Blocare combinată digitală: 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:47

M-am întrebat întotdeauna cum au funcționat încuietorile electronice, așa că, după ce am terminat cursul de bază de electronică digitală, am decis să construiesc unul singur. Și te voi ajuta să-ți construiești propriul!

L-ai putea conecta la orice, de la 1v la 400v (sau poate mai mult, care depinde de RELAY), DC sau AC, deci ai putea să-l folosești pentru a controla un alt circuit sau chiar pentru a electriza un gard !! (Vă rog, nu încercați asta, cu adevărat periculos) … Am conectat un mini copac de Crăciun la ieșire (110v) pentru că nu luasem decorația sărbătorilor din laboratorul meu, așa că era în jur la momentul în care am terminat proiectul.

Iată câteva imagini ale sistemului finalizat și un videoclip, astfel încât să îl puteți vedea funcționând.

Pasul 1: Cum funcționează?

Mai întâi m-am gândit la ce trebuie procesat și cum. Așa că am desenat această diagramă ca o hartă care să mă ghideze în timp ce construiesc fiecare parte a proiectului. Iată un rezumat al modului în care funcționează.

• Mai întâi avem nevoie de un circuit pentru a decoda cele 10 intrări posibile (0-9) la cele 4 ieșiri BCD (zecimale codate binare) și o altă ieșire care ne spune când este apăsat vreun buton.
• Apoi, trebuie să construim circuitul pentru ca cele două afișaje cu 7 segmente să funcționeze corect, cu 4 intrări pentru un număr BCD și, desigur, 7 ieșiri pentru afișajele noastre (am folosit IC 74LS47)
• Apoi un circuit pentru a salva fiecare număr apăsat și a comuta între afișaje
• Precum și o memorie internă pentru parola noastră
• Și, vatra blocării noastre, comparatorul (cei 8 biți ai săi sunt afișați 4 biți pe cifră, ceea ce înseamnă că, dacă doriți să faceți o blocare de 4 cifre, veți avea nevoie de doi dintre aceștia conectați împreună.) dacă numerele de pe afișaje sunt identice cu parola salvată în amintirile interne.
• Și în cele din urmă un circuit pentru a păstra semnalul OPEN sau CLOSE pentru o perioadă nedeterminată și, bineînțeles, o ieșire (asta este tot ce vrei să controlezi cu blocarea ta)

Pasul 2: Materiale

Iată tot ce veți avea nevoie. NOTĂ: Am luat majoritatea materialelor de pe o placă VCR veche, astfel încât acestea erau „gratuite” făcând acest proiect cu adevărat ieftin. În total, am cheltuit aproximativ 13 dll-uri (majoritatea IC costă 76 de cnți, cu excepția D-ff (aproximativ 1,15), deoarece nu am avut IC, dar le puteți păstra pentru proiecte viitoare, sunt o investiție excelentă. Componente:

• O mulțime de diode (aproximativ 20) pentru a face conexiuni într-un singur sens.
• Un tranzistor NPN (pentru a alimenta bobina de releu cu suficient curent)
• Un releu (pentru a controla dispozitivul conectat)
• Un LED roșu (pentru a indica când sistemul este BLOCAT)
• 14 butoane
• O mulțime de rezistențe (nu contează cu adevărat rezistența, este doar să setați pinii IC la 1 sau 0 [+ sau -])
• Două afișaje cu 7 segmente.
• O mulțime de sârmă !!

Circuite integrate:

• Două 7432 (SAU GATES) pentru a construi DEC către BCD și comparatorul
• Două 7486 (XOR GATES) sufletul comparatorului.
• Două 7447 Driver de afișare
• Patru 74175 (4 D-FF) fiecare sunt o memorie capabilă să conțină 4 biți.
• Un 7476 (2 JK-FF) pentru selectorul afișajului și pentru a menține semnalul OPEN CLOSE.
• Unul 7404 (NOT GATE) inversează impulsul ceasului pentru selectorul de afișaj. (ai putea folosi un tranzistor NPN instat, pentru că ai nevoie de o singură poartă (ic are 6).

Instrumente:

• 3 Protoboards (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Cleşte
• Cuțit Exacto
• Alimentare 5V DC (circuite de alimentare)
• Alimentare 12V DC (alimentează bobina releului)
• Alimentare 120V AC (alimentează dispozitivul la ieșire)

NOTĂ: Am folosit aproximativ 8 ft de sârmă și sfaturi despre acest lucru, în cazul achiziționării de sârme protoboard scumpe, ați putea cumpăra 3 ft de cablu Ethernet, lăsați-l și veți avea 8 sau 9 fire, fiecare cu o culoare diferită și Lungime de 3 ft. (asta este exact ceea ce fac, deoarece firul normal de protoboard este de aproximativ 10 ft pe dolar. Dar pentru un dolar ați putea avea 3,3 ft de cablu Ethernet, deci ați ajunge cu aproximativ 27-30 ft!)

Pasul 3: Dec la BCD

Primul pas este construirea sistemului de intrare, astfel încât să puteți comunica cu blocarea. Am proiectat următorul circuit pentru a atinge două obiective principale.

• Întoarceți oricare dintre cele 10 numere de la (0-9) la omologul său BCD (binar). (De fapt, există un CI în acest scop, dar nu era în stoc când m-am dus la magazinul meu local de electronice. Deci, dacă primiți vă veți economisi mult timp și probleme, dar cred că este mai distractiv în acest fel)
• Posibilitatea de a detecta ori de câte ori este apăsat un buton.

Pentru a rezolva prima problemă, ar trebui să aruncăm o privire la acest tabel de adevăr pentru a ști care ieșire (ABCD) va fi mare (1) atunci când apăsăm fiecare buton. 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 Iată care este ceea ce îmi place ceva ce îmi place la Digitale … Există multe modalități de a face un singur lucru … La fel ca la matematică, puteți ajunge la 3 adăugând 1 + 2 sau scăzând 4-1 sau 3 ^ 1…. Cu alte cuvinte, ați putea construi o mulțime de circuite diferite pentru a atinge același obiectiv, acesta este ceva care ne face sarcina actuală mai ușoară. Am proiectat acest circuit pentru că am crezut că utilizează puține circuite integrate, dar tu le poți proiecta pe a ta! Acum, știu că unii își pot zgâria capul încercând să-mi dau seama de ce am folosit atâtea diode, ei bine, iată răspunsul … Diodele funcționează ca o conexiune unidirecțională, deci într-o pereche conectată ca în circuitul meu, dacă există (1) tensiunea pe „partea sa pozitivă” va conduce curent, deci vom avea tensiune și pe cealaltă parte, dar dacă există o tensiune negativă sau inexistentă (0) se va comporta ca un circuit deschis. Să verificăm comportamentul acestor diode, apelând primul anod al diodei (+) „E”, iar al doilea anod al diodei „F” și ieșirea vor fi catodul lor conectat „X”. EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Puteți vedea că avem exact același comportament decât o PORȚIE SAU și apoi, De ce nu folosiți doar diode, astfel veți economisi și mai mult Circuite și bani? … Ei bine, răspunsul este simplu și ar trebui să-l luați în considerare, TENSIUNEA PĂRUTĂ ÎN FIECARE DIODĂ. Este în mod normal aproximativ 0,65V. De ce este asta? Deoarece fiecare diodă are nevoie de cel puțin 0,6 V pe anod și catod pentru a face joncțiunea să se apropie, astfel încât să poată începe să conducă. I Cu alte cuvinte, pentru fiecare diodă pe care o conectați și funcționează în același timp, veți pierde 0,65 V … asta nu ar fi o mare problemă dacă pornim doar leduri, dar lucrăm cu TTL IC, ceea ce înseamnă că avem nevoie de cel puțin mai mult de 2 V. Și, deoarece începem cu 5 v.. Asta înseamnă că conectarea a 5 diode va provoca o defecțiune în circuitul nostru (circuitul integrat nu va putea distinge între 0v și mai puțin de 2v …) De aceea nu am folosit niciodată mai mult de 2 diode în fiecare intrare … NOTĂ: Trebuie să conectați un rezistor conectat la GND în fiecare intrare OR Gate … Pentru a rezolva a doua problemă, tocmai am adăugat o diodă la fiecare ABCD și 0 și le-am conectat împreună, deci ori de câte ori oricare dintre acestea este 1, veți avea un 1 pe "Apăsați" (P). Acum nu mai rămâne decât să-l construiești pe panoul tău, sau dacă vrei să economisești mai mult spațiu, poți face așa cum am făcut-o și găuri câteva găuri într-o hârtie de construcție și lipi diodele și butoanele acolo … Dacă ai nevoie mai multe informații despre Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Dacă aveți nevoie de mai multe informații despre diode:

