Заключване на цифрова комбинация!: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:56

Винаги съм се чудил как работят електронните брави, така че след като завърших основния курс по цифрова електроника, реших сам да си направя такъв. И аз ще ви помогна да създадете свой собствен!

Можете да го свържете към всичко от 1V до 400V (или може би повече, което зависи от РЕЛЕТО), DC или AC, така че да можете да го използвате за управление на друга верига или дори за електрифициране на ограда !! (моля, не опитвайте това, наистина опасно) … Свързах мини коледно дърво към изхода (110v), защото не бях свалил украсата за празника от лабораторията си, така че беше наоколо по времето, когато завърших проекта.

Ето няколко снимки на завършената система и видеоклип, така че можете да я видите как работи.

Стъпка 1: Как работи?

Първо помислих какво трябва да се обработи и как. Затова нарисувах тази диаграма като карта, която да ме ориентира, докато изграждам всяка част от проекта. Ето обобщение как работи.

• Първо се нуждаем от схема за декодиране на 10-те възможни входа (0-9) към нейния 4 изходен BCD (двоично кодирана десетична) и друг изход, който ни казва при натискане на който и да е бутон.
• След това трябва да изградим веригата, за да могат нашите два 7-сегментни дисплея да работят правилно, с 4 входа за BCD номер и разбира се 7 изхода за нашите дисплеи (използвах IC 74LS47)
• След това схема за запазване на всяко натиснато число и превключване между дисплеи
• Както и вътрешна памет за нашата парола
• И огнището на нашата ключалка, компараторът (неговите 8 бита, тъй като на дисплея има 4 бита на цифра, което означава, че ако искате да направите 4 -цифрено заключване, ще ви трябват два от тези свързани заедно.) Това ще каже ни, ако номерата на дисплеите са същите като паролата, запазена във вътрешната памет.
• И накрая верига за запазване на сигнала ОТВОРЕН или ЗАКРИТ за неопределено време и разбира се изход (това е всичко, което искате да контролирате с ключалката си)

Стъпка 2: Материали

Ето всичко, от което ще се нуждаете. ЗАБЕЛЕЖКА: Взех повечето материали от стара видеорекордерна платка, така че те бяха „безплатни“, правейки този проект наистина евтин. Общо изразходвах около 13 dll (повечето от IC струваха 76 цента, с изключение на D-ff (около 1,15), защото нямах IC, но можете да ги запазите за бъдещи проекти, те са чудесна инвестиция. Компоненти:

• Много диоди (около 20) за осъществяване на еднопосочни връзки.
• Един NPN транзистор (за захранване на релейната бобина с достатъчно ток)
• Едно реле (за управление на свързаното устройство)
• Един червен светодиод (за да покаже кога системата е ЗАКЛЮЧЕНА)
• 14 бутона за натискане
• Много резистори (наистина няма значение съпротивлението, просто трябва да настроите IC пиновете на 1 или 0 [+ или -])
• Два 7-сегментни дисплея.
• Много тел !!

Интегрални схеми:

• Два 7432 (ИЛИ GATES) за изграждане на DEC към BCD и компаратора
• Две 7486 (XOR GATES) душа на сравнителя.
• Два 7447 драйвера на дисплея
• Четири 74175 (4 D-FF) всеки е памет, способна да побере 4 бита.
• Един 7476 (2 JK-FF) за селектора на дисплея и за задържане на сигнала ОТВОРЕНО ЗАТВОР.
• Един 7404 (NOT GATE) инвертира тактовия импулс за селектора на дисплея. (бихте могли да използвате NPN транзистор, защото имате нужда само от един порта (IC има 6).

Инструменти:

• 3 протоборда (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Клещи
• Екзакто нож
• 5V DC захранване (захранва вериги)
• 12V DC захранване (захранва релейната бобина)
• 120V AC захранване (захранва устройството на изхода)

ЗАБЕЛЕЖКА: Използвах около 8 фута тел и съвет за това, настоявайки да закупите скъп проводник от протоборд, можете да си купите 3 фута Ethernet кабел, да го отстраните и ще имате 8 или 9 проводника, всеки с различен цвят и 3 фута дълъг. (точно това правя, тъй като нормалният проводник от протоборд е около 10 фута на долар. Но за долар бихте могли 3,3 фута Ethernet кабел, така че ще получите около 27-30 фута!

Стъпка 3: Преминете към BCD

Първата стъпка е изграждането на система за въвеждане, така че можете да комуникирате с ключалката си. Проектирах следната схема, за да постигна две основни цели.

• Превърнете някое от 10-те числа от (0-9) към неговия BCD (двоичен) аналог. (Всъщност има IC за тази цел, но той не беше на склад, когато отидох в местния електронен магазин. Така че, ако получите ще си спестите много време и неприятности, но мисля, че по този начин е по -забавно)
• Възможност за откриване при всяко натискане на бутон.

