Skaitmeninis kombinuotas užraktas!: 7 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:51

Man visada buvo įdomu, kaip veikia elektroninės spynos, todėl, baigęs pagrindinius skaitmeninės elektronikos kursus, nusprendžiau pats juos sukurti. Ir aš padėsiu jums sukurti savo!

Galite prijungti jį prie bet ko nuo 1 V iki 400 V (o gal daugiau, priklausomai nuo relės), nuolatinės srovės arba kintamosios srovės, kad galėtumėte ją naudoti norėdami valdyti kitą grandinę ar net elektrifikuoti tvorą! (prašau, nebandykite to padaryti, tai tikrai pavojinga) … Prie išvesties prijungiau mini Kalėdų eglutę (110 V), nes nebuvau paėmusi atostogų dekoracijos iš savo laboratorijos, taigi ji buvo maždaug tuo metu, kai baigiau projektą.

Čia yra keletas gatavos sistemos nuotraukų ir vaizdo įrašas, kad galėtumėte pamatyti, kaip jis veikia.

1 žingsnis: kaip tai veikia?

Pirmiausia pagalvojau, ką reikia apdoroti ir kaip. Taigi aš nubraižiau šią schemą kaip žemėlapį, kuris padės man kurti kiekvieną projekto dalį. Čia yra santrauka, kaip tai veikia.

• Pirmiausia mums reikia grandinės, kad būtų galima iššifruoti 10 galimų įėjimų (0–9) į 4 išvesties BCD (dvejetainis koduotas dešimtainis) ir kitą išvestį, kuri mums pasako, kai paspaudžiamas bet kuris mygtukas.
• Tada turime sukurti grandinę, kad mūsų du 7 segmentų ekranai veiktų tinkamai, su 4 įėjimais BCD numeriui ir, žinoma, 7 išėjimais mūsų ekranams (aš naudojau IC 74LS47)
• Tada grandinė, skirta išsaugoti kiekvieną paspaustą skaičių ir perjungti ekranus
• Taip pat vidinė mūsų slaptažodžio atmintis
• Ir mūsų spynos židinys, lygintuvas (jo 8 bitai, nes ekrane yra 4 bitai viename skaitmenyje, o tai reiškia, kad jei norite užrakinti 4 skaitmenų, jums reikės dviejų iš jų sujungti.) Tai pasakys mums, jei skaičiai ekranuose sutampa su slaptažodžiu, išsaugotu vidinėje atmintyje.
• Ir galiausiai grandinė, skirta neribotą laiką išlaikyti ATIDARYTI arba UŽDARYTI signalą, ir, žinoma, išvestis (tai, ką norite valdyti savo užraktu)

2 žingsnis: medžiagos

Štai viskas, ko jums reikės. PASTABA: didžiąją dalį medžiagų paėmiau iš senos videomagnetofono plokštės, todėl jos buvo „nemokamos“, todėl šis projektas buvo tikrai pigus. Iš viso išleidau apie 13 dll (dauguma IC kainavo 76 cnt, išskyrus D-ff (apie 1,15), nes neturėjau IC, bet galite juos pasilikti būsimiems projektams, jie yra puiki investicija.)

• Daug diodų (apie 20), kad būtų galima sujungti viena kryptimi.
• Vienas NPN tranzistorius (maitinti relės ritę pakankamai srovės)
• Viena relė (valdyti prijungtą įrenginį)
• Vienas raudonas šviesos diodas (nurodantis, kada sistema UŽRAKTA)
• 14 mygtukų
• Daug rezistorių (iš tikrųjų nesvarbu atsparumas, tiesiog nustatyti IC kaiščius į 1 arba 0 [+ arba -])
• Du 7 segmentų ekranai.
• Daug vielos !!

Integruoti grandynai:

• Du 7432 (ARBA GATES), skirti sukurti DEC į BCD ir lygintuvą
• Dvi 7486 (XOR GATES) lyginamosios sielos.
• Dvi 7447 ekrano tvarkyklės
• Keturi 74175 (4 D-FF) yra atmintis, galinti talpinti 4 bitus.
• Vienas 7476 (2 JK-FF), skirtas ekrano parinkikliui ir signalo OPEN CLOSE laikymui.
• Vienas 7404 (NOT GATE) apverčia ekrano parinkiklio laikrodžio impulsą. (galite naudoti NPN tranzistorių, nes jums reikia tik vienų vartų (ic turi 6).

