Несколько кнопок управляют одной удаленной нагрузкой

Texas Instruments CD4093B CD74HC132

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2020

Tom Hornak

EDN

Иногда вам необходимо из нескольких точек удаленно включать или выключать систему с двумя состояниями, например, источник света. Можно подключить простые кнопочные переключатели параллельно к однопроводной шине. Однако, если шина просто управляет переключением триггера, система должна знать свое текущее состояние, чтобы правильно установить новое требуемое состояние. Например, если вы хотите убедиться, что свет включен, то, прежде чем решать, переключать ли триггер, нужно либо обеспечить визуальную обратную связь, либо электрическую обратную связь через второй провод. Кроме того, переключатели должны быть бездребезговыми.

Схема на Рисунке 1 обеспечивает установку того или иного состояния в зависимости от времени, в течение которого удерживается нажатой любая кнопка от S1 до SN. Нажатие в течение нескольких миллисекунд, например, гарантирует, что система установится в одно определенное состояние. А нажатие, например, в течение одной секунды гарантирует, что система установится в другое состояние. При этом не требуется ни визуальная, ни электрическая обратная связь.

Кратковременное нажатие любой из кнопок от S1 до SN фиксирует выход Q1 в состоянии «лог. 1», а выход Q2 - в состоянии «лог. 0». Длительное нажатие устанавливает схему в противоположное состояние: низкий уровень Q1 и высокий уровень Q2.
Рисунок 1. Кратковременное нажатие любой из кнопок от S1 до SN фиксирует выход Q1 в состоянии «лог. 1»,
а выход Q2 – в состоянии «лог. 0». Длительное нажатие устанавливает схему в противоположное
состояние: низкий уровень Q1 и высокий уровень Q2.

Схема представляет собой простой RS-триггер на двух КМОП элементах «И-НЕ» с триггерами Шмитта на входах. Можно использовать половины микросхем CD4093 или a 74HC132. На Рисунке 2 показаны сигналы в отдельных узлах схемы. Красные линии соответствуют «короткому» нажатию кнопки, а синие линии соответствуют «длинному» нажатию.

Красные линии соответствуют кратковременному нажатию кнопки на интервале времени B; синие линии соответствуют продолжительному нажатию.
Рисунок 2. Красные линии соответствуют кратковременному нажатию кнопки на интервале
времени B; синие линии соответствуют продолжительному нажатию.

На Рисунке 2 на отрезке времени A все кнопки отпущены, напряжения V1 и V2 имеют высокие уровни, а выходы Q1 и Q2 хранят последнее введенное состояние. На рисунке это показано произвольно как низкий уровень на выходе Q1 и высокий на выходе Q2, но истинным также может быть и противоположное состояние. Когда одна из кнопок замыкается (интервал B), уровень V1 становится низким, но из-за задержки, вносимой цепью R2 и C2, уровень V2 сохраняется высоким. В результате уровень Q1 будет высоким, а Q2 – низким, независимо от предыдущего состояния на интервале A.

Если нажать кнопку на короткое время (красная линия, интервал C), V1 вернется к высокому уровню раньше, чем V2 достигнет порога переключения VHL логического элемента IC1B. Цепь остается заблокированной с высоким уровнем выхода Q1 и низким уровнем Q2 (красные лини на участках от C до E). Если удерживать кнопку нажатой продолжительное время, уровень V1 останется низким, сохраняя «лог. 1» на выходе Q1 (синие линии на участках C и D). C2 постепенно разряжается через R2 (интервал C), пока V2 не пересечет нижний порог гистерезиса IC1B (VHL) в конце участка C. В результате Q2 переключится в «лог. 1». Пока кнопка нажата (участок D), C2 продолжает разряжаться еще больше, поддерживая высокий уровень Q2. После отпускания кнопки (участок E) V1 возвращается к высокому уровню. Теперь, поскольку уровень Q2 также высокий, уровень Q1 становится низким. С2 снова заряжается через R2, подготавливая цепь к следующей активации.

Таким образом, короткое нажатие кнопки фиксирует высокий уровень Q1 и низкий уровень Q2. Продолжительное нажатие фиксирует низкий уровень Q1 и высокий уровень Q2, но только после отпускания кнопки. Важно, чтобы на конечное состояние Q1 и Q2 не влияли дребезг контактов или отражения от несогласованного конца шины.

Поскольку задержка в цепи триггера незначительна, минимальное время нажатия кнопки определяется временем, необходимым для полного разряда конденсатора С1 и паразитной емкости шины через последовательное сопротивление шины. Это время никогда не превысит 1 мс. Максимальное время короткого нажатия – это время, за которое C2 разряжается до 90% от напряжения питания VDD. При номиналах компонентов, показанных на Рисунке 1, это время составляет 110 мс. Минимальное время продолжительного нажатия  – это время, необходимое конденсатору C2 для разряда ниже VHL. Для худшего случая, когда VHL = VDD/2, и для показанных на схеме номиналов компонентов R2 и C2, это минимальное время равно 690 мс. Максимального времени нажатия нет. Таким образом, существует широкий допуск как для времени короткого, так и для времени продолжительного нажатия, и между ними имеется большой запас.

C1 блокирует любые помехи, попадающие на шину извне. Сопротивление R1 выбирается таким, чтобы независимо от утечек поддерживать высокий уровень шины. Кроме того, в течение нескольких миллисекунд после отпускания кнопки через R1 должны перезарядиться до уровня VDD конденсатор C1 и емкость шины. Таким образом, номиналы R1 и C1 зависят от особенностей шины.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments CD4093B
  2. Datasheet Texas Instruments CD74HC132

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Multiple remote points control on/off switch

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

CD4093B Купить ЦенаКупить CD4093B на РадиоЛоцман.Цены — от 10,96 до 70,23
5 предложений от 5 поставщиков
CMOS QUAD 2-INPUT NAND SCHMITT TRIGGERS
Варта
Россия
CD4093B
Texas Instruments
10,96 ₽
Триема
Россия
CD4093B, (HCF4093M013TR) SO14
STMicroelectronics
13,00 ₽
AliExpress
Весь мир
10 шт./партия, CD4093BCN CD4093B CD4093 CD4093BE DIP-14, новый оригинальный продукт, бесплатная доставка, быстрая доставка
70,23 ₽
ЭлектроПласт- Екатеринбург
Россия
CD4093B----CALLREP
Texas Instruments
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя