Este circuito aprovecha una idea que vimos en una publicación de proyectos europeos (Summer Circuits) y que sin duda, por la inteligente solución que da al problema, puede servir de base para muchos proyectos interesantes de nuestros lectores. Se trata de una clave digital del tipo "sólo una activada" mediante circuitos integrados digitales CMOS de fácil obtención. Cinco salidas pueden activarse por medio de toques cortos en interruptores de presión.
La principal característica de esta clave de toque es que sólo una salida está activada en un instante. No es posible hacer que dos salidas estén al mismo tiempo en el nivel alto y por lo tanto accionadas al mismo tiempo. Si dos interruptores se presionan al mismo tiempo, todas las salidas van al nivel bajo.
Esta característica puede ser muy importante en algunos proyectos que pueden tener condiciones conflictivas peligrosas al circuito, si dos llaves se apriete al mismo tiempo. Un ejemplo de ello sería un control de apertura y cierre de una puerta en la que una condición conflictiva peligrosa para la integridad del motor y del sistema mecánico ocurriría si alguien apretar al mismo tiempo los botones "abrir" y "cerrar".
Las salidas digitales pueden drenar o suministrar una corriente de algunos miliamperios que sería más que suficiente para accionar interfaces de mayor potencia como por ejemplo transistores, otros circuitos lógicos o incluso opto-acopladores para accionamiento de triacs u otros dispositivos de potencia.
Evidentemente las aplicaciones se quedan por cuenta de los lectores, pero podemos sugerir algunas:
* Controles de máquinas industriales con 5 funciones no simultáneas activadas por teclas.
* Controles de puertas automáticas.
* Sistemas de distribución de señales eléctricas de mando, como por ejemplo sistemas de llamada remota. Con las teclas digitales del tipo 4066, por ejemplo, las señales de audio se pueden enrutar fácilmente mediante el simple mando de teclas, como se muestra en la figura 1.
* Circuitos de sintonización programada por varicap donde sólo una salida debe ser activada cada vez con su trimpot correspondiente para proporcionar la tensión al varicap, como muestra la figura 2.
COMO FUNCIONA
El circuito integrado 4028 consiste en un descodificador BCD a decimal con el pinado mostrado en la figura 3.
En nuestro circuito lo que hacemos es aprovechar las 4 condiciones posibles en que sólo una de las salidas BCD está en el nivel alto y que ocurren con los siguientes valores:
Decimal BCD
1 0001
2 0010
4 0100
8 1000
Así, cuando el circuito está encendido y todas las llaves están abiertas, los resistores de R1 a R4 mantienen las entradas A, B, C y D del circuito integrado que corresponden a las salidas de 1 a 4 en el nivel bajo y la salida 0 en el nivel alta.
El primer inversor del 4069 que está conectado a la salida 0 invierte esta señal y con ello se activa el indicador LED 1.
Si presionamos ahora S1 la entrada A va al nivel alto y al mismo tiempo todas las otras entradas permanecen en el nivel bajo. El decodificar "siente" esta nueva condición y conmuta a la salida lógica correspondiente, haciendo que el pasador 10 vaya al nivel 1 realimentando el circuito vía D4 que se mantiene en esta condición, incluso después de que la llave S1 sea suelta.
Esta condición refleja en el pin 14 de salida que hace que el inversor del 4069 que acciona el LED entre en acción encendiéndolo.
Para activar la salida 3 basta con accionar S3. Si la entrada A está activada cuando C se lleva al nivel alto, la información BCD llevada al decodificador será 0101 que corresponde al decimal 5. Sin embargo, como vimos, sólo aprovechamos las salidas correspondientes a los decimales 1, 2, 4 y 8.
En estas condiciones no tendremos ninguna salida activada quedando las salidas de 0 a 4 en el nivel bajo, como se esperaba. En el instante en que esto ocurra, estando S3 todavía presionado, la vuelta de la salida 1 al nivel bajo hace que ahora la entrada del decodificador BCD pase a ser 0100 lo que corresponde al 4 BCD. En estas condiciones el pasador 1 del 4028 va al nivel alto, el inversor hace que el LED3 encienda y al mismo D3 realimenta la señal bloqueando el circuito en esta condición. Podemos entonces quitar el dedo de S3 que la salida 3 se mantendrá en el nivel alto.
De la misma forma, cuando presionamos cualquier otra clave, antes de que su salida sea activada, todas las otras serán llevadas al nivel bajo, impidiendo que en cualquier instante tendremos dos salidas al mismo tiempo en el nivel alto.
Por supuesto, el hecho de que en la decodificación BCD a decimal tengamos sólo 4 valores en los que sólo uno de los dígitos es 1 (0001, 0010, 0100 y 1000) impide que más de 4 canales y uno que corresponda al reset sean obtenidos con este control) .
MONTAJE
En la figura 4 tenemos el diagrama completo de nuestra clave digital inteligente en su versión básica.
Observe que el circuito puede ser alimentado con tensiones de 3 a 15V. Para tensiones de 3 a 9 V la resistencia R5 puede ser de 470 ohms, pero para tensiones mayores debe ser aumentado. Para 12 V sugerimos 1 k ohms y para 15 V sugerimos 1,2 k ohms.
Como este circuito se puede utilizar como parte de otros diseños, el patrón de su placa de circuito impreso se puede incorporar al estándar del aparato final. Sin embargo, para los que deseen un control independiente damos en la figura 5 nuestra sugerencia de placa de circuito impreso.
Los resistores son todos de 1/8 W o mayores y los diodos son de uso general de silicio como los 1N4148 o 1N914. Los interruptores de presión son del tipo NA e incluso pueden formar parte de un teclado común de máquina de cálculo aprovechado para este propósito. Como las entradas del 4028 son de alta impedancia se pueden utilizar los teclados de goma conductora sin problemas.
Los LED son rojos comunes y eventualmente pueden quedar en el panel del aparato. Para los circuitos integrados se pueden utilizar sockets DIL para mayor comodidad y seguridad.
El único capacitor electrolítico desacopla la fuente y debe tener una tensión de trabajo un poco mayor que la usada en la alimentación. Si el valor no es crítico: cualquier capacitor entre 10 y 220 uF puede utilizarse en esta función.
PRUEBA Y USO
La prueba de funcionamiento es simple, ya que los LEDs sirven de indicadores.
Sólo tiene que conectar el circuito a una fuente de alimentación. Inicialmente sólo el LED 0 debe encenderse. Presionando entonces cualquiera de los interruptores el LED correspondiente (y sólo él) debe encenderse.
Comprobado el funcionamiento basta con conectar el circuito a los pasos controlados.
En la figura 6 tenemos ejemplos de accionamientos de cargas de mayor potencia a partir de las salidas de este circuito.
Semiconductores:
CI-1 - 4028 - circuito integrado CMOS
CI-2 - 4069 - circuito integrado CMOS
D1 a D6 - 1N4148 o equivalentes - diodos de silicio de uso general
LED0 a LED4 - LED rojos comunes
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1 a R4 - 22 k ohms
R5 - 470 ohms - ver texto
Capacitores:
C1 - 10 uF / 16V - electrolítico
Varios:
S0 a S4 - Interruptores de presión NA (normalmente abiertos)
Placa de circuito impreso, sockets para los circuitos integrados, hilos, soldadura, etc.