Digitalt kombinationslås !: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:48

Jag har alltid undrat hur elektroniska lås fungerade, så när jag avslutade den grundläggande digitala elektronikkursen bestämde jag mig för att bygga ett själv. Och jag hjälper dig att bygga ditt eget!

Du kan ansluta den till allt från 1v till 400v (eller kanske mer som beror på RELÄET), DC eller AC, så att du kan använda den för att styra en annan krets, eller till och med för att elektrifiera ett staket !! (snälla försök inte det, riktigt farligt) … Jag kopplade ett mini chrismas -träd till utgången (110v) eftersom jag inte hade tagit bort juldekorationen från mitt labb, så det var runt när jag avslutade projektet.

Här är några bilder på det färdiga systemet och en video också, så att du kan se det fungera.

Steg 1: Hur fungerar det?

Först tänkte jag på vad som behövdes för att bearbetas och hur. Så jag ritade detta diagram som en karta för att vägleda mig när jag bygger varje del av projektet. Här är en sammanfattning av hur det fungerar.

• Först behöver vi en krets för att avkoda de 10 möjliga ingångarna (0-9) till dess 4-utgångs BCD (Binary Coded Decimal), och en annan utgång som berättar när någon knapp trycks in.
• Då måste vi bygga kretsen för att våra två 7-segmentskärmar ska fungera korrekt, med 4 ingångar för ett BCD-nummer och naturligtvis 7 utgångar för våra skärmar, (jag använde IC 74LS47)
• Sedan en krets för att spara varje tryckt nummer och växla mellan displayer
• Samt ett internt minne för vårt lösenord
• Och härden för vårt lås, komparatorn (dess 8 bitar eftersom det finns 4 bitar per siffra i displayen, vilket betyder att om du vill göra ett fyrsiffrigt lås behöver du två av dessa anslutna tillsammans.) Detta visar oss om siffrorna på displayerna är desamma som lösenordet som sparats i de interna minnena.
• Och slutligen en krets för att behålla OPEN- eller CLOSE -signalen under en obestämd tid, och naturligtvis en utgång (det är vad du vill styra med ditt lås)

Steg 2: Material

Här är allt du behöver. OBS: Jag tog det mesta av materialet från en gammal videobandspelare, så de var "gratis" vilket gjorde denna projekt riktigt billig. Totalt spenderade jag cirka 13 dll (de flesta av IC: n kostade 76 cnts, förutom D-ff (cirka 1,15) eftersom jag inte hade någon IC, men du kan behålla dem för framtida projekt, de är en bra investering. Komponenter:

• Massor av dioder (cirka 20) för att göra enkelriktade anslutningar.
• En NPN -transistor (för att mata reläspolen med tillräckligt med ström)
• Ett relä (för att styra den anslutna enheten)
• En röd lysdiod (för att indikera när systemet är LÅST)
• 14 tryckknappar
• Massor av motstånd (spelar ingen roll motståndet, det är bara att ställa in IC -stiften på 1 eller 0 [+ eller -])
• Två 7-segment Displayer.
• Mycket tråd !!

Integrerade kretsar:

• Två 7432 (OR GATES) för att bygga DEC till BCD och jämföraren
• Två 7486 (XOR GATES) själ av jämföraren.
• Två 7447 bildskärmsdrivrutiner
• Fyra 74175 (4 D-FF) vardera är ett minne som rymmer 4 bitar.
• En 7476 (2 JK-FF) för displayväljaren och för att hålla signalen ÖPPEN STÄNG.
• En 7404 (NOT GATE) vänder klockpulsen för displayväljaren. (du kan använda en NPN -transistor insted, eftersom du behöver bara en gate (ic har 6).

Verktyg:

• 3 Protoboards (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Tång
• Exacto Kniv
• 5V DC strömförsörjning (matar kretsar)
• 12V DC strömförsörjning (matar reläspolen)
• 120V AC strömförsörjning (matar enheten på utgången)

OBS: Jag använde cirka 8 fot tråd och råd om detta, i stället för att köpa dyr protoboardtråd, du kan köpa 3 ft ethernetkabel, remsan, och du kommer att ha 8 eller 9 trådar, var och en med en annan färg och 3 fot lång. (det är precis vad jag gör, eftersom den normala protoboardtråden är cirka 10 fot per dollar. Men för en slant kan du 3,3 fot ethernetkabel, så du skulle sluta med cirka 27-30 fot!

Steg 3: Dec till BCD

Det första steget är att bygga ingångssystemet, så att du kan kommunicera med ditt lås. Jag har utformat följande krets för att uppnå två huvudmål.

• Vrid något av de 10 numren från (0-9) till dess BCD (binära) motsvarighet. (Egentligen finns det en IC för detta ändamål, men det fanns inte i lager när jag gick till min lokala elektroniska butik., Så om du får det kommer du att spara mycket tid och besvär, men jag tycker att det är roligare på det här sättet)
• Att kunna upptäcka när en knapp trycks in.

