Digital kombinationslås !: 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:31

Jeg har altid spekuleret på, hvordan elektroniske låse fungerede, så da jeg var færdig med det grundlæggende digitale elektronikkursus, besluttede jeg at bygge en selv. Og jeg hjælper dig med at bygge din egen!

Du kan tilslutte det til alt fra 1v til 400v (eller måske mere, der afhænger af RELÆET), DC eller AC, så du kan bruge det til at styre et andet kredsløb eller endda til at elektrificere et hegn !! (prøv det ikke, virkelig farligt) … Jeg tilsluttede et mini chrismas -træ til output (110v), fordi jeg ikke havde taget juledekorationen fra mit laboratorium, så det var der, da jeg var færdig med projektet.

Her er nogle billeder af det færdige system og en video også, så du kan se det fungere.

Trin 1: Hvordan fungerer det?

Først tænkte jeg på, hvad der skulle bearbejdes og hvordan. Så jeg tegnede dette diagram som et kort til at guide mig, da jeg bygger hver del af projektet. Her er en opsummering af, hvordan det fungerer.

• Først har vi brug for et kredsløb til at afkode de 10 mulige input (0-9) til dets 4 output BCD (Binary Coded Decimal) og en anden output, der fortæller os, når der trykkes på en knap.
• Derefter skal vi bygge kredsløbet til, at vores to 7-segmenters skærme fungerer korrekt, med 4 input til et BCD-nummer og selvfølgelig 7 outs til vores displays, (jeg brugte IC 74LS47)
• Derefter et kredsløb for at gemme hvert trykket nummer og skifte mellem skærme
• Samt en intern hukommelse til vores adgangskode
• Og ilden til vores lås, komparatoren (dens 8 bits, fordi der er 4 bit pr. Ciffer i displayet, hvilket betyder, at hvis du vil lave en firecifret lås, skal du bruge to af disse forbundet sammen.) Dette vil fortælle os, hvis tallene på skærmene er de samme som adgangskoden gemt i de interne hukommelser.
• Og endelig et kredsløb for at beholde OPEN eller CLOSE signalet i en ubestemt tid, og selvfølgelig en output (det er hvad du vil styre med din lås)

Trin 2: Materialer

Her er alt, hvad du får brug for. BEMÆRK: Jeg tog de fleste materialer fra et gammelt VCR -kort, så de var "gratis", hvilket gjorde dette projekt virkelig billigt. I alt brugte jeg omkring 13 dlls (de fleste af IC'erne kostede 76 cnts, undtagen D-ff (ca. 1.15), fordi jeg ikke havde nogen IC, men du kan beholde dem til fremtidige projekter, de er en god investering. Komponenter:

• Masser af dioder (ca. 20) til at oprette envejsforbindelser.
• Én NPN -transistor (til at fodre relæspolen med nok strøm)
• Et relæ (til styring af den tilsluttede enhed)
• En rød LED (for at angive, hvornår systemet er LÅST)
• 14 trykknapper
• Masser af modstande (betyder ikke rigtig noget for modstanden, det er bare at indstille IC -benene til 1 eller 0 [+ eller -])
• To displays med 7 segmenter.
• En masse ledning !!

Integrerede kredsløb:

• To 7432 (OR GATES) til at bygge DEC til BCD og komparatoren
• To komparators 7486 (XOR GATES) sjæl.
• To 7447 skærmdriver
• Fire 74175 (4 D-FF) hver er en hukommelse, der kan rumme 4 bits.
• Én 7476 (2 JK-FF) til displayvælgeren og til at holde signalet ÅBEN LUKKET.
• Én 7404 (IKKE GATE) vender urpulsen til displayvælgeren. (du kan bruge en NPN -transistor installeret, fordi du kun har brug for en port (ic har 6).

Værktøjer:

• 3 Protoboards (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Tang
• Exacto Kniv
• 5V DC strømforsyning (føder kredsløb)
• 12V DC strømforsyning (føder relæspolen)
• 120V vekselstrøm (leverer enheden på output)

BEMÆRK: Jeg brugte omkring 8 fod ledning og råd om dette, da jeg købte dyr protoboardtråd, du kunne købe 3 fod ethernet -kabel, strimlen det, og du vil have 8 eller 9 ledninger, hver med en anden farve og 3 fod lang. (det er præcis, hvad jeg gør, da den normale protoboardtråd er omkring 10 fod pr. dollar. Men for en pengekap kunne du 3,3 fod ethernet-kabel, så du ville ende med omkring 27-30 fod!

Trin 3: Dec til BCD

Det første trin er at opbygge inputsystemet, så du kan kommunikere med din lås. Jeg har designet følgende kredsløb for at nå to hovedmål.

• Drej et hvilket som helst af de 10 tal fra (0-9) til dets BCD (binære) modstykke. (Faktisk er der en IC til dette formål, men det var ikke på lager, da jeg gik til min lokale elektroniske butik., Så hvis du får det vil du spare dig selv for en masse tid og problemer, men jeg synes, det er sjovere på denne måde)
• At kunne registrere, når der trykkes på en knap.

For at løse det første problem bør vi tage et kig på denne sandhedstabel for at vide, hvilket output (ABCD) der vil være højt (1), når vi trykker på hver knap. 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 Nu er her, hvor noget, jeg elsker ved Digitals, kommer til nytte … Der er mange måder at gøre en ting på…. Det er ligesom matematik, du kan komme til 3 tilføje 1+2 eller trække 4-1 eller 3^1…. Med andre ord kan du bygge mange forskellige kredsløb for at nå det samme mål, det er noget, der gør vores nuværende opgave lettere. Jeg designede dette kredsløb, fordi jeg troede, det brugte få IC'er, men du kunne designe din egen! Nu ved jeg, at nogle måske klø sig i hovedet for at finde ud af, hvorfor jeg brugte så mange dioder, ja her er svaret … Dioder fungerer som en envejsforbindelse, så i et par forbundet som i mit kredsløb, hvis der er (1) spænding på sin "positive side" vil den lede strøm, så vi vil også have spænding i den anden side, men hvis der er en negativ eller ikke -eksisterende spænding (0) vil den opføre sig som et åbent kredsløb. Lad os kontrollere adfærden for disse dioder og kalde den første diode -anode (+) "E" og den anden diode -anode "F", og udgangen vil være deres tilsluttede katode "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Du kan se, at vi har nøjagtig samme adfærd end en OR GATE, og derefter, hvorfor ikke bruge bare dioder, på den måde sparer du endnu mere integreret Kredsløb og penge?… Jamen svaret er enkelt, og du bør virkelig tage det i betragtning, spændingen faldt på tværs af hver diode. Det er normalt omkring 0,65V. Hvorfor det? Fordi hver diode har brug for mindst 0,6 V på tværs af sin anode og katode for at få krydset til at komme tæt på, så det kan begynde at lede. I Med andre ord, for hver diode du tilslutter og fungerer samtidigt, mister du 0,65 V … det ville ikke være et stort problem, hvis vi kun tænde lysdioder, men vi arbejder med TTL IC, det betyder, at vi har brug for mindst mere end 2 V. Og som vi starter med 5 v.. Det betyder, at vi tilslutter 5 dioder forårsager en fejl i vores kredsløb (det integrerede kredsløb ville ikke være i stand til at skelne mellem 0v og mindre end 2v …) Derfor brugte jeg aldrig mere end 2 dioder i hver indgang … BEMÆRK: Du skal tilslutte en modstand tilsluttet GND i hver OR Gate -input … For at løse det andet problem tilføjede jeg lige en diode til hver ABCD og 0, og sluttede dem sammen, så når nogen af dem er 1, vil du have en 1 på "Tryk" (P). Det eneste, der er tilbage, er at bygge det på dit brødbræt, eller hvis du vil spare mere plads, kan du gøre som jeg gjorde, og bore nogle huller i et byggepapir og lodde dioderne og trykknapper der … Hvis du har brug for det lidt mere information om Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Hvis du har brug for flere oplysninger om dioder:

Trin 4: Viser

Dette trin er et af de nemmeste, vi mangler bare at afkode ABCD -input til at drive syv segmentdisplayet … Og heldigvis er der allerede et integreret kredsløb, der sparer os for al logik, tid og plads.

Hvis du bruger en Common Anode -skærm, skal du bruge en 7447.

Hvis du bruger en Common Cathode -skærm, skal du bruge en 7448.

Ledningerne er de samme, så i begge tilfælde kan du bruge min skematiske.

Inputene ABCD for hver IC kommer fra hver hukommelses output (vi gennemgår minderne i det næste trin)

Trin 5: Hukommelse

Dette er, hvor vi ændrede os fra kombinationslogik til secuencial logik … For at lave de 4 bits (ABCD) hukommelse har vi bare brug for en D-Flip Flop for hver bit, og i 74175 har vi 4 af dem. Husk hvert tal er repræsenteret i ABCD, så hver 74175 kan gemme et nummer. For mere information om, hvordan D-flipflop fungerer, og hvordan den gemmer oplysninger: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Indtastning af de to første minder (data "D") kommer fra DEC til BCD koder, som vi byggede på det første trin. Godt, vi har de oplysninger, som hver enkelt vil gemme, men hvornår skal de gemme dem? Selvfølgelig vil den ene gemme det første trykte nummer og det andet det andet pressede nummer … Så hvordan får vi denne effekt? Nå med en anden form for FF (flip flop) JK, når både J og K input er høje, vil det ændre output -tilstanden til dens komplement (negation), med andre ord vil vi have på "Q" 1, derefter 0 derefter 1 igen, derefter 0 og så videre. Denne Q og Q´ er uret for minderne (hvad der fortæller dem, hvornår nye data skal gemmes.) Den puls, der bestemmer, hvornår denne ændring foretages, er den "P", der er høj, når du trykker på et hvilket som helst tal, men for at gem oplysningerne til tiden, vi får brug for det modsatte, så her er hvor vi bruger NOT GATE. Med andre ord, når vi trykker på en knap, ændrer jk ff sin output, tænder den første hukommelse, så den gemmer dataene, så trykker vi igen, og den første hukommelsesoptagelsestilstand er slukket, men den anden hukommelse vil gemme de nye data! Jeg tilføjede på dette tidspunkt en nulstillingsknap, der vil vende begge hukommelser (ABCD) tilbage til 0, og vil returnere displayvælgeren (jk ff) til den første hukommelse. For mere information om JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Nu … hvorfor sagde jeg, at vi skulle bruge fire 74175? Godt at gemme adgangskoden !! Selvom det er muligt bare at indstille adgangskoden med modstande til GND eller Vcc, vil det gøre din adgangskode statisk og umulig at ændre, hvis du får din lås udført i et printkort. Så med en hukommelse kan du gemme adgangskoden og ændre den så mange gange, du ønsker. Inputene vil være output fra vores displays hukommelse, så når en positiv puls når deres ur, klarer du hvad som helst tal i displayene. (begge hukommelser og kodeordshukommelser vil have de samme oplysninger). Den "nye adgangskode" -puls vil naturligvis kun være tilgængelig, hvis du allerede har indført den korrekte adgangskode og åbnet låsen. I alt vil vi have en lagerkapacitet på 2 Bytes eller 16 bits !!