За да разрешим първия проблем, трябва да разгледаме тази таблица на истината, за да знаем кой изход (ABCD) ще бъде висок (1), когато натискаме всеки бутон. DCBA] X 0 0 0 0] 0 0 0 0 1] 1 0 0 1 0] 2 0 0 1 1] 3 0 1 0 0] 4 0 1 0 1] 5 0 1 1 0] 6 0 1 1 1] 7 1 0 0 0] 8 1 0 0 1] 9 Сега ето къде се използва нещо, което обичам в Digitals … Има много начини да направите едно нещо…. Точно като математиката можете да стигнете до 3, като добавите 1+2 или извадите 4-1 или 3^1…. С други думи, можете да изградите много различни схеми, за да постигнете същата цел, това е нещо, което улеснява настоящата ни задача. Проектирах тази схема, защото мислех, че използва няколко интегрални схеми, но можете да проектирате своя собствена! Сега знам, че някои може би се почесват по главите, опитвайки се да разберат защо съм използвал толкова много диоди, ето отговорът … Диодите работят като еднопосочна връзка, така че в двойка, свързана както в моята схема, ако има (1) напрежение от "положителната страна" ще проведе ток, така че ще имаме напрежение и от другата страна, но ако има отрицателно или несъществуващо напрежение (0), то ще се държи като отворена верига. Нека проверим поведението на тези диоди, като извикаме първия диоден анод (+) "E", а втория диоден анод "F" и изходът ще бъде свързаният им катод "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Можете да видите, че имаме точно същото поведение, отколкото ИЛИ GATE, а след това: Защо не използвате само диоди, по този начин ще спестите още повече интегрирани Схеми и пари? … Е, отговорът е прост и наистина трябва да го вземете под внимание, НАПРЕЖЕНИЕТО, НАКЛЮЧЕНО НА ВСЕКИ ДИОД. Обикновено е около 0.65V. Защо така? Тъй като всеки диод се нуждае от поне 0,6 V през своя анод и катод, за да наближи кръстовището си, така че той може да започне да провежда. С други думи, за всеки диод, който свързвате и работи едновременно, ще загубите 0,65 V … това няма да е голям проблем, ако само включваме светодиоди, но работим с TTL IC, това означава, че се нуждаем от поне повече от 2 V. И тъй като започваме с 5 v. Това означава, че свързването на 5 диода ще доведе до повреда в нашата верига (интегралната схема няма да може да прави разлика между 0v и по -малко от 2v …) Ето защо никога не съм използвал повече от 2 диода на всеки вход … ЗАБЕЛЕЖКА: Трябва да свържете резистор, свързан към GND в всеки вход OR Gate … За да реша втория проблем, просто добавих диод към всеки ABCD и 0 и ги свързах заедно, така че когато някой от тях е 1, ще имате 1 на "Натиснете" (P). Сега остава само да го вградите в чертежа си, или ако искате да спестите малко място, можете да направите, както направих аз, и да пробиете няколко дупки в строителна хартия и да запоите диодите и бутоните там … Ако имате нужда малко повече информация за Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Ако имате нужда от още информация за диодите:

Стъпка 4: Показва

Тази стъпка е една от най -лесните, просто трябва да декодираме ABCD входовете, за да управляваме седем сегментния дисплей … И за щастие вече има интегрална схема, която ще ни спести цялата логика, време и пространство.

Ако използвате дисплей с общ анод, тогава ще ви е необходим 7447.

Ако използвате дисплей с общ катод, тогава ще ви е необходим 7448.

Окабеляването е същото, така че така или иначе можете да използвате моята схема.

Входовете ABCD за всяка IC идват от изхода на всяка памет (ще прегледаме спомените в следващата стъпка)