Pasul 4: Afișează

Acest pas este unul dintre cele mai ușoare, trebuie doar să decodăm intrările ABCD pentru a conduce afișajul cu șapte segmente … Și din fericire există deja un circuit integrat care ne va salva toată logica, timpul și spațiul.

Dacă utilizați un afișaj cu anod comun, atunci veți avea nevoie de un 7447.

Dacă utilizați un afișaj cu catod comun, veți avea nevoie de un 7448.

Cablajul este același, deci în orice mod puteți folosi schema mea.

Intrările ABCD pentru fiecare IC provin din ieșirea fiecărei memorii (vom revizui amintirile în pasul următor)

Pasul 5: Memorie

Aceasta este în cazul în care trecem de la logica combinațională la logică secuențială … Pentru a face memoria de 4 biți (ABCD) avem nevoie doar de un D-Flip Flop pentru fiecare bit, iar în 74175 avem 4 dintre aceștia. Amintiți-vă că fiecare număr este reprezentat în ABCD, astfel încât fiecare 74175 poate salva un număr. Pentru mai multe informații despre cum funcționează D-flipflop și cum salvează informații, accesați: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Introducerea primelor două memorii (Date „D”) vine de la coderul DEC la BCD pe care l-am construit pe primul pas. Ei bine, avem informațiile pe care fiecare le va păstra, dar, când o vor salva? Desigur, unul va salva primul număr apăsat și celălalt al doilea număr apăsat … Deci, cum obținem acest efect? Ei bine, cu un alt tip de FF (flip flop) JK, când ambele intrări J și K sunt mari, va schimba starea ieșirilor la complementul său (negație), cu alte cuvinte, vom avea pe "Q" 1, apoi 0 apoi 1 din nou, apoi 0 și așa mai departe. Acest Q și Q´ sunt ceasul pentru amintiri (ceea ce le va spune când să salvați date noi.) Pulsul care va determina când se face această modificare este „P” care este mare ori de câte ori apăsați orice număr, dar pentru a salvați informațiile la timp, vom avea nevoie de opusul, deci iată unde folosim NOT GATE. Cu alte cuvinte, odată ce apăsăm un buton, jk ff își va schimba ieșirea, pornind prima memorie, astfel încât să salveze datele, apoi apăsăm din nou și prima stare de înregistrare a memoriei va fi dezactivată, dar a doua memorie va salva noile date! Am adăugat în acest moment un buton de resetare care va readuce ambele amintiri (ABCD) la 0 și va readuce selectorul afișajului (jk ff) în prima memorie. Pentru mai multe informații despre JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Acum … de ce am spus că avem nevoie de patru 74175? Ei bine, pentru a salva parola !! Deși este posibil doar să setați parola cu rezistențe la GND sau Vcc, aceasta vă va face parola statică și imposibil de schimbat dacă vă blocați într-un PCB. Deci, cu o memorie, puteți salva parola și o puteți schimba de câte ori doriți. Intrările vor fi ieșirile din memoria afișajelor noastre, așa că atunci când un impuls pozitiv ajunge la ceasul lor, veți face față oricăror numere sunt pe afișaje. (ambele, memoriile și parolele vor avea aceleași informații). Desigur, impulsul „noii parole” va fi disponibil numai dacă ați introdus deja parola corectă și ați deschis blocarea. În total vom avea o capacitate de stocare de 2 octeți sau 16 biți !!

