hoạt đồng hồ. Bởi vì nó được kết nối với mạch thông qua tụ điện, đầu vào D trở về trạng thái thấp và không bị ảnh hưởng đáng kể trong hoạt động bình thường.

Bước 3: Ưu và nhược điểm

Sau khi tôi xây dựng mạch này, tôi tự hỏi liệu nó có đáng để làm hay không. Mục tiêu là để có được chức năng giống như nút radio mà không cần chi phí chuyển mạch và khung lắp, tuy nhiên khi các điện trở kéo xuống và tụ khử dội được thêm vào, tôi thấy nó phức tạp hơn một chút so với mức tôi muốn.

Các công tắc lồng vào nhau thực sự không quên công tắc nào đã được nhấn khi tắt nguồn, nhưng với mạch này, nó sẽ luôn trở về cài đặt mặc định là "không có" hoặc mặc định vĩnh viễn.

Một cách đơn giản hơn để làm điều tương tự là sử dụng bộ vi điều khiển và tôi không nghi ngờ ai đó sẽ chỉ ra điều này trong các nhận xét.

Vấn đề với việc sử dụng micro là bạn phải lập trình nó. Ngoài ra, bạn phải có đủ chân cho tất cả các đầu vào và đầu ra bạn cần, hoặc có một bộ giải mã để tạo chúng, ngay lập tức bổ sung một chip khác.

Tất cả các bộ phận cho mạch này rất rẻ hoặc miễn phí. Một ngân hàng gồm 6 công tắc lồng vào nhau trên eBay có giá 3,77 bảng Anh (tại thời điểm viết bài). Ok, vậy là không nhiều, nhưng 74HC174 của tôi có giá 9 pence và tôi đã có tất cả các bộ phận khác, dù sao cũng rẻ hoặc miễn phí.

Số lượng địa chỉ liên lạc tối thiểu mà bạn thường nhận được với một công tắc khóa liên động cơ học là DPDT, nhưng bạn có thể dễ dàng nhận được nhiều hơn. Nếu bạn muốn có nhiều "liên hệ" với mạch này, bạn phải thêm nhiều thiết bị đầu ra hơn, điển hình là mosfet.

Một lợi thế lớn so với các công tắc lồng vào nhau tiêu chuẩn là bạn có thể sử dụng bất kỳ loại công tắc tạm thời nào, đặt ở bất kỳ đâu bạn thích hoặc thậm chí điều khiển đầu vào từ các tín hiệu hoàn toàn khác.

Nếu bạn thêm một bóng bán dẫn mosfet vào mỗi đầu ra của mạch này, bạn sẽ nhận được đầu ra SPCO, ngoại trừ nó thậm chí không thực sự tốt như vậy, bởi vì bạn chỉ có thể kết nối nó theo 1 chiều. Kết nối nó theo cách khác và thay vào đó bạn sẽ nhận được một diode công suất thấp.

Mặt khác, bạn có thể thêm nhiều mosfet vào một đầu ra trước khi nó bị quá tải, vì vậy bạn có thể có một số lượng cực lớn tùy ý. Bằng cách sử dụng cặp kiểu P và N, bạn cũng có thể tạo đầu ra hai hướng, nhưng điều này cũng làm tăng thêm độ phức tạp. Bạn cũng có thể sử dụng đầu ra not-Q của flip-flops, điều này cung cấp cho bạn một hành động thay thế. Vì vậy, có rất nhiều khả năng linh hoạt với mạch này, nếu bạn không bận tâm đến sự phức tạp thêm.