Цифровой кодовый замок!: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:55

Мне всегда было интересно, как работают электронные замки, поэтому, закончив базовый курс цифровой электроники, я решил построить один сам. И я помогу тебе построить свой собственный!

Вы можете подключить его к чему угодно от 1 до 400 В (или, может быть, больше, в зависимости от РЕЛЕ), постоянного или переменного тока, чтобы вы могли использовать его для управления другой цепью или даже для электрификации забора !! (пожалуйста, не пытайтесь это сделать, действительно опасно)… Я подключил мини-рождественское дерево к выходу (110 В), потому что я не снимал праздничные украшения со своей лаборатории, так что это было примерно в то время, когда я закончил проект.

Вот несколько изображений готовой Системы, а также видео, чтобы вы могли увидеть, как она работает.

Шаг 1. Как это работает?

Сначала подумал, что и как нужно обрабатывать. Поэтому я нарисовал эту диаграмму как карту, чтобы направлять меня при построении каждой части проекта. Вот краткое изложение того, как это работает.

• Сначала нам нужна схема для декодирования 10 возможных входов (0–9) в ее 4 выходных BCD (двоично-десятичный код) и еще один выход, который сообщает нам, когда нажата какая-либо кнопка.
• Затем нам нужно построить схему для наших двух 7-сегментных дисплеев, чтобы они работали правильно, с 4 входами для числа BCD и, конечно же, 7 выходами для наших дисплеев (я использовал IC 74LS47)
• Затем схема для сохранения каждого нажатого числа и переключения между дисплеями
• А также внутренняя память для нашего пароля
• И ядро нашей блокировки, компаратор (его 8 бит, потому что на дисплее есть 4 бита на цифру, а это означает, что если вы хотите выполнить 4-значную блокировку, вам понадобятся два из них, соединенные вместе). нам, если числа на дисплеях совпадают с паролем, сохраненным во внутренней памяти.
• И, наконец, схема для удержания сигнала ОТКРЫТЬ или ЗАКРЫТЬ в течение неопределенного времени и, конечно же, выход (это все, что вы хотите контролировать с помощью замка)

Шаг 2: материалы

Вот все, что вам нужно. ПРИМЕЧАНИЕ. Я взял большую часть материалов со старой платы видеомагнитофона, поэтому они были «бесплатными», что делало этот проект действительно дешевым. В общей сложности я потратил около 13 dll (большая часть IC стоит 76 центов, за исключением D-ff (около 1,15), потому что у меня не было IC, но вы можете сохранить их для будущих проектов, это отличное вложение. Компоненты:

• Множество диодов (около 20) для односторонних соединений.
• Один транзистор NPN (для питания катушки реле достаточным током)
• Одно реле (для управления подключенным устройством)
• Один красный светодиод (чтобы указать, что система ЗАБЛОКИРОВАНА)
• 14 кнопок
• Множество резисторов (на самом деле сопротивление не имеет значения, достаточно просто установить контакты IC на 1 или 0 [+ или -])
• Два 7-сегментных дисплея.
• Много провода !!

Интегральные схемы:

• Два 7432 (ИЛИ GATES) для построения DEC в BCD и компаратора
• Два 7486 (XOR GATES) душа компаратора.
• Два драйвера дисплея 7447
• Четыре 74175 (4 D-FF) каждый - это память, способная хранить 4 бита.
• Один 7476 (2 JK-FF) для переключателя дисплея и для удержания сигнала ОТКРЫТЬ ЗАКРЫТЬ.
• Один 7404 (НЕ GATE) инвертирует тактовый импульс для переключателя дисплея. (вы можете использовать транзистор NPN, потому что вам нужен только один затвор (у ic их 6).

Инструменты:

• 3 прототипа (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Плоскогубцы
• Exacto Knife
• Источник питания 5 В постоянного тока (питает цепи)
• Источник питания 12 В постоянного тока (питает катушку реле)
• Источник питания 120 В переменного тока (питает устройство на выходе)

ПРИМЕЧАНИЕ: Я использовал около 8 футов провода, и по совету по этому поводу, помимо покупки дорогостоящего провода для макетной платы, вы можете купить 3 фута кабеля Ethernet, зачистить его, и у вас будет 8 или 9 проводов, каждый с разным цветом и 3 фута в длину. (Это именно то, что я делаю, так как нормальный провод для прототипов платы составляет около 10 футов на доллар. Но за доллар вы можете использовать 3,3 фута кабеля Ethernet, так что в итоге вы получите около 27-30 футов!

Шаг 3. Перейдите к BCD

Первым шагом является создание системы ввода, чтобы вы могли общаться со своим замком. Я разработал следующую схему для достижения двух основных целей.

• Превратите любое из 10 чисел из (0-9) в его двоично-десятичный (двоичный) аналог. (На самом деле, для этой цели есть микросхема, но ее не было в наличии, когда я пошел в свой местный электронный магазин., Так что, если вы получите Вы сэкономите себе много времени и хлопот, но я думаю, что так будет веселее)
• Возможность определять, когда нажимается кнопка.

