Digitales Zahlenschloss! - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:23

Ich habe mich immer gefragt, wie elektronische Schlösser funktionieren, und als ich den Grundkurs für digitale Elektronik abgeschlossen hatte, beschloss ich, selbst eines zu bauen. Und ich helfe Ihnen, Ihre eigenen zu bauen!

Sie können es an alles von 1 V bis 400 V (oder vielleicht mehr, das vom RELAIS abhängt), DC oder AC anschließen, sodass Sie es verwenden können, um einen anderen Stromkreis zu steuern oder sogar einen Zaun zu elektrifizieren! (bitte nicht versuchen, wirklich gefährlich)… Ich habe einen Mini-Weihnachtsbaum an den Ausgang (110 V) angeschlossen, weil ich die Feiertagsdekoration nicht aus meinem Labor genommen hatte, also war es zu der Zeit, als ich das Projekt fertigstellte.

Hier sind einige Bilder des fertigen Systems und auch ein Video, damit Sie sehen können, wie es funktioniert.

Schritt 1: Wie funktioniert es?

Zuerst habe ich mir überlegt, was verarbeitet werden muss und wie. Also habe ich dieses Diagramm als Karte gezeichnet, um mich beim Erstellen jedes Teils des Projekts zu leiten. Hier ist eine Zusammenfassung, wie es funktioniert.

• Zuerst brauchen wir eine Schaltung, um die 10 möglichen Eingänge (0-9) zu seinen 4 Ausgängen BCD (Binary Coded Decimal) zu decodieren, und einen weiteren Ausgang, der uns mitteilt, wenn eine Taste gedrückt wird.
• Dann müssen wir die Schaltung für unsere beiden 7-Segment-Displays aufbauen, damit sie richtig funktionieren, mit 4 Eingängen für eine BCD-Nummer und natürlich 7 Ausgängen für unsere Displays (ich habe den IC 74LS47 verwendet).
• Dann eine Schaltung, um jede gedrückte Zahl zu speichern und zwischen den Anzeigen umzuschalten
• Sowie einen internen Speicher für unser Passwort
• Und, der Herd unseres Schlosses, der Komparator (seine 8 Bits, weil es 4 Bits pro Ziffer im Display gibt, was bedeutet, dass Sie, wenn Sie ein 4-stelliges Schloss machen möchten, zwei davon miteinander verbinden müssen.) Das wird es sagen uns, wenn die Zahlen in den Displays mit dem in den internen Speichern gespeicherten Passwort übereinstimmen.
• Und schließlich eine Schaltung, um das AUF- oder ZU-Signal für eine unbestimmte Zeit zu halten, und natürlich ein Ausgang (das ist alles, was Sie mit Ihrem Schloss steuern möchten)

Schritt 2: Materialien

Hier ist alles, was Sie brauchen. HINWEIS: Ich habe die meisten Materialien von einer alten VCR-Platine genommen, so dass sie "kostenlos" waren, was dieses Projekt wirklich billig machte. Insgesamt habe ich ca. 13 DLLs ausgegeben (der Großteil des IC kostet 76 Cent, mit Ausnahme des D-ff (ca. 1,15), da ich keinen IC hatte, aber Sie können sie für zukünftige Projekte behalten, sie sind eine großartige Investition.

• Viele Dioden (ca. 20), um Einwegverbindungen herzustellen.
• Ein NPN-Transistor (um die Relaisspule mit genügend Strom zu versorgen)
• Ein Relais (um das angeschlossene Gerät zu steuern)
• Eine rote LED (um anzuzeigen, wenn das System GESPERRT ist)
• 14 Druckknöpfe
• Viele Widerstände (der Widerstand spielt keine Rolle, es ist nur, um die IC-Pins auf 1 oder 0 zu setzen [+ oder -])
• Zwei 7-Segment-Anzeigen.
• Viel Draht!!

Integrierte Schaltkreise:

• Zwei 7432 (OR GATES) zum Aufbau des DEC zu BCD und des Komparators
• Zwei 7486 (XOR GATES) Seele des Komparators.
• Zwei 7447-Display-Treiber
• Vier 74175 (4 D-FF) sind jeweils ein Speicher, der 4 Bit aufnehmen kann.
• Eine 7476 (2 JK-FF) für den Display-Wahlschalter und zum Halten des OPEN CLOSE-Signals.
• Ein 7404 (NICHT GATE) invertiert den Taktimpuls für den Display-Selektor. (Sie könnten einen NPN-Transistor verwenden, da Sie nur ein Gate benötigen (das IC hat 6).

Werkzeuge:

• 3 Protoboards (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Zange
• Exacto Messer
• 5V DC-Netzteil (versorgt Stromkreise)
• 12V DC Stromversorgung (versorgt die Relaisspule)
• 120V AC Netzteil (versorgt das Gerät am Ausgang)

HINWEIS: Ich habe ungefähr 8 Fuß Kabel verwendet, und Ratschläge dazu, anstatt teures Protoboard-Kabel zu kaufen, können Sie 3 Fuß Ethernet-Kabel kaufen, das abisolieren, und Sie haben 8 oder 9 Drähte, jedes mit einer anderen Farbe und 3 Fuß lang. (Genau das mache ich, da der normale Protoboard-Draht etwa 10 Fuß pro Dollar beträgt. Aber für einen Dollar könnten Sie 3,3 Fuß Ethernet-Kabel haben, so dass Sie am Ende etwa 27-30 Fuß haben würden!

Schritt 3: Dez zu BCD

Der erste Schritt besteht darin, das Eingabesystem aufzubauen, damit Sie mit Ihrem Schloss kommunizieren können. Ich habe die folgende Schaltung entworfen, um zwei Hauptziele zu erreichen.

• Drehen Sie eine der 10 Zahlen von (0-9) in ihr BCD-Gegenstück (binär). (Eigentlich gibt es einen IC für diesen Zweck, aber er war nicht auf Lager, als ich zu meinem örtlichen Elektronikladen ging Sie sparen sich viel Zeit und Ärger, aber ich denke, so macht es mehr Spaß)
• In der Lage zu sein, zu erkennen, wann immer eine Taste gedrückt wird.

Um das erste Problem zu lösen, sollten wir uns diese Wahrheitstabelle ansehen, um zu wissen, welcher Ausgang (ABCD) hoch sein wird (1), wenn wir jede Taste drücken. 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 Hier kommt etwas zum Tragen, was ich an Digitaltechnik liebe… Es gibt viele Möglichkeiten, eine Sache zu tun…. Es ist wie in Mathematik, Sie können zu 3 kommen, indem Sie 1+2 addieren oder 4-1 subtrahieren, oder 3^1…. Mit anderen Worten, Sie könnten viele verschiedene Schaltungen bauen, um das gleiche Ziel zu erreichen, das erleichtert unsere aktuelle Aufgabe. Ich habe diese Schaltung entworfen, weil ich dachte, dass sie nur wenige ICs verwendet, aber Sie könnten Ihre eigenen entwerfen! Nun, ich kenne einige, die sich vielleicht am Kopf kratzen, um herauszufinden, warum ich so viele Dioden verwendet habe, nun, hier ist die Antwort … Dioden funktionieren wie eine Einwegverbindung, also paarweise verbunden wie in meinem Stromkreis, wenn es (1) Spannung auf seiner "positiven Seite" wird Strom leiten, so dass wir auch auf der anderen Seite Spannung haben, aber wenn eine negative oder nicht vorhandene Spannung (0) vorhanden ist, verhält es sich wie ein offener Stromkreis. Lassen Sie uns das Verhalten dieser Dioden überprüfen, indem wir die erste Diodenanode (+) "E" und die zweite Diodenanode "F" nennen und der Ausgang ihre angeschlossene Kathode "X" ist. EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Sie können sehen, dass wir genau das gleiche Verhalten wie ein OR-GATE haben, und dann, warum nicht nur Dioden verwenden, auf diese Weise sparen Sie noch mehr Integriertes Stromkreise und Geld?…Nun, die Antwort ist einfach, und Sie sollten es wirklich in Betracht ziehen, dass die SPANNUNG über JEDE DIODE ABGEFALLEN ist. Es ist normalerweise ungefähr 0,65V. Warum ist das so? Da jede Diode mindestens 0,6 V über ihre Anode und Kathode benötigt, um ihre Verbindung nahe zu bringen, damit sie leiten kann. Mit anderen Worten, für jede Diode, die Sie anschließen und gleichzeitig arbeiten, verlieren Sie 0,65 V … Das wäre kein großes Problem, wenn wir nur LEDs anschalten würden, aber wir arbeiten mit TTL-IC, das bedeutet, dass wir mindestens mehr als 2 V benötigen. Und da wir mit 5 V beginnen. Das bedeutet, dass wir 5 Dioden anschließen führt zu einem Fehler in unserer Schaltung (die integrierte Schaltung könnte nicht zwischen 0 V und weniger als 2 V unterscheiden…) Deshalb habe ich nie mehr als 2 Dioden in jedem Eingang verwendet… HINWEIS: Sie müssen einen Widerstand an GND anschließen jeder ODER-Gatter-Eingang… Um das zweite Problem zu lösen, habe ich einfach eine Diode zu jedem ABCD und 0 hinzugefügt und sie miteinander verbunden, sodass Sie immer dann, wenn einer davon 1 ist, eine 1 auf "Drücken" (P) haben. Jetzt müssen Sie es nur noch auf Ihrem Steckbrett bauen, oder wenn Sie mehr Platz sparen möchten, können Sie wie ich vorgehen und ein paar Löcher in ein Tonpapier bohren und die Dioden und Druckknöpfe dort verlöten… Weitere Informationen zu Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Wenn Sie weitere Informationen zu Dioden benötigen:

Schritt 4: Anzeigen

Dieser Schritt ist einer der einfachsten, wir müssen nur die ABCD-Eingänge decodieren, um die Sieben-Segment-Anzeige anzusteuern… Und zum Glück gibt es bereits eine integrierte Schaltung, die uns all die Logik, Zeit und Platz spart.

Wenn Sie ein Common Anode Display verwenden, benötigen Sie ein 7447.

Wenn Sie ein Common Cathode-Display verwenden, benötigen Sie ein 7448.

Die Verkabelung ist die gleiche, so dass Sie auf jeden Fall meinen Schaltplan verwenden können.

Die Eingänge ABCD für jeden IC stammen von den Ausgängen jedes Speichers (wir werden die Speicher im nächsten Schritt überprüfen)

Schritt 5: Speicher

Hier wechseln wir von kombinatorischer Logik zu sekundärer Logik… Um den 4-Bit-Speicher (ABCD) zu erstellen, brauchen wir nur ein D-Flip-Flop für jedes Bit, und in der 74175 haben wir 4 davon. Denken Sie daran, dass jede Zahl in ABCD dargestellt wird, sodass jede 74175 eine Zahl speichern kann. Für weitere Informationen darüber, wie das D-Flipflop funktioniert und wie es Informationen speichert: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Die Eingabe der ersten beiden Speicher (Daten "D") kommt vom DEC-zu-BCD-Codierer, den wir im ersten Schritt aufgebaut haben. Nun, wir haben die Informationen, die jeder speichern wird, aber wann werden sie sie speichern? Natürlich speichert der eine die erste gedrückte Nummer und der andere die zweite gedrückte Nummer… Also, wie erhalten wir diesen Effekt? Nun, mit einer anderen Art von FF (Flip-Flop) ändert der JK, wenn sowohl der J- als auch der K-Eingang hoch sind, den Zustand der Ausgänge in sein Komplement (Negation), mit anderen Worten, wir haben auf "Q" 1 dann 0, dann wieder 1, dann 0 und so weiter. Dieses Q und Q´ sind die Taktgeber für die Speicher (was ihnen sagt, wann neue Daten gespeichert werden müssen.) Der Impuls, der bestimmt, wann diese Änderung vorgenommen wird, ist das "P", das jedes Mal hoch ist, wenn Sie eine beliebige Zahl drücken, aber zu Speichern Sie die Informationen rechtzeitig, wir brauchen das Gegenteil, also verwenden wir hier das NOT GATE. Mit anderen Worten, sobald wir eine Taste drücken, ändert der jk ff seinen Ausgang, schaltet den ersten Speicher ein, so dass er die Daten speichert, dann drücken wir ihn erneut und der erste Speicheraufnahmestatus ist ausgeschaltet, aber der zweite Speicher speichert die neuen Daten! Ich habe an dieser Stelle eine Reset-Taste hinzugefügt, die beide Speicher (ABCD) auf 0 zurücksetzt und den Display-Wahlschalter (jk ff) auf den ersten Speicher zurückstellt. Weitere Informationen zum JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Nun… warum habe ich gesagt, dass wir vier 74175 brauchen? Gut, um das Passwort zu speichern! Es ist zwar möglich, das Passwort nur mit Widerständen auf GND oder Vcc zu setzen, aber das macht Ihr Passwort statisch und kann nicht geändert werden, wenn Sie Ihr Schloss in einer Platine fertigstellen. Mit einem Speicher können Sie das Passwort also speichern und beliebig oft ändern. Die Eingänge sind die Ausgänge unseres Display-Speichers. Wenn also ein positiver Impuls ihre Uhr erreicht, werden Sie alle Zahlen in den Displays bewältigen. (sowohl die Speicher als auch die Passwortspeicher haben die gleichen Informationen). Der Impuls "Neues Passwort" ist natürlich nur verfügbar, wenn Sie bereits das richtige Passwort eingegeben und das Schloss geöffnet haben. Insgesamt haben wir eine Speicherkapazität von 2 Bytes oder 16 Bits!!