Стъпка 5: Памет

Това е, ако променим от комбинационна логика към секуленциална логика … За да направим 4-битовата (ABCD) памет, ние просто се нуждаем от D-джапанка за всеки бит, а в 74175 имаме 4 от тях. Не забравяйте, че всяко число е представено в ABCD, така че всеки 74175 може да запише едно число. За повече информация относно това как работи D-flipflop и как записва информация,: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Въвеждането на първите две памет (данни "D") идва от DEC към BCD кодера, който създадохме на първата стъпка. Е, ние имаме информацията, която всеки ще съхранява, но кога ще я запазят? Разбира се, едното ще запише първото натиснато число, а другото второто натиснато число … И така, как да постигнем този ефект? Е, с друг вид FF (джапанки) JK, когато двата J и K входа са високи, той ще промени състоянието на изходите към неговото допълнение (отрицание), с други думи, ще имаме на "Q" 1, след това 0, след това отново 1, след това 0 и така нататък. Тези Q и Q´ са часовникът за спомените (какво ще им каже кога да запазят нови данни.) Импулсът, който ще определи кога се прави тази промяна, е "P", който е висок, когато натиснете произволен номер, но запишете информацията навреме, ще ни трябва обратното, така че тук използваме NOT GATE. С други думи, след като натиснем бутон, jk ff ще промени изхода си, като включи първата памет, така че да запише данните, след това натискаме отново и първото състояние на запис в паметта ще бъде изключено, но втората памет ще запази новите данни! Добавих в този момент бутон за нулиране, който ще върне и двете памет (ABCD) обратно на 0 и ще върне селектора на дисплея (jk ff) към първата памет. За повече информация относно JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Сега … защо казах, че имаме нужда от четири 74175? Ами да запазите паролата !! Макар че е възможно просто да зададете паролата с резистори на GND или Vcc, това ще направи паролата ви статична и невъзможна за промяна, ако заключване направите в печатна платка. Така че, с памет, можете да запазите паролата и да я промените толкова пъти, колкото искате. Входовете ще бъдат изходите от паметта на нашите дисплеи, така че когато положителният импулс достигне техния часовник, вие ще се справите каквито и цифри да има на дисплеите. (и двете, спомените и паролите ще имат една и съща информация). Разбира се, импулсът "нова парола" ще бъде наличен само ако вече сте въвели правилната парола и сте отворили ключалката. Като цяло ще имаме капацитет за съхранение от 2 байта или 16 бита !!

Стъпка 6: Сравняване

На този етап имаме система, която е в състояние да запише всяко число, което натискаме в един дисплей, след това в другия, и да копира тази информация в паметта на паролата … все още ни липсва същественото, сравнителят … една верига, която ще сравнява двете (ABCD) на паметта на дисплея с двете (ABCD) на паметта на паролата.. Отново вече има IC от семейството TTL, което върши цялата мръсна работа, но не беше налично в местния електронен магазин. Така че аз построих своя собствена. За да разберете как го направих, нека да разгледаме таблицата на истината XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Забележете, че когато A и a имат една и съща стойност, изходът е нисък (0). Така че, ако те са различни, ще имаме 1 на изхода. Това означава, че с една XOR Gate можете да сравните 2 бита един от паметта на дисплея, а другият от паметта на паролата. Въз основа на това изградих следната схема, не забравяйте, че можете да я изградите по свой собствен начин, защото има много начини да стигнете до същия отговор тук в цифровата електроника. Тази схема приема 8 бита от паметта на дисплея (по един бит на XOR, защото другият вход трябва да се използва с паметта на паролата) и 8 бита от паметта на паролата (това е 1 -байтов сравнител). И ще достави само един изход. ако и само ако информацията и в двете памет на дисплея е същата като информацията в паметта на паролата, ще имаме (0) нисък изход. С други думи, ако информацията за двата набора от памет се различава, дори за 1 бит, изходът ще бъде висок (1).

Стъпка 7: Отваряне/затваряне

Най -накрая последната част, почти свършихме! Скоро ще можете да заключите всяко устройство или да електрифицирате всяка ограда, (Моля, не правете!) Сега ще вземем последния бит информация и ще го прекъснем с бутон, така че ако някой случайно напише правилната парола, ключалката няма да се отвори. (нарекох този бутон "enter", наистина умно, а!) И след бутона за въвеждане ще дойде RS ключалката, едно устройство, което може да завърти Q´ на 1, ако на него има 0 R вход и го запишете и Q до 1, ако има 0 в S входа. За повече информация относно RS ключалката: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Свързах "Q" към червен светодиоден ключ, или че контролираното устройство е ИЗКЛЮЧЕНО. И "Q´" към транзистор, който ще осигури на релето един ток, за да го включи, включвайки контролираното устройство. "Q´" беше свързан с бутон (който аз нарекох бутон за нова парола по настойчиви причини), така че когато натиснете този бутон, ще затворите веригата между Q´ и входа на часовника за паметта на паролата. Ако Q´ е ниско (системата е заключена), нищо няма да се промени в паметта на паролата, когато бутонът е натиснат, но ако е висок (системата е отворена), часовникът ще се активира и паметта на паролата ще копира информацията в паметта на дисплея. парола). И свърза резистор към GND и към бутон (бутон за заключване) и оттам към S входа, така че всеки път, когато го натиснете, ще заключите системата. Е, макар че можех да си купя RS джапанка само за тази цел, все още имам един JK ff от моя 7476. И тъй като входовете R и S са асинхронни, не е нужно да се притесняваме за часовника. Така че просто свържете нещата, както е показано на диаграмата (както направих аз.) Бъдете внимателни, когато свържете релето към променлив ток, използвайте достатъчно изолираща лента.. Не искате късо съединение, когато работите със стотици волта! След свързването на всичко заедно … най -накрая свършихме !!! Моля, не се колебайте да коментирате всеки въпрос или да предложите, ако забележите някакъв проблем или грешка, не се съмнявайте, че сте го изложили. Тук съм, за да помогна. Добро заключване, искам да кажа, късмет с това заключване.