Чтобы решить первую проблему, мы должны взглянуть на эту таблицу истинности, чтобы узнать, какой выход (ABCD) будет высоким (1) при нажатии каждой кнопки. 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 Вот где мне пригодится то, что мне нравится в Digitals… Есть много способов сделать что-то одно…. Это похоже на математику, вы можете получить 3, сложив 1 + 2, или вычтя 4-1, или 3 ^ 1…. Другими словами, вы можете построить множество различных схем для достижения одной и той же цели, это то, что упрощает нашу текущую задачу. Я разработал эту схему, потому что думал, что в ней используется несколько микросхем, но вы можете создать свою собственную! Теперь я знаю, что некоторые, возможно, почесывают в затылках, пытаясь понять, почему я использовал так много диодов, вот и ответ … Диоды работают как одностороннее соединение, поэтому в паре, подключенной, как в моей схеме, если есть (1) напряжение на его «положительной стороне» будет проводить ток, поэтому у нас будет напряжение и на другой стороне, но если есть отрицательное или несуществующее напряжение (0), он будет вести себя как разомкнутая цепь. Давайте проверим поведение этих диодов, назвав первый анод диода (+) «E», а второй анод диода «F», а выход будет их подключенным катодом «X». EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Вы можете видеть, что у нас точно такое же поведение, что и у OR GATE, а затем, почему бы не использовать только диоды, таким образом вы сэкономите еще больше. Цепи и деньги?… Ответ прост, и вы действительно должны принять его во внимание, НАПРЯЖЕНИЕ, ПАДАЮЩЕЕ НА КАЖДОМ ДИОДЕ. Обычно это около 0,65 В. Это почему? Поскольку каждому диоду требуется не менее 0,6 В на аноде и катоде, чтобы его переход приблизился, чтобы он мог начать проводить. Другими словами, для каждого диода, который вы подключаете и который работает одновременно, вы потеряете 0,65 В … это не было бы большой проблемой, если бы мы включали только светодиоды, но мы работаем с TTL IC, это означает, что нам нужно как минимум более 2 В. А поскольку мы начинаем с 5 В. Это означает, что подключено 5 диодов. вызовет сбой в нашей схеме (интегральная схема не сможет отличить 0 В от менее 2 В…) Вот почему я никогда не использовал более 2 диодов на каждом входе… ПРИМЕЧАНИЕ: Вы должны подключить резистор, подключенный к GND в каждый вход OR Gate… Чтобы решить вторую проблему, я просто добавил диод к каждому ABCD и 0 и соединил их вместе, так что всякий раз, когда любой из них равен 1, у вас будет 1 на «Press» (P). Теперь все, что осталось, это построить его на своей макетной плате, или, если вы хотите сэкономить немного места, вы можете сделать, как я, и просверлить несколько отверстий в цветной бумаге и припаять туда диоды и кнопки … Если вам нужно дополнительная информация о логических воротах: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Если вам нужна дополнительная информация о диодах:

Шаг 4: дисплеи

Этот шаг - один из самых простых, нам просто нужно декодировать входы ABCD для управления семисегментным дисплеем… И, к счастью, уже существует интегральная схема, которая сэкономит нам всю логику, время и пространство.

Если вы используете дисплей с общим анодом, вам понадобится 7447.

Если вы используете дисплей с общим катодом, вам понадобится 7448.

Схема такая же, так что в любом случае вы можете использовать мою схему.

Входы ABCD для каждой ИС поступают из каждого выхода памяти (мы рассмотрим эти ячейки на следующем шаге).

Шаг 5: Память

Здесь мы перешли от комбинационной логики к секретной логике … Чтобы сделать 4-битную (ABCD) память, нам просто нужен D-триггер для каждого бита, а в 74175 у нас их 4. Помните, что каждое число представлено в ABCD, поэтому каждый 74175 может сохранить одно число. Для получения дополнительной информации о том, как работает D-триггер и как он сохраняет информацию, см.: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Ввод первых двух воспоминаний (данные "D") поступает из кодировщика DEC в BCD, который мы создали на первом этапе. Что ж, у нас есть информация, которую собираются хранить каждый, но когда они собираются ее сохранять? Конечно, один сохранит первую нажатую цифру, а другой - вторую нажатую… Итак, как нам получить этот эффект? Что ж, с другим видом FF (триггером) JK, когда оба входа J и K являются высокими, он изменит состояние выходов на его дополнение (отрицание), другими словами, у нас будет на "Q" 1, затем 0, затем снова 1, затем 0 и так далее. Эти Q и Q´ являются часами для памяти (что подскажет, когда сохранять новые данные). Импульс, который определит, когда будет произведено это изменение, - это "P", который становится высоким всякий раз, когда вы нажимаете любую цифру, кроме сохраните информацию вовремя, нам понадобится обратное, поэтому здесь мы используем НЕ ВОРОТА. Другими словами, как только мы нажмем кнопку, jk ff изменит свой вывод, включит первую память, чтобы сохранить данные, затем мы нажимаем еще раз, и первое состояние записи в память будет выключено, но вторая память сохраним новые данные! Я добавил в этот момент кнопку сброса, которая вернет обе памяти (ABCD) обратно в 0 и вернет селектор дисплея (jk ff) в первую память. Для получения дополнительной информации о JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Теперь… почему я сказал, что нам нужны четыре 74175? Хорошо сохранить пароль !! Хотя можно просто установить пароль с резисторами на GND или Vcc, это сделает ваш пароль статическим и его невозможно будет изменить, если вы сделаете свою блокировку на печатной плате. Итак, с памятью вы можете сохранить пароль и менять его сколько угодно раз. Входы будут выходами нашей памяти дисплеев, поэтому, когда положительный импульс достигнет их тактовой частоты, вы будете справляться с любыми числами на дисплеях. (и память, и память паролей будут иметь одинаковую информацию). Конечно, импульс «нового пароля» будет доступен только в том случае, если вы уже ввели правильный пароль и открыли замок. Всего у нас будет емкость памяти 2 байта или 16 бит !!

Шаг 6: Сравнение

На данный момент у нас есть система, способная сохранять каждое число, которое мы нажимаем на одном дисплее, а затем на другом, и копировать эту информацию в память паролей … нам все еще не хватает самого важного, компаратора … одной схемы, которая будет сравнивать эти два (ABCD) памяти дисплея с двумя (ABCD) памятью паролей.. Опять же, уже есть микросхема из семейства TTL, которая выполняет всю грязную работу, но ее не было в наличии в моем местном электронном магазине. Итак, я построил свой собственный. Чтобы понять, как я это сделал, давайте посмотрим на таблицу истинности XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Обратите внимание, что всякий раз, когда A и a имеют одинаковое значение, выход низкий (0). Так что, если они разные, на выходе будет 1. Это означает, что с помощью одного шлюза XOR вы можете сравнить 2 бита между памятью дисплея и другой памятью паролей. Основываясь на этом, я построил следующую схему, помните, что вы можете построить ее по-своему, потому что есть много способов получить тот же ответ здесь, в цифровой электронике. Эта схема принимает 8 бит памяти дисплея (один бит на XOR, потому что другой вход должен использоваться с памятью пароля) и 8 бит памяти памяти паролей (это 1-байтовый компаратор). И доставит только один вывод. тогда и только тогда, когда информация на обоих дисплеях совпадает с информацией в памяти паролей, мы получим (0) низкий выход. Другими словами, если информация в обоих наборах памяти отличается даже на 1 бит, на выходе будет высокий уровень (1).

Шаг 7: открыть / закрыть

Наконец, последняя часть, мы почти закончили! Скоро вы сможете заблокировать любое устройство или электрифицировать любой забор (пожалуйста, не делайте этого!) Теперь мы возьмем последний бит информации и прервем его нажатием кнопки, поэтому, если кто-то случайно напишет правильный пароль, замок не открывается. (я назвал эту кнопку "ввод", действительно умно, да!) И после кнопки ввода появится защелка RS, одно устройство, которое может повернуть Q´ в 1, если на его Вход R и сохраните его, а Q равным 1, если на входе S есть 0. Для получения дополнительной информации о защелке RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Я подключил «Q» к красному светодиоду, означающему «замок», или что управляемое устройство выключено. И «Q´» к транзистору, который будет обеспечивать реле достаточным током для его включения, включая контролируемое устройство. «Q´» был соединен с кнопкой (которую я назвал кнопкой нового пароля по серьезным причинам), так что, когда вы нажимаете эту кнопку, вы замыкаете цепь между Q´ и входом часов для памяти пароля. Если Q´ имеет значение «Низкий» (система заблокирована), при нажатии кнопки ничего не изменится в памяти паролей, но если установлено «Высокое» (открытие системы), часы будут активированы, а память паролей скопирует информацию в памяти дисплея. (Изменение пароль). И подключил резистор к GND и к кнопке (кнопке блокировки), а оттуда к входу S, поэтому всякий раз, когда вы нажимаете на него, вы блокируете систему. Что ж, хотя я мог бы купить триггер RS только для этой цели, у меня все еще остался один JK ff от моего 7476. И, поскольку входы R и S совпадают, нам не нужно беспокоиться о часах. Так что просто подключите все, как показано на схеме (как это сделал я). Будьте осторожны, когда вы подключаете реле к сети переменного тока, используйте достаточное количество изоляционной ленты.. Вам не нужно короткое замыкание при работе с сотнями вольт! Соединив все вместе… мы, наконец, закончили !!! Пожалуйста, не стесняйтесь комментировать любой вопрос или предлагать, если вы заметили какие-либо проблемы или ошибки, не сомневайтесь в их решении. Я здесь, чтобы помочь. Хороший замок, я имею в виду, удачи с этим замком.