Schritt 6: Vergleichen

An diesem Punkt haben wir ein System, das in der Lage ist, jede Zahl, die wir drücken, in einer Anzeige und dann in der anderen zu speichern und diese Informationen in die Passwortspeicher zu kopieren … uns fehlt immer noch das Wesentliche, der Komparator … eine Schaltung, die die beiden vergleicht (ABCD). Also habe ich mein eigenes gebaut. Um zu verstehen, wie ich es gemacht habe, betrachten wir die XOR-Wahrheitstabelle A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Beachten Sie, dass immer dann, wenn A und a denselben Wert haben, die Ausgabe niedrig ist (0). Wenn sie also unterschiedlich sind, haben wir eine 1 am Ausgang. Das bedeutet, dass Sie mit einem XOR-Gatter 2 Bits des Displayspeichers und des Passwortspeichers vergleichen können. Darauf aufbauend habe ich die folgende Schaltung gebaut. Denken Sie daran, dass Sie sie auf Ihre eigene Weise bauen können, da es viele Möglichkeiten gibt, hier in der digitalen Elektronik zur gleichen Antwort zu gelangen. Diese Schaltung nimmt die 8 Bit der Anzeigespeicher (ein Bit pro XOR, da der andere Eingang mit dem Passwortspeicher verwendet werden sollte) und die 8 Bit der Passwortspeicher (es ist ein 1 Byte Komparator) ein. Und liefert nur eine Ausgabe. genau dann, wenn die Informationen auf beiden Displayspeichern mit den Informationen in den Passwortspeichern übereinstimmen, haben wir einen (0) niedrigen Ausgang. Mit anderen Worten, wenn sich die Informationen in beiden Speichersätzen unterscheiden, selbst bei 1 Bit, ist der Ausgang hoch (1).

Schritt 7: Öffnen/Schließen

Endlich der letzte Teil, wir sind fast fertig! Bald können Sie jedes Gerät sperren oder jeden Zaun elektrifizieren, (Bitte nicht!) Jetzt nehmen wir die letzte Information und unterbrechen sie mit einem Druckknopf, also wenn jemand versehentlich das richtige Passwort schreibt, das Schloss öffnet sich nicht. (Ich habe diesen Knopf "Enter" genannt, wirklich clever, huh!,) Und nach dem Enter-Knopf kommt der RS-Riegel, ein Gerät, das Q´ auf 1 drehen kann, wenn eine 0 darauf steht R-Eingabe und speichern Sie sie, und Q auf 1, wenn eine 0 in der S-Eingabe ist. Für weitere Informationen zum RS-Latch: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Ich habe "Q" an eine rote LED angeschlossen, die Sperre bedeutet, oder dass das gesteuerte Gerät AUS ist. Und "Q´" zu einem Transistor, der das Relais mit genügend Strom versorgt, um es einzuschalten und das gesteuerte Gerät einzuschalten. "Q´" wurde mit einem Taster verbunden (den ich aus offensichtlichen Gründen als neuer Passwort-Taster bezeichnete), so dass beim Drücken dieses Tasters der Stromkreis zwischen Q´ und dem Takteingang für den Passwortspeicher geschlossen wird. Wenn Q´ Low (System gesperrt) ist, ändert sich nichts im Passwortspeicher, wenn die Taste gedrückt wird, aber wenn es High (System Open) ist, wird die Uhr aktiviert und die Passwortspeicher kopieren die Informationen auf den Displayspeichern. (Ändern des Passwort). Und einen Widerstand an GND und an einen Druckknopf (Verriegelungsknopf) und von dort an den S-Eingang angeschlossen, so dass Sie das System jedes Mal sperren, wenn Sie ihn drücken. Nun, ich hätte mir zwar ein RS-Flip-Flop nur für diesen Zweck kaufen können, aber ich habe noch einen JK ff von meiner 7476 übrig. Und da die Eingänge R und S synchron sind, brauchen wir uns um die Uhr keine Sorgen zu machen. Verdrahten Sie die Dinge einfach wie im Diagramm gezeigt (wie ich es getan habe). Seien Sie vorsichtig, wenn Sie das Relais an AC anschließen, verwenden Sie genügend Isolierband. Sie möchten keinen Kurzschluss, wenn Sie mit Hunderten von Volt arbeiten! Nachdem wir alles miteinander verbunden haben… sind wir endlich fertig!!! Bitte zögern Sie nicht, jede Frage zu kommentieren oder vorzuschlagen, wenn Sie ein Problem oder einen Fehler bemerken, zweifeln Sie nicht daran, es herauszugeben. Ich bin hier um zu helfen. Gutes Schloss, ich meine, viel Glück mit diesem Schloss.