Chaveador USB

Há alguns anos eu precisei de um dispositivo que me permitisse compartilhar um dispositivo USB entre dois computadores. A ideia de "por e tirar" (isso ficou estranho!) o dispositivo das portas USB não me pareceu adequado, principalmente devido ao desgaste que isso poderia provocar nos conectores USB das máquinas.

Pensando nisso acabei criando um pequano chaveador, sem o uso de um microcontrolador. Usei apenas dois CIs muito comuns e um pequeno relé, além de mais alguns componentes discretos muito fáceis de se encontrar em qualquer lugar. O teste do protótipo pode ser visto no vídeo (acima) presente em meu canal no Youtube.

Assim nasceu o meu chaveador. E hoje ele é usado conectado ao Xbox 360 dos meus filhos para selecionar um dos dois "portais" que eles possuem para o jogo "Skylanders". Nunca entendi direito, mas ao tentar manter os dois conectados tivemos problemas.

O uso do mesmo pode então ser feito de, pelo menos, duas maneiras distintas:

• compartilhar um periférico entre dois PCs diferentes (sempre um por vez);
• usar dois periféricos "conflitantes" em um PC (também aqui, sempre um por vez).
  

Como funciona

O circuito é muito simples, e está logo abaixo.

O CI1, um 555, foi configurado como mono estável. Assim cada vez que se pressiona a chave S1 o mesmo gera um pulso no pino 3 deste CI dado pela equação:

t = R * C *  1.1

Onde:

• t é o tempo em segundos;
• R é a resistência R2 em ohms;
• C é a capacitância de C1 em Farads.

Dessa maneira, no circuito, o pulso teria um tempo de:

t = 1.000.000 * 0.000001 * 1.1 = 1.1 segundos

Assim, cada vez que se pressionar S1, teremos um pulso na entrada do CI2 4013 (um duplo flip-flop tipo D) de aproximadamente 1s. Isso gera bastante estabilidade no acionamento do flip-flop e consequentemente das chaves operadas pelo relé.

O CI2 tem seu pino de reset ligado ao conjunto C2/R3 e ao ser ligado, "reseta" (saída em "0" lógico).  Note que o pulso de CI1 é inserido no pino de clock de CI2. Assim a cada clock, o flip-flop transfere para a sua saída "Q" o que estiver presente em sua entrada "D" ("0" ou "1"). E qual o nível lógico presente em sua entrada? Isso é dado sempre pela saída "Q barrado".

Sabemos que ao resetar o flip-flop sua saída "Q" será colocada em "0" lógico e nessa situação Q1 será colocado em corte e o relé ficará desativado. Ao receber um pulso de clock, o flip-flop transfere a entrada "D" (igual a Q barrado) para sua saída "Q" que assim passara para o estado lógico "1" colocando Q1 em saturação ligando o relé. "Q barrado" agora terá o estado lógico "0" (inverso de "Q") e consequentemente isso estará presente na entrada "D", para que num próximo pulso de clock o estado do flip-flop seja trocado novamente e assim sucessivamente.

Os LEDs D1 e D2 ajudam a visualizar a porta USB que vai estar conectada a porta "central" naquele momento.

O relé RL1 é do tipo chave dupla e basicamente conecta os pontos D+ e D- da porta USB_CENTRAL aos pontos D+ e D- das portas USB_1 ou USB_2, sempre uma por vez.

A alimentação de 5VDC para o circuito é retirada da própria porta USB e a corrente de consumo é muito baixa e não afetará os periféricos conectados às mesmas.

Montagem

A montagem do circuito é bem simples. Abaixo mostro o desenho da mesma e mais abaixo você poderá fazer o download da mesma, já invertida, pronta para ser transferida para uma placa de circuito impresso virgem.

Obs.: Se você não sabe como fazer  uma placa de circuito impresso, veja estes dois artigos presentes neste site onde ensino como fazer uma placa usando dois métodos diferentes:

• manual;
• transferência térmica.
  

Você também pode, se assim desejar e tiver os conhecimentos necessários, montar o circuito usando uma placa padrão. Eu usei essa técnica para um dos vários que já montei.

Tenha cuidado ao montar os CIs, pois se invertê-los além do circuito não funcionar você ainda poderá danificá-los irremediavelmente. Recomendo usar suportes para os CIs.

O transistor Q1 presente no circuito é um BC337, mas pode ser utilizado um BC547 ou BC548 sem maiores problemas. Qualquer outro precisa ser analisado (use o datasheet do transistor escolhido para saber se o mesmo é ou não compatível), pois a tensões de operação, correntes e/ou pinagem podem mudar. Cuidado ao montar este componente pois este é polarizado.

Os LEDs LED1 e LED2 podem ser de qualquer tipo, desde que difusos. Evite LEDs de alto-brilho, pois estes consomem uma corrente maior. Cuidado ao montá-los, pois também são polarizados.

O diodo D1 é do tipo de sinal 1N4148, mas na falta do mesmo qualquer um da série 1N400X pode ser utilizado.

A chave utilizada no desenho da placa é do tipo tactil, mas pode ser substituída por uma outra qualquer desde que do tipo push-button "normalmente aberta".

C1 é um capacitor eletrolítico e deve ser montado respeitando sua polaridade.

Prova e uso

Essa é a parte mais esperada após uma montagem. Eu sempre costumo verificar tudo, mais de uma vez, antes de qualquer coisa. Faça disso uma prática e não tenha pressa! Verifique todas as conexões e somente após ter certeza que tudo que está certo, parta para o teste definitivo!

Ligue o circuito conforme uma das duas situações escolhidas:

• 2 PCs compartilhando um periférico (neste caso o periférico é ligado a porta USB_CENTRAL e os PCS as portas USB_1 e USB_2);
• 2 periféricos conectados a um único PC (neste caso o PC deve ser conectado a porta USB_CENTRAL e os periféricos a portas USB_1 e USB_2).

A segunda opção pode parecer meio estranha, mas eu a uso (conforme descrito mais acima) em um Xbox 360 onde precisei conectar dois portais Skylanders (um jogo que meus filhos adoram). Acontece que o Xbox não aceita dois portais conectados ao mesmo tempo, gerando conflito entre os mesmos. Esse chaveador ajudou a manter os dois prontos para uso, bastando apertar um botão (S1) ;) .

Conclusão

Hoje em dia com o baixo custo dos microcontroladores no geral (inclusive Arduinos), nos vemos tentados a desenvolver todo e qualquer circuito utilizando um microcontrolador. Mas é incrível o que é possível fazer com circuitos discretos e/ou lógicos sem o uso de um microcontrolador. Experimente!!!

Downloads
- Esquema elétrico;
- Lay-out da placa de circuito impresso;
- Lista de materiais (Sério!?!? Use os desenhos presentes neste artigo e mãos a obra!).