Pasul 6: Compararea

În acest moment avem un sistem capabil să salveze fiecare număr pe care îl apăsăm pe un afișaj apoi pe celălalt și să copiem aceste informații în memoriile de parolă … încă ne lipsește esențialul, Comparatorul … un circuit care să le compare pe cele două (ABCD) din amintirile de afișare cu cele două (ABCD) din memoriile cu parolă.. Din nou, există deja un IC de la familia TTL care face toată treaba murdară, dar nu era disponibil în magazinul meu electronic local. Așa că mi-am construit-o pe a mea. Pentru a înțelege cum am făcut-o, ne putem uita la tabelul de adevăr XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Observați că ori de câte ori A și a au aceeași valoare, ieșirea este mică (0). Deci, dacă sunt diferite, vom avea un 1 la ieșire. Adică, cu o poartă XOR puteți compara 2 biți unul dintre memoria de afișare și celălalt din memoria de parolă. Pe baza acestui fapt, am construit următorul circuit, amintiți-vă că îl puteți construi în felul dvs., deoarece există multe modalități de a ajunge la același răspuns aici în electronica digitală. Acest circuit preia cei 8 biți ai amintirilor de afișare (un bit pe XOR, deoarece cealaltă intrare ar trebui utilizată cu memoria cu parolă) și cei 8 biți ai memoriei cu parolă (este un comparator de 1 octeți). Și va livra o singură ieșire. dacă și numai dacă informațiile de pe ambele memorii de afișare sunt aceleași cu informațiile din memoriile de parolă, vom avea o ieșire (0) redusă. Cu alte cuvinte, dacă informațiile de pe ambele seturi de memorii diferă, chiar și pe 1 bit, ieșirea va fi mare (1).

Pasul 7: Deschide / Închide

În cele din urmă ultima parte, aproape am terminat! În curând, veți putea să blocați orice dispozitiv sau să electrizați orice gard, încuietoarea nu se va deschide. (Am numit acest buton „enter”, foarte inteligent, nu!) Și după butonul Enter, va apărea zăvorul RS, un dispozitiv care poate transforma Q´ la 1 dacă există un 0 pe Intrare R și salvați-o și Q la 1 dacă există un 0 în intrarea S. Pentru mai multe informații despre blocarea RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Am conectat „Q” la un led roșu care înseamnă blocare sau că dispozitivul controlat este OPRIT. Și „Q´” la un tranzistor care va furniza releului curent intens pentru a-l activa, pornind dispozitivul controlat. „Q´” a fost conectat la un buton, (pe care l-am numit buton de parolă nouă din motive obioase), astfel încât atunci când apăsați butonul respectiv, veți închide circuitul dintre Q´ și intrarea ceasului pentru memoria de parolă. Dacă Q´ este Scăzut (sistemul blocat), nimic nu se va schimba în memoria parolei atunci când butonul este apăsat, dar dacă este ridicat (sistemul Deschis), ceasul va fi activat și memorele cu parolă vor copia informațiile de pe afișaj. parola). Și ați conectat un rezistor la GND și la un buton (buton de blocare) și de acolo la intrarea S, deci ori de câte ori îl apăsați, veți bloca sistemul. Ei bine, deși aș fi putut cumpăra un flip flop RS tocmai în acest scop, am mai rămas un JK ff din 7476. Și, pentru că intrările R și S sunt la fel de necronice, nu trebuie să ne facem griji cu privire la ceas. Deci, conectați lucrurile așa cum se arată în diagramă (așa cum am făcut-o.) Aveți grijă când conectați releul la curent alternativ, utilizați suficientă bandă izolatoare.. Nu doriți un scurtcircuit atunci când lucrați cu sute de volți! După ce am conectat everithing împreună … am terminat în sfârșit !!! Vă rugăm să nu ezitați să comentați orice întrebare sau sugerare, dacă observați orice problemă sau greșeală, nu vă îndoiați să o rezolvați. Sunt aici să vă ajut. Bună încuietoare, adică noroc cu acea încuietoare.