נעילת שילוב דיגיטלית !: 7 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:18

תמיד תהיתי כיצד פועלים מנעולים אלקטרוניים, אז לאחר שסיימתי את קורס האלקטרוניקה הדיגיטלית הבסיסית החלטתי לבנות אחד בעצמי. ואני אעזור לך לבנות משלך!

אתה יכול לחבר אותו לכל דבר בין 1 וולט ל 400 וולט (או אולי יותר תלוי בממסר), DC או AC, כך שתוכל להשתמש בו כדי לשלוט במעגל אחר, או אפילו לחשמל גדר !! (בבקשה אל תנסו את זה, ממש מסוכן) … חיברתי עץ מיני כריזמה ליציאה (110 וולט) כי לא הורדתי את עיטור החגים מהמעבדה שלי, כך שזה היה בזמן שסיימתי את הפרויקט.

להלן כמה תמונות של המערכת המוגמרת, וגם סרטון, כך שתוכל לראות את זה עובד.

שלב 1: איך זה עובד?

ראשית חשבתי במה צריך לעבד וכיצד. אז ציירתי את התרשים הזה כמפה שתנחה אותי בזמן שאני בונה כל חלק בפרויקט. הנה סיכום של איך זה עובד.

• ראשית אנו צריכים מעגל כדי לפענח את 10 הכניסות האפשריות (0-9) ל- 4 פלט BCD שלו (בינארי מקודד עשרוני), ופלט נוסף שאומר לנו מתי לוחצים על כפתור כלשהו.
• לאחר מכן עלינו לבנות את המעגל לשני התצוגות של 7 המקטעים שלנו שיפעלו כראוי, עם 4 כניסות למספר BCD וכמובן 7 יציאות עבור הצגים שלנו, (השתמשתי ב- IC 74LS47)
• לאחר מכן מעגל לשמירת כל מספר לחוץ ומעבר בין תצוגות
• כמו גם זיכרון פנימי לסיסמה שלנו
• ואח האח של המנעול שלנו, המשווה (8 סיביות שלו מכיוון שיש בתצוגה 4 סיביות לכל ספרה, כלומר שאם אתה רוצה לעשות מנעול בן 4 ספרות תצטרך שניים מחוברים יחד.) זה יגיד לנו אם המספרים בתצוגות זהים לסיסמה השמורה בזיכרונות הפנימיים.
• ולבסוף מעגל לשמירה על האות OPEN או CLOSE לזמן לא מוגדר, וכמובן פלט (זה מה שאתה רוצה לשלוט עם המנעול שלך)

שלב 2: חומרים

הנה כל מה שתצטרך. הערה: לקחתי את רוב החומרים מלוח וידיאו ישן, כך שהם היו "בחינם" והפכו את הפרויקט הזה לזול באמת. בסך הכל הוצאתי כ -13 דל"ח (רוב ה- IC עלה 76 cnts, למעט ה- D-ff (בערך 1.15) כי לא היה לי IC, אבל אתה יכול לשמור אותם לפרויקטים עתידיים, הם השקעה מצוינת. רכיבים:

• הרבה דיודות (בערך 20) ליצירת חיבורים בכיוון אחד.
• טרנזיסטור NPN אחד (להזנת סליל הממסר עם מספיק זרם)
• ממסר אחד (לשליטה במכשיר המחובר)
• נורית אדומה אחת (לציון מתי המערכת נעולה)
• 14 כפתורי לחיצה
• הרבה נגדים (לא ממש משנה ההתנגדות, רק להגדיר את סיכות ה- IC ל -1 או 0 [+ או -])
• שני תצוגות של 7 קטעים.
• הרבה חוט !!

מעגלים משולבים:

• שני 7432 (OR GATES) לבניית ה- DEC ל- BCD והמשווה
• שתי נשמות של 7486 (XOR GATES) של המשווה.
• שני מנהלי התקן תצוגה 7447
• ארבעה 74175 (4 D-FF) כל אחד הוא זיכרון המסוגל להכיל 4 סיביות.
• 7476 אחד (2 JK-FF) לבורר התצוגה ולהחזק את האות OPEN CLOSE.
• 7404 אחד (NOT GATE) הופך את דופק השעון עבור בורר התצוגה. (אתה יכול להשתמש בטרנזיסטור NPN, מכיוון שאתה צריך רק שער אחד (ל- IC יש 6).

כלים:

• 3 פרוטובארדס (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• צְבָת
• סכין מדויקת
• ספק כוח 5V DC (הזנת מעגלים)
• ספק כוח 12V DC (מזין את סליל הממסר)
• ספק כוח 120V AC (מזין את המכשיר ביציאה)

הערה: השתמשתי בכ 8 רגל של חוט, ועצות בנושא, בהוראת רכישת חוט פרוטבורד יקר, אתה יכול לקנות כבל 3 רגל של הרשת, את הרצועה, ויהיו לך 8 או 9 חוטים, כל אחד עם צבע שונה 3 רגל אורך. (זה בדיוק מה שאני עושה, מכיוון שחוט הפרוטובורד הרגיל הוא בערך 10 רגל לדולר. אבל תמורת כסף אתה יכול להגיע לכבל Ethernet של 3.3 רגל, כך שתגיע לסכום של כ-27-30 רגל!

שלב 3: דק עד BCD

השלב הראשון הוא בניית מערכת הקלט, כך שתוכל לתקשר עם המנעול שלך. תכננתי את המעגל הבא במטרה להשיג שתי מטרות עיקריות.

• הפוך כל אחד מ -10 המספרים מ (0-9) למקבילה BCD (בינארית) שלו. (למעשה, יש IC למטרה זו, אך הוא לא היה במלאי כשהלכתי לחנות האלקטרוניקה המקומית שלי. אז אם תקבל זה תחסוך לעצמך הרבה זמן וצרות, אבל לדעתי יותר כיף ככה)
• היכולת לזהות בכל פעם שלוחצים על כפתור.

כדי לפתור את הבעיה הראשונה, כדאי שנסתכל על טבלת האמת הזו כדי לדעת איזה פלט (ABCD) יהיה גבוה (1) כאשר נלחץ על כל כפתור. 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 עכשיו הנה המקום שבו משהו שאני אוהב בדיגיטלים מגיע לשימוש … ישנן דרכים רבות לעשות דבר אחד … זה בדיוק כמו מתמטיקה, אתה יכול להגיע ל -3 הוספת 1+2, או הפחתת 4-1, או 3^1…. במילים אחרות, אתה יכול לבנות הרבה מעגלים שונים כדי להשיג את אותה מטרה, זה משהו שהופך את המשימה הנוכחית שלנו לקלה יותר. תכננתי את המעגל הזה כי חשבתי שהוא משתמש במעט מעגלים, אבל אתה יכול לעצב משלך! עכשיו, אני יודע כמה אולי מגרדים את הראש בניסיון להבין מדוע השתמשתי בכל כך הרבה דיודות, ובכן הנה התשובה … דיודות פועלות כמו חיבור חד כיווני, כך שבזוג המחובר כמו במעגל שלי, אם יש (1) מתח ב"צד החיובי "שלו הוא יוביל זרם, כך שיהיה לנו גם מתח בצד השני, אבל אם יש מתח שלילי או לא קיים (0) הוא יתנהג כמעגל פתוח. בואו נבדוק את התנהגות הדיודות הללו, ונקרא לאנודת הדיודה הראשונה (+) "E", ואנודת הדיודה השנייה "F" והפלט יהיה הקתודה המחוברת שלהם "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 אתה יכול לראות שיש לנו אותה התנהגות בדיוק כמו OR GATE, ואז, למה לא להשתמש רק בדיודות, כך תחסוך אפילו יותר משולב מעגלים, וכסף? … ובכן התשובה היא פשוטה, ואתה באמת צריך לקחת את זה בחשבון, המתח ירד על כל דיודה. זה בדרך כלל בערך 0.65V. למה? מכיוון שכל דיודה צריכה לפחות 0.6 וולט על פני האנודה והקטודה שלה כדי שהצומת שלה תתקרב, כך שהיא תוכל להתחיל להוליך. I במילים אחרות, עבור כל דיודה שאתה מחבר ועובדת בו זמנית, תאבד 0.65 וולט … זו לא תהיה בעיה גדולה אם היינו רק מדליקים נוריות, אבל אנחנו עובדים עם TTL IC, זה אומר שאנחנו צריכים לפחות יותר מ -2 V. וכמו שאנחנו מתחילים עם 5 וולט.. זה אומר שחיבור 5 דיודות. יגרום לכשל במעגל שלנו (המעגל המשולב לא יוכל להבחין בין 0v ופחות מ -2v …) לכן מעולם לא השתמשתי ביותר משתי דיודות בכל קלט … הערה: עליך לחבר נגד המחובר ל- GND ב כל קלט OR Gate … כדי לפתור את הבעיה השנייה הוספתי רק דיודה לכל ABCD, ו- 0, וחיברתי אותם יחד, כך שבכל פעם שאחד מהם הוא 1, יהיה לך 1 על "הקש" (P). עכשיו כל שנותר הוא לבנות אותו על קרש הלחם שלך, או אם אתה רוצה לחסוך עוד מקום אתה יכול לעשות כמו שאני עשיתי, ולקדוח כמה חורים בנייר בנייה ולהלחם את הדיודות ולחצן שם … אם אתה צריך קצת מידע נוסף על שערי לוגיקה: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html אם אתה צריך עוד מידע על דיודות:

שלב 4: תצוגות

שלב זה הוא אחד הקלים ביותר, עלינו רק לפענח את כניסות ABCD כדי להניע את תצוגת שבעת הקטע … ולמזלי יש כבר מעגל משולב שיחסוך לנו את כל ההיגיון, הזמן והחלל.

אם אתה משתמש בתצוגת Anode Common, תזדקק ל- 7447.

אם אתה משתמש בתצוגת קתודה נפוצה, תזדקק למספר 7448.

החיווט זהה, כך שבכל מקרה תוכל להשתמש בסכימה שלי.

כניסות ABCD עבור כל IC מגיעים מפלט של כל זיכרון (נסקור את הזיכרונות בשלב הבא)

שלב 5: זיכרון

זה היה אם היינו עוברים מהלוגיקה המשולבת, להיגיון המחשבי … כדי ליצור את הזיכרון של 4 סיביות (ABCD) אנחנו רק צריכים D-Flip Flop לכל ביט, וב- 74175 יש לנו 4 כאלה. זכור שכל מספר מיוצג ב- ABCD, כך שכל 74175 יכול לשמור מספר אחד. למידע נוסף על אופן הפעולה של D-flipflop וכיצד היא שומרת מידע: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop הקלט של שני הזיכרונות הראשונים (נתונים "D") מגיע מקודד ה- DEC ל- BCD שבנינו בשלב הראשון. ובכן יש לנו את המידע שכל אחד עומד להחזיק, אבל מתי הם ישמרו אותו? כמובן שאחד ישמור את המספר הראשון שנלחץ והשני את המספר הלחיצה השני … אז איך נשיג את האפקט הזה? ובכן עם סוג אחר של FF (כפכפים) ה- JK, כאשר גם תשומות J ו- K גבוהות, הוא ישנה את מצב היציאות להשלמה שלו (שלילה), במילים אחרות, יהיה לנו על "Q" 1, ואז 0 ואז 1 שוב, ואז 0 וכן הלאה. Q ו- Q´ אלה הם השעון לזיכרונות (מה יגיד להם מתי יש לשמור נתונים חדשים.) הדופק שיקבע מתי יבוצע שינוי זה הוא ה- P הגבוה בכל לחיצה על מספר כלשהו, אך כדי שמור את המידע בזמן, נזדקק להיפך, אז כאן אנו משתמשים ב- NOT GATE. במילים אחרות, ברגע שנלחץ על כפתור, ה- jk ff ישנה את הפלט שלו, יפעיל את הזיכרון הראשון, כך שהוא ישמור את הנתונים, ואז נלחץ שוב ומצב הקלטת הזיכרון הראשון יהיה כבוי, אך הזיכרון השני ישמור את הנתונים החדשים! הוספתי בשלב זה כפתור איפוס שיחזיר את שני הזיכרונות (ABCD) ל 0, ויחזיר את בורר התצוגה (jk ff) לזיכרון הראשון. למידע נוסף על JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop עכשיו … למה אמרתי שאנחנו צריכים ארבעה 74175? טוב לשמור את הסיסמא !! למרות שזה אפשרי רק להגדיר את הסיסