Digital kombinasjonslås!: 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:26

Jeg har alltid lurt på hvordan elektroniske låser fungerte, så da jeg var ferdig med det grunnleggende digitale elektronikk -kurset bestemte jeg meg for å bygge en selv. Og jeg hjelper deg med å bygge din egen!

Du kan koble den til alt fra 1v til 400v (eller kanskje mer som avhenger av RELEE), DC eller AC, så du kan bruke den til å styre en annen krets, eller til og med å elektrifisere et gjerde !! (vær så snill, ikke prøv det, virkelig farlig) … Jeg koblet et mini chrismas -tre til utgangen (110v) fordi jeg ikke hadde tatt ut helligdagsdekorasjonen fra laboratoriet mitt, så det var rundt da jeg var ferdig med prosjektet.

Her er noen bilder av det ferdige systemet, og en video også, slik at du kan se det fungere.

Trinn 1: Hvordan fungerer det?

Først tenkte jeg på hva som måtte til for å bli behandlet og hvordan. Så jeg tegnet dette diagrammet som et kart for å veilede meg mens jeg bygger hver del av prosjektet. Her er en oppsummering av hvordan det fungerer.

• Først trenger vi en krets for å dekode de 10 mulige inngangene (0-9) til den 4 utgående BCD (Binary Coded Decimal), og en annen utgang som forteller oss når en knapp trykkes.
• Da må vi bygge kretsen for at våre to 7-segmenters skjermer skal fungere skikkelig, med 4 innganger for et BCD-nummer og selvfølgelig 7 outs for våre skjermer, (jeg brukte IC 74LS47)
• Deretter en krets for å lagre hvert trykket nummer og veksle mellom skjermer
• Samt et internt minne for passordet vårt
• Og ildstedet til låsen vår, komparatoren (dens 8 bits fordi det er 4 bits per siffer i displayet, noe som betyr at hvis du vil gjøre en firesifret lås, trenger du to av disse koblet sammen.) Dette vil fortelle oss hvis tallene i displayene er de samme som passordet som er lagret i de interne minnene.
• Og til slutt en krets for å beholde OPEN eller CLOSE -signalet på en ubestemt tid, og selvfølgelig en utgang (det er det du vil kontrollere med låsen din)

Trinn 2: Materialer

Her er alt du trenger. MERK: Jeg tok det meste av materialet fra et gammelt videospillerkort, så de var "gratis", noe som gjorde dette prosjektet veldig billig. Totalt brukte jeg omtrent 13 dll (de fleste av IC-kostnadene 76 cnts, bortsett fra D-ff (ca. 1,15) fordi jeg ikke hadde noen IC, men du kan beholde dem for fremtidige prosjekter, de er en god investering. Komponenter:

• Mange dioder (ca. 20) for å lage enveiskoblinger.
• En NPN -transistor (for å mate reléspolen med nok strøm)
• Ett relé (for å kontrollere den tilkoblede enheten)
• En rød LED (for å indikere når systemet er LÅST)
• 14 trykknapper
• Mange motstander (spiller ingen rolle motstanden, det er bare å sette IC -pinnene til 1 eller 0 [+ eller -])
• To 7-segmenter Display.
• Mye ledning !!

Integrerte kretser:

• To 7432 (OR GATES) for å bygge DEC til BCD og komparatoren
• To 7486 (XOR GATES) sjel til komparatoren.
• To 7447 skjermdriver
• Fire 74175 (4 D-FF) hver er et minne som kan inneholde 4 biter.
• En 7476 (2 JK-FF) for displayvelgeren og for å holde signalet ÅPEN LUKKET.
• Én 7404 (IKKE GATE) inverter klokkepulsen for displayvelgeren. (du kan bruke en NPN -transistor installert, fordi du trenger bare en gate (ic har 6).

Verktøy:

• 3 Protoboards (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Tang
• Exacto Knife
• 5V DC strømforsyning (mater kretser)
• 12V likestrømforsyning (mater relespolen)
• 120V vekselstrømforsyning (mater enheten på utgangen)

MERK: Jeg brukte omtrent 8 fot ledning, og råd om dette, for å kjøpe dyr protoboardtråd, du kan kjøpe 3 fot ethernet -kabel, stripe den, og du vil ha 8 eller 9 ledninger, hver med en annen farge og 3 fot lang. (det er akkurat det jeg gjør, siden den vanlige protoboardtråden er omtrent 10 fot per dollar. Men for en krone kan du 3,3 fot ethernet-kabel, så du vil ende opp med omtrent 27-30 fot!

Trinn 3: Dec til BCD

Det første trinnet er å bygge inngangssystemet, slik at du kan kommunisere med låsen din. Jeg har designet følgende krets for å nå to hovedmål.

• Slå noen av de 10 tallene fra (0-9) til BCD (binær) motstykke. (Egentlig er det en IC for dette formålet, men den var ikke på lager da jeg dro til min lokale elektroniske butikk., Så hvis du får det vil spare deg for mye tid og problemer, men jeg synes det er morsommere på denne måten)
• Å kunne oppdage når en knapp trykkes.