Įrankiai:

• 3 „Protoboards“(https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Replės
• „Exacto“peilis
• 5 V nuolatinės srovės maitinimo šaltinis (maitina grandines)
• 12 V nuolatinės srovės maitinimo šaltinis (maitina relės ritę)
• 120 V kintamosios srovės maitinimo šaltinis (maitina įrenginį prie išvesties)

PASTABA: Aš sunaudojau apie 8 pėdų vielos, ir patarimas šiuo klausimu, perkant brangią protoboard laidą, galite nusipirkti 3 pėdų eterneto kabelį, jį nuimti, ir turėsite 8 arba 9 laidus, kurių kiekviena bus skirtingos spalvos ir 3 pėdų ilgio. (būtent tai aš darau, nes įprasta protoboardinė viela yra apie 10 pėdų už dolerį. Bet už pinigus galite gauti 3,3 pėdų eterneto kabelio, taigi galų gale turėsite apie 27–30 pėdų!

3 žingsnis: sumažinkite BCD

Pirmasis žingsnis yra sukurti įvesties sistemą, kad galėtumėte bendrauti su savo užraktu. Aš sukūriau šią grandinę, kad pasiekčiau du pagrindinius tikslus.

• Pasukite bet kurį iš 10 skaičių iš (0–9) į jo BCD (dvejetainį) atitikmenį. (Tiesą sakant, tam yra IC, tačiau jo nebuvo sandėlyje, kai nuėjau į vietinę elektroninę parduotuvę. sutaupysite daug laiko ir rūpesčių, bet manau, kad taip smagiau)
• Galimybė nustatyti, kada paspaudžiamas mygtukas.

Norėdami išspręsti pirmąją problemą, turėtume pažvelgti į šią tiesos lentelę, kad sužinotume, kuri išvestis (ABCD) bus didelė (1), kai paspausime kiekvieną mygtuką. 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 Dabar čia kažkas, kas man patinka skaitmenyse, yra naudinga … Yra daug būdų, kaip padaryti vieną dalyką…. Kaip ir matematika, galite gauti 3 pridėdami 1+2 arba atimdami 4-1 arba 3^1…. Kitaip tariant, jūs galite sukurti daug skirtingų grandinių, kad pasiektumėte tą patį tikslą - tai palengvina mūsų dabartinę užduotį. Aš sukūriau šią grandinę, nes maniau, kad joje naudojami keli IC, bet jūs galite sukurti savo! Dabar žinau, kad kai kurie gal kasosi galvas bandydami išsiaiškinti, kodėl naudojau tiek daug diodų, štai čia yra atsakymas … Diodai veikia kaip vienpusis ryšys, todėl poroje, prijungtoje kaip mano grandinėje, yra (1) įtampa savo „teigiamoje pusėje“praleis srovę, todėl įtampą turėsime ir kitoje pusėje, tačiau jei yra neigiama arba neegzistuojanti įtampa (0), ji veiks kaip atvira grandinė. Leiskite patikrinti šių diodų veikimą, pirmąjį diodo anodą (+) vadindami „E“, o antrąjį diodo anodą „F“, o išvestis bus prijungtas jų katodas „X“. EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Matote, kad elgiamės lygiai taip pat, kaip ARBA GATE, ir tada, kodėl gi ne naudojant tik diodus, taip sutaupysite dar daugiau integruotų Grandinės ir pinigai?… Na, atsakymas yra paprastas, ir jūs tikrai turėtumėte į tai atsižvelgti - įtampa sumažėjo per kiekvieną diodą. Paprastai tai yra apie 0,65 V. Kodėl taip? Kadangi kiekvienam diodui reikia mažiausiai 0,6 V per jo anodą ir katodą, kad jo jungtis priartėtų, todėl jis gali pradėti laidyti. Kitaip tariant, kiekvieno prijungto diodo ir jo veikimo tuo pačiu metu prarasite 0,65 V… tai nebūtų didelė problema, jei įjungtume tik šviesos diodus, bet dirbame su TTL IC, tai reiškia, kad mums reikia bent daugiau nei 2 V. Ir kaip pradedame nuo 5 v. sukels mūsų grandinės gedimą (integruotas grandynas negalės atskirti 0v ir mažesnis nei 2v …) Štai kodėl aš niekada nenaudojau daugiau kaip 2 diodų kiekvienoje įvestyje … PASTABA: turite prijungti rezistorių, prijungtą prie GND kiekvienas ARBA vartų įvestis … Norėdami išspręsti antrąją problemą, aš tiesiog pridėjau diodą prie kiekvieno ABCD ir 0 ir sujungiau juos kartu, taigi, kai kuris nors iš jų yra 1, turėsite 1 ant „Paspauskite“(P). Dabar belieka jį pastatyti ant savo duonos lentos arba, jei norite sutaupyti daugiau vietos, galite padaryti taip, kaip aš, ir išgręžti keletą skylių statybiniame popieriuje, o ten lituoti diodus ir mygtukus … Jei reikia daugiau informacijos apie „Logic Gates“: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Jei jums reikia daugiau informacijos apie diodus:

4 žingsnis: rodymas

Šis žingsnis yra vienas iš lengviausių, mums tereikia iššifruoti ABCD įvestis, kad būtų rodomas septynių segmentų ekranas … Ir, laimei, jau yra integruotas grandynas, kuris sutaupys mums visą logiką, laiką ir erdvę.

Jei naudojate įprastą anodo ekraną, jums reikės 7447.

Jei naudojate bendrojo katodo ekraną, jums reikės 7448.

Laidai yra tie patys, todėl bet kuriuo atveju galite naudoti mano schemą.

Įvestys ABCD kiekvienam IC gaunamos iš kiekvienos atminties išvesties (peržiūrėsime prisiminimus kitame žingsnyje)

5 žingsnis: atmintis

Tai būtų, jei mes pakeistume iš kombinuotos logikos į sekvencinę logiką … Kad sudarytume 4 bitų (ABCD) atmintį, mums tereikia D-Flip Flop kiekvienam bitui, o 74175 turime 4 iš jų. Atminkite, kad kiekvienas skaičius pateikiamas ABCD, todėl kiekvienas 74175 gali išsaugoti vieną numerį. Norėdami gauti daugiau informacijos apie tai, kaip veikia „D-flipflop“ir kaip ji išsaugo informaciją, apsilankykite: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Pirmųjų dviejų prisiminimų įvestis („D“duomenys) ateina iš DEC į BCD kodavimo, kurį sukūrėme pirmame žingsnyje. Na, mes turime informacijos, kurią kiekvienas turės, bet kada jie ją išsaugos? Žinoma, vienas išsaugos pirmą paspaustą skaičių, o kitas - antrą paspaustą skaičių … Taigi, kaip mes galime pasiekti šį efektą? Na, su kitos rūšies FF (flip flop) JK, kai tiek J, tiek K įėjimai yra dideli, tai pakeis išėjimų būseną į papildymą (neigimą), kitaip tariant, turėsime „Q“1, tada 0, tada vėl 1, tada 0 ir pan. Šis Q ir Q yra atminties laikrodis (kas nurodys jiems, kada išsaugoti naujus duomenis.) Pulsas, kuris nustatys, kada šis pakeitimas bus padarytas, yra „P“, kuris yra didelis, kai paspaudžiate bet kurį skaičių, bet išsaugokite informaciją laiku, mums reikės priešingai, taigi čia mes naudojame NOT GATE. Kitaip tariant, kai paspausime mygtuką, „jk ff“pakeis savo išvestį, įjungs pirmąją atmintį, kad išsaugotų duomenis, tada vėl paspaudžiame ir pirmoji atminties įrašymo būsena bus išjungta, bet antroji atmintis išsaugos naujus duomenis! Šiuo metu pridėjau atstatymo mygtuką, kuris abi atmintines (ABCD) grąžins į 0 ir grąžins ekrano parinkiklį (jk ff) į pirmąją atmintį. Norėdami gauti daugiau informacijos apie JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Dabar … kodėl aš sakiau, kad mums reikia keturių 74175? Gerai išsaugoti slaptažodį !! Nors galima tik nustatyti slaptažodį su rezistoriais į GND arba Vcc, tai padarys jūsų slaptažodį statišką ir neįmanoma pakeisti, jei užrakinsite PCB. Taigi, turėdami atmintį, galite išsaugoti slaptažodį ir jį pakeisti tiek kartų, kiek norite. Įvestys bus mūsų ekranų atminties išėjimai, taigi, kai teigiamas impulsas pasieks savo laikrodį, jūs susidorosite su tuo, kokie skaičiai rodomi ekranuose. (tiek prisiminimuose, tiek slaptažodžių atmintyse bus ta pati informacija). Žinoma, „naujo slaptažodžio“impulsas bus pasiekiamas tik tuo atveju, jei jau suklaidinote teisingą slaptažodį ir atidarėte užraktą. Iš viso turėsime 2 arba 16 bitų atminties !!