För att lösa det första problemet bör vi titta på denna sanningstabell för att veta vilken utgång (ABCD) som kommer att vara hög (1) när vi trycker på varje 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 Nu är det där något jag älskar med Digitals kommer till användning … Det finns många sätt att göra en sak…. Det är precis som matte, du kan komma till 3 lägga till 1+2, eller subtrahera 4-1, eller 3^1…. Med andra ord kan du bygga många olika kretsar för att uppnå samma mål, det här är något som gör vår nuvarande uppgift enklare. Jag designade den här kretsen eftersom jag trodde att den använde få IC: er, men du kan designa din egen! Nu vet jag att vissa kanske kliar sig i huvudet och försöker ta reda på varför jag använde så många dioder, ja här är svaret … Dioder fungerar som en enkelriktad anslutning, så i ett par som är anslutna som i min krets, om det finns (1) spänning på sin "positiva sida" den kommer att leda ström, så vi kommer också att ha spänning i andra sidan, men om det finns en negativ eller obefintlig spänning (0) kommer den att bete sig som en öppen krets. Låt oss kontrollera beteendet hos dessa dioder, kalla den första diodanoden (+) för "E" och den andra diodanoden "F" och utgången kommer att vara deras anslutna katod "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Du kan se att vi har exakt samma beteende än en ELLER GATE, och sedan, varför inte använda bara dioder, på så sätt kommer du att spara ännu mer integrerad Kretsar och pengar?… Tja, svaret är enkelt, och du bör verkligen ta det i beaktande, spänningen tappade över varje DIOD. Det är normalt ca 0,65V. Varför är det så? Eftersom varje diod behöver minst 0,6 V över sin anod och katod för att dess övergång ska komma nära, så att den kan börja leda. I Med andra ord, för varje diod du ansluter och fungerar samtidigt, kommer du att tappa 0,65 V … det skulle inte vara ett stort problem om vi bara skulle slå på lysdioder, men vi arbetar med TTL IC, det betyder att vi behöver minst mer än 2 V. Och som vi börjar med 5 v.. Det betyder att man ansluter 5 dioder kommer att orsaka ett fel i vår krets (den integrerade kretsen skulle inte kunna skilja mellan 0v och mindre än 2v …) Det är därför jag aldrig använde mer än 2 dioder i varje ingång … OBS: Du måste ansluta ett motstånd anslutet till GND i varje OR Gate -ingång … För att lösa det andra problemet har jag precis lagt till en diod till varje ABCD, och 0, och kopplat ihop dem, så när någon av dem är 1, kommer du att ha en 1 på "Press" (P). Nu återstår bara att bygga det på din brödbräda, eller om du vill spara mer utrymme kan du göra som jag gjorde och borra några hål i ett konstruktionspapper och lödda dioderna och tryckknapparna där … Om du behöver lite mer information om Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Om du behöver mer information om dioder:

Steg 4: Visar

Det här steget är ett av de enklaste, vi behöver bara avkoda ABCD -ingångarna för att driva sjusegmentdisplayen … Och lyckligtvis finns det redan en integrerad krets som sparar oss all logik, tid och utrymme.

Om du använder en gemensam anoddisplay behöver du en 7447.

Om du använder en vanlig katodskärm behöver du en 7448.

Ledningarna är desamma, så hur som helst kan du använda min schema.

Ingångarna ABCD för varje IC kommer från varje minnes utgång (vi kommer att granska minnena i nästa steg)

Steg 5: Minne

Detta är var vi byter från kombinationslogik till sekvensiell logik … För att göra 4 bitars (ABCD) minne behöver vi bara en D-Flip Flop för varje bit, och i 74175 har vi 4 av dem. Kom ihåg att varje nummer representeras i ABCD, så att varje 74175 kan spara ett nummer. För mer information om hur D-flipflop fungerar och hur den sparar information: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Inmatning av de två första minnena (data "D") kommer från DEC till BCD kodare som vi byggde på det första steget. Tja, vi har den information som var och en kommer att hålla, men när ska de spara den? Naturligtvis kommer en att spara det första tryckta numret och det andra det andra tryckta numret … Så, hur får vi denna effekt? Tja med en annan typ av FF (flip flop) JK, när både J- och K -ingångarna är höga, kommer det att ändra utgångarnas tillstånd till dess komplement (negation), med andra ord kommer vi att ha på "Q" 1, sedan 0 sedan 1 igen, sedan 0 och så vidare. Denna Q och Q´ är klockan för minnena (vad som kommer att berätta när nya data ska sparas.) Pulsen som avgör när denna ändring görs är "P" som är hög när du trycker på valfritt nummer, men för att spara informationen i tid, vi kommer att behöva motsatsen, så här använder vi NOT GATE. Med andra ord, när vi trycker på en knapp kommer jk ff att ändra dess utmatning, sätta på det första minnet, så att det kommer att spara data, sedan trycker vi på igen och det första minnesinspelningstillståndet är avstängt, men det andra minnet kommer att spara de nya uppgifterna! Jag lade till en återställningsknapp som återställer båda minnena (ABCD) till 0 och återställer displayväljaren (jk ff) till det första minnet. För mer information om JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Nu … varför sa jag att vi behöver fyra 74175? Tja att spara lösenordet !! Även om det bara är möjligt att ställa in lösenordet med motstånd till GND eller Vcc, kommer det att göra ditt lösenord statiskt och omöjligt att ändra om du får låset gjort i ett kretskort. Så med ett minne kan du spara lösenordet och ändra det så många gånger du vill. Ingångarna kommer att vara utgångarna från våra bildskärmsminne, så när en positiv puls når deras klocka kommer du att klara vad som helst i displayerna. (både minnen och lösenordsminnen kommer att ha samma information). Naturligtvis kommer pulsen "nytt lösenord" endast att finnas om du redan har infört rätt lösenord och öppnat låset. Sammantaget kommer vi att ha en lagringskapacitet på 2 Bytes eller 16 bitar !!

Steg 6: Jämförelse

Vid denna tidpunkt har vi ett system som kan spara varje nummer vi trycker på i den ena displayen och sedan den andra, och kopiera den informationen till lösenordsminnen … vi saknar fortfarande det väsentliga, Comparator … en krets som jämför de två (ABCD) av displayminnen med de två (ABCD) av lösenordsminnen.. Återigen finns det redan en IC från TTL -familjen som gör allt smutsigt jobb, men det var inte tillgängligt i min lokala elektroniska butik. Så jag byggde mitt eget. För att förstå hur jag gjorde kan vi titta på XOR -sanningstabellen A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Lägg märke till att när A och a har samma värde är utgången låg (0). Så om de är olika kommer vi att ha ett 1 vid utgången. Det betyder att med en XOR Gate kan du jämföra 2 bitar en av displayminnet och den andra av lösenordsminnet. Baserat på att jag byggde följande krets, kom ihåg att du kan bygga det på ditt eget sätt, för det finns många sätt att komma till samma svar här i digital elektronik. Denna krets tar in de 8 bitarna i displayminnena (en bit per XOR, eftersom den andra ingången ska användas med lösenordsminnet) och de 8 bitarna i lösenordsminnen (dess en 1 Byte -jämförare). Och levererar bara en utmatning. om och bara om informationen på båda displayminnena är densamma som informationen i lösenordsminnen, kommer vi att ha en (0) låg utmatning. Med andra ord, om informationen om båda minnena skiljer sig åt, även om 1 bit, blir utsignalen hög (1).

Steg 7: Öppna/stäng

Äntligen den sista delen, vi är nästan klara! Snart enogh kommer du att kunna låsa vilken enhet som helst eller elektrifiera något staket, (snälla gör det inte!) Nu tar vi den sista informationen och avbryter den med en tryckknapp, så om någon av misstag skriver rätt lösenord, låset öppnas inte. (jag kallade den här knappen "enter", riktigt smart, va!) Och efter enter -knappen kommer RS -spärren, en enhet som kan vrida Q´ till 1 om det finns 0 på dess R -ingång, och spara den, och Q till 1 om det finns 0 i S -ingången. För mer information om RS-spärren: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Jag kopplade "Q" till ett rött LED-lås, eller att den kontrollerade enheten är AV. Och "Q´" till en transistor som kommer att förse reläet med enogh -ström för att vrida den och slå på den kontrollerade enheten. "Q´" var ansluten till en tryckknapp, (som jag kallade nytt lösenordsknapp av otäcka skäl) så att när du trycker på den knappen kommer du att stänga kretsen mellan Q´ och klockingången för lösenordsminnet. Om Q´ är låg (systemlåst) kommer ingenting att ändras i lösenordsminnet när knappen trycks in, men om den är hög (systemöppen) kommer klockan att aktiveras och lösenordsminnen kopierar informationen på displayminnena. (Ändring av Lösenord). Och kopplade ett motstånd till GND och till en tryckknapp (låsknapp) och därifrån till S -ingången, så när du trycker på det låser du systemet. Tja, medan jag kunde ha köpt en RS -flip -flop bara för detta ändamål, har jag fortfarande en JK ff kvar från min 7476. Och eftersom ingångarna R och S är oregelbundna behöver vi inte oroa oss för klockan. Så bara koppla upp saker som visas i diagrammet (som jag gjorde.) Var försiktig när du ansluter reläet till AC, använd tillräckligt med isoleringstejp.. Du vill inte ha kortslutning när du arbetar med hundratals volt! Efter att ha samlat ihop någonting … är vi äntligen klara !!! Kommentera gärna alla frågor eller föreslå, om du märker något problem eller misstag tvivlar du inte på att ponta ut det. Jag är här för att hjälpa. Bra lås, jag menar, lycka till med det låset.