For å løse det første problemet, bør vi ta en titt på denne sannhetstabellen for å vite hvilken utgang (ABCD) som vil være høy (1) når vi trykker på hver knapp. 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 Nå er det her noe jeg liker med Digitals kommer til nytte … Det er mange måter å gjøre en ting…. Det er akkurat som matte, du kan komme til 3 legge til 1+2, eller trekke fra 4-1, eller 3^1…. Med andre ord, du kan bygge mange forskjellige kretser for å nå det samme målet. Dette er noe som gjør vår nåværende oppgave enklere. Jeg designet denne kretsen fordi jeg trodde den brukte få ICer, men du kan designe din egen! Nå vet jeg at noen kanskje klør seg i hodet og prøver å finne ut hvorfor jeg brukte så mange dioder, vel, her er svaret … Dioder fungerer som en enveis tilkobling, så i et par som er koblet som i min krets, hvis det er (1) spenning på sin "positive side" vil den lede strøm, så vi vil også ha spenning på den andre siden, men hvis det er en negativ eller ikke -eksisterende spenning (0) vil den oppføre seg som en åpen krets. La oss kontrollere oppførselen til disse dioder, og kalle den første diode -anoden (+) "E" og den andre diode -anoden "F", og utgangen vil være den tilkoblede katoden "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Du kan se at vi har nøyaktig samme oppførsel enn en OR GATE, og deretter, hvorfor ikke bruke bare dioder, på den måten vil du spare enda mer integrert Kretser og penger?… Vel, svaret er enkelt, og du bør virkelig ta det i betraktning, SPENNINGEN FALT TIL HVER DIODE. Det er normalt omtrent 0,65V. Hvorfor det? Fordi hver diode trenger minst 0,6 V over anoden og katoden for å få krysset til å nærme seg, så det kan begynne å lede. I Med andre ord, for hver diode du kobler til og fungerer samtidig, mister du 0,65 V … det ville ikke være et stort problem hvis vi bare skulle slå på lysdioder, men vi jobber med TTL IC, det betyr at vi trenger minst mer enn 2 V. Og som vi starter med 5 v.. Det betyr at vi kobler til 5 dioder vil forårsake en feil i kretsen vår (den integrerte kretsen ville ikke kunne skille mellom 0v og mindre enn 2v …) Derfor brukte jeg aldri mer enn 2 dioder i hver inngang … MERK: Du må koble til en motstand koblet til GND i hver OR Gate -inngang … For å løse det andre problemet la jeg nettopp til en diode til hver ABCD, og 0, og koblet dem sammen, så når noen av disse er 1, vil du ha en 1 på "Press" (P). Nå gjenstår det bare å bygge det på brødbrettet, eller hvis du vil spare mer plass, kan du gjøre som jeg gjorde, og bore noen hull i et konstruksjonspapir og lodde dioder og trykknapper der … Hvis du trenger litt mer informasjon om Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Hvis du trenger mer informasjon om dioder:

Trinn 4: Viser

Dette trinnet er et av de enkleste. Vi trenger bare å dekode ABCD -inngangene for å drive displayet med syv segmenter … Og heldigvis er det allerede en integrert krets som vil spare oss for all logikk, tid og plass.

Hvis du bruker en Common Anode -skjerm, trenger du en 7447.

Hvis du bruker en Common Cathode -skjerm, trenger du en 7448.

Kablingene er de samme, så uansett kan du bruke skjematikken min.

Inngangene ABCD for hver IC kommer fra hvert minnes utgang (vi vil gå gjennom minnene i neste trinn)

Trinn 5: Minne

Dette er hvor vi endret fra kombinasjonslogikk til sekvensiell logikk … For å lage 4 bits (ABCD) minne trenger vi bare en D-Flip Flop for hver bit, og i 74175 har vi 4 av dem. Husk at hvert nummer er representert i ABCD, så hver 74175 kan lagre ett tall. For mer informasjon om hvordan D-flipflop fungerer, og hvordan den lagrer informasjon: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Inngangen til de to første minnene (data "D") kommer fra DEC til BCD koder som vi bygde på det første trinnet. Vel, vi har informasjonen som hver og en skal holde, men når skal de lagre den? Selvfølgelig vil en lagre det første trykte nummeret og det andre det andre trykte nummeret … Så, hvordan får vi denne effekten? Vel, med en annen type FF (flip flop) JK, når både J og K innganger er høye, vil det endre tilstanden til utgangene til sitt komplement (negasjon), med andre ord, vi vil ha på "Q" 1, deretter 0 deretter 1 igjen, deretter 0 og så videre. Denne Q og Q´ er klokken for minnene (hva vil fortelle dem når nye data skal lagres.) Pulsen som bestemmer når denne endringen er gjort er "P" som er høy når du trykker på et hvilket som helst tall, men for å lagre informasjonen i tide, vi trenger det motsatte, så her bruker vi NOT GATE. Med andre ord, når vi trykker på en knapp, vil jk ff endre utgangen, slå på det første minnet, slik at det vil lagre dataene, så trykker vi på igjen og den første minnetilstandsstatusen er av, men det andre minnet vil lagre de nye dataene! Jeg la til på dette tidspunktet en tilbakestillingsknapp som vil slå begge minnene (ABCD) tilbake til 0, og vil returnere displayvelgeren (jk ff) til det første minnet. For mer informasjon om JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Nå … hvorfor sa jeg at vi trenger fire 74175? Vel å lagre passordet !! Selv om det er mulig bare å sette passordet med motstander til GND eller Vcc, vil det gjøre passordet ditt statisk og umulig å endre hvis du får låsen på en PCB. Så med et minne kan du lagre passordet og endre det så mange ganger du vil. Inngangene vil være utgangene fra skjermminnet, så når en positiv puls når klokken, klarer du hva som helst i displayene. (både minnene og passordminnene vil ha samme informasjon). Selvfølgelig vil pulsen "nytt passord" bare være tilgjengelig hvis du allerede har introdusert det riktige passordet og åpnet låsen. I alt vil vi ha en lagringskapasitet på 2 Bytes eller 16 bits !!