6 žingsnis: palyginimas

Šiuo metu mes turime sistemą, galinčią išsaugoti kiekvieną skaičių, kurį paspaudžiame viename ekrane, tada kitame, ir nukopijuoti šią informaciją į slaptažodžių atmintines … mums vis dar trūksta esminio, lyginamojo … vienos grandinės, kuri palygins abu (ABCD) ekrano atminties su dviem (ABCD) slaptažodžių atmintimis. Taigi aš sukūriau savo. Norėdami suprasti, kaip aš tai padariau, pažvelkime į XOR tiesos lentelę A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Atkreipkite dėmesį, kad kai A ir a turi tą pačią vertę, išvestis yra maža (0). Taigi, jei jie yra skirtingi, išvestyje turėsime 1. Tai reiškia, kad naudodami vienus XOR vartus galite palyginti 2 bitus: vieną iš ekrano atminties ir kitą su slaptažodžio atmintimi. Remdamiesi tuo, kad sukūriau šią grandinę, atminkite, kad galite ją sukurti savo nuožiūra, nes čia yra daug būdų, kaip rasti tą patį atsakymą skaitmeninėje elektronikoje. Ši grandinė užima 8 ekrano atminties bitus (vienas bitas kiekvienam XOR, nes kita įvestis turėtų būti naudojama su slaptažodžių atmintimi) ir 8 bitai slaptažodžių atmintinių (tai yra 1 baitų palyginimas). Ir pateiks tik vieną išvestį. jei ir tik tada, kai informacija abiejose ekrano atmintyse yra tokia pati kaip ir slaptažodžių atmintyje, turėsime (0) mažą išvestį. Kitaip tariant, jei informacija apie abu atminties rinkinius skiriasi net 1 bitu, išvestis bus didelė (1).

7 žingsnis: atidarykite/uždarykite

Pagaliau paskutinė dalis, mes beveik baigėme! Netrukus galėsite užrakinti bet kurį įrenginį arba įelektrinti bet kokią tvorą, (Prašome ne!) Dabar paimsime paskutinę informacijos dalį ir ją nutrauksime paspausdami mygtuką, taigi, jei kas nors atsitiktinai parašys teisingą slaptažodį, spyna neatsidarys. (Aš vadinau šį mygtuką „įveskite“, tikrai protingas, aha!)) Ir po įvesties mygtuko pasirodys RS fiksatorius, vienas įrenginys, kuris gali pasukti Q iki 1, jei joje yra 0 Įveskite R ir išsaugokite jį, o nuo Q iki 1, jei įvestyje S yra 0. Norėdami gauti daugiau informacijos apie RS skląstį: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Aš prijungiau „Q“prie raudonos spalvos LED užrakto arba kad valdomas įrenginys yra IŠJUNGTAS. Ir „Q´“prie tranzistoriaus, kuris aprūpins relę stipria srove, kad ją įjungtų, įjungdamas valdomą įrenginį. „Q´“buvo prijungtas prie mygtuko (kurį dėl paklusnių priežasčių pavadinau naujo slaptažodžio mygtuku), kad paspaudę tą mygtuką uždarytumėte grandinę tarp Q´ ir slaptažodžio atminties laikrodžio įvesties. Jei Q´ yra žemas (sistema užrakinta), niekas nepasikeis slaptažodžių atmintyje, kai bus paspaustas mygtukas, tačiau jei jis yra aukštas (sistemos atidarymas), laikrodis bus suaktyvintas ir slaptažodžių atmintys nukopijuos informaciją ekrano atmintyse. (Pakeitus Slaptažodis). Ir prijungė rezistorių prie GND ir prie mygtuko (užrakto mygtukas) ir iš ten prie S įvesties, taigi, kai jį paspausite, jūs užrakinsite sistemą. Na, nors aš galėjau nusipirkti RS šlepetę tik šiam tikslui, aš vis dar turėjau vieną JK ff iš savo 7476. Ir dėl to, kad įvestys R ir S yra asincroninės, mums nereikia jaudintis dėl laikrodžio. Taigi tiesiog prijunkite laidus, kaip parodyta diagramoje (kaip aš padariau.) Būkite atsargūs, kai prijungiate relę prie kintamosios srovės, naudokite pakankamai izoliacinės juostos.. Dirbdami su šimtais voltų nenorite trumpojo jungimo! Po to, kai mes viską supratome … pagaliau baigėme !!! Prašome nedvejodami komentuoti bet kokį klausimą ar pasiūlyti, jei pastebite kokią nors problemą ar klaidą, neabejokite, kad ją išsprendėte. Aš čia padėti. Gera spyna, turiu galvoje, sėkmės su tuo užraktu.