Trin 6: Sammenligning

På dette tidspunkt har vi et system, der er i stand til at gemme hvert nummer, vi trykker på i den ene skærm og derefter den anden, og kopiere disse oplysninger til password -hukommelserne … vi mangler stadig det væsentlige, Comparator … et kredsløb, der vil sammenligne de to (ABCD) af displayhukommelserne med de to (ABCD) af adgangskodehukommelserne.. Igen er der allerede en IC fra TTL -familien, der udfører alt det beskidte arbejde, men det var ikke tilgængeligt i min lokale elektroniske butik. Så jeg byggede mit eget. For at forstå, hvordan jeg gjorde det, kan vi se på XOR -sandhedstabellen A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Bemærk, at når A og a har samme værdi, er output lav (0). Så hvis de er forskellige, vil vi have en 1 ved udgangen. Det betyder, at du med en XOR Gate kan sammenligne 2 bit, den ene af displayhukommelsen og den anden af adgangskodehukommelsen. Baseret på at jeg byggede følgende kredsløb, husk at du kan bygge det på din egen måde, fordi der er mange måder at komme til det samme svar her i digital elektronik. Dette kredsløb optager de 8 bits i displayhukommelserne (en bit pr. XOR, fordi den anden indgang skal bruges med adgangskodehukommelsen) og de 8 bits i adgangskodehukommelserne (dens en 1 Byte -komparator). Og vil kun levere en output. hvis og kun hvis oplysningerne på begge displayhukommelser er de samme som oplysningerne i adgangskodehukommelserne, vil vi have et (0) lavt output. Med andre ord, hvis oplysningerne om begge sæt af hukommelser er forskellige, selv på 1 bit, vil output være højt (1).

Trin 7: Åbn/luk

Endelig den sidste del, vi er næsten færdige! Snart enogh vil du være i stand til at låse enhver enhed eller elektrificere ethvert hegn, (Vær venlig ikke!) Nu tager vi den sidste smule information og afbryder den med en trykknap, så hvis nogen ved et uheld skriver den korrekte adgangskode, låsen åbnes ikke. (jeg kaldte denne knap "enter", virkelig smart, hva !,) Og efter enter -knappen kommer RS -låsen, en enhed, der kan dreje Q´ til 1, hvis der er 0 på dens R input, og gem det, og Q til 1, hvis der er et 0 i S input. For mere information om RS-lås: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Jeg tilsluttede "Q" til en rød led, der betyder lås, eller at den kontrollerede enhed er OFF. Og "Q´" til en transistor, der forsyner relæet med enogh -strøm til at tænde for den, og tænder den kontrollerede enhed. "Q´" blev forbundet til en trykknap, (som jeg kaldte ny adgangskodeknap af grimme årsager), så når du trykker på den knap, lukker du kredsløbet mellem Q´ og urindgangen til adgangskodehukommelsen. Hvis Q´ er lav (systemlåst), ændres intet i adgangskodehukommelsen, når der trykkes på knappen, men hvis det er Højt (systemåbent), aktiveres uret, og kodeordshukommelser kopierer oplysningerne på displayets hukommelser. (Ændring af adgangskode). Og tilsluttede en modstand til GND og til en trykknap (låseknap) og derfra til S -indgangen, så når du trykker på den, låser du systemet. Selvom jeg kunne have købt en RS -flip -flop bare til dette formål, har jeg stadig en JK ff tilbage fra min 7476. Og fordi input R og S er usikre, behøver vi ikke bekymre os om uret. Så tråd bare tingene op som vist i diagrammet (som jeg gjorde.) Vær forsigtig, når du tilslutter relæet til vekselstrøm, brug nok isoleringstape.. Du ønsker ikke en kortslutning, når du arbejder med hundredvis af volt! Efter at have samlet alt sammen … er vi endelig færdige !!! Du er velkommen til at kommentere ethvert spørgsmål eller foreslå, hvis du bemærker et problem eller en fejl, er du ikke i tvivl om at ponere det. Jeg er her for at hjælpe. God lås, jeg mener, held og lykke med den lås.