Trinn 6: Sammenligning

På dette tidspunktet har vi et system som er i stand til å lagre hvert nummer vi trykker på i den ene skjermen deretter den andre, og kopiere denne informasjonen til passordminnene … vi mangler fortsatt det vesentlige, komparatoren … en krets som vil sammenligne de to (ABCD) av displayminnene med de to (ABCD) for passordminnene. Igjen, det er allerede en IC fra TTL -familien som gjør alt den skitne jobben, men den var ikke tilgjengelig i min lokale elektroniske butikk. Så jeg bygde min egen. For å forstå hvordan jeg gjorde det, kan vi se på XOR -sannhetstabellen A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Legg merke til at når A og a har samme verdi, er utgangen lav (0). Så hvis de er forskjellige vil vi ha en 1 ved utgangen. Det betyr at med en XOR Gate kan du sammenligne 2 biter, en av skjermminnet og den andre av passordminnet. Basert på at jeg bygde følgende krets, husk at du kan bygge den på din egen måte, fordi det er mange måter å komme til det samme svaret her på digital elektronikk. Denne kretsen tar inn de 8 bitene i displayminnene (en bit per XOR, fordi den andre inngangen skal brukes med passordminnet) og de 8 bitene i passordminnene (en 1 Byte -komparator). Og vil levere bare en utgang. hvis og bare hvis informasjonen på begge displayminnene er den samme som informasjonen i passordminnene, vil vi ha en (0) lav utgang. Med andre ord, hvis informasjonen om begge settene med minner er forskjellig, selv på 1 bit, vil utgangen være høy (1).

Trinn 7: Åpne/lukk

Endelig den siste delen, vi er nesten ferdige! Snart enogh vil du kunne låse hvilken som helst enhet, eller elektrifisere et gjerde, (Vær så snill!) Nå tar vi den siste informasjonen og avbryter den med en trykknapp, så hvis noen ved et uhell skriver riktig passord, låsen åpnes ikke. (jeg kalte denne knappen "enter", veldig smart, ikke sant!) Og etter enter -knappen kommer RS -låsen, en enhet som kan slå Q´ til 1 hvis det er 0 på den R -inngang, og lagre den, og Q til 1 hvis det er 0 i S -inngangen. For mer informasjon om RS-låsen: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Jeg koblet "Q" til en rød LED-lås, eller at den kontrollerte enheten er AV. Og "Q´" til en transistor som vil gi reléet enogh -strøm for å slå den på, og slå på den kontrollerte enheten. "Q´" ble koblet til en trykknapp, (som jeg kalte ny passordknapp av uheldige årsaker), slik at når du trykker på den, vil du lukke kretsen mellom Q´ og klokkeinngangen for passordminnet. Hvis Q´ er lav (systemlåst) vil ingenting endres i passordminnet når knappen trykkes, men hvis den er høy (systemåpent) vil klokken aktiveres og passordminnene kopierer informasjonen på displayminnene. (Endring av passord). Og koblet en motstand til GND og til en trykknapp (låseknapp) og derfra til S -inngangen, så når du trykker på den, vil du låse systemet. Selv om jeg kunne ha kjøpt en RS -flip -flop bare for dette formålet, har jeg fortsatt en JK ff igjen fra min 7476. Og fordi inngangene R og S er usikre, trenger vi ikke å bekymre oss for klokken. Så bare koble til tingene som vist i diagrammet (som jeg gjorde.) Vær forsiktig når du kobler reléet til vekselstrøm, bruk nok isoleringstape.. Du vil ikke ha kortslutning når du arbeider med hundrevis av volt! Etter å ha samlet alt sammen … er vi endelig ferdige !!! Du er velkommen til å kommentere ethvert spørsmål eller foreslå, hvis du merker et problem eller en feil, ikke tvil om å stille det ut. Jeg er her for å hjelpe. God lås, jeg mener, lykke til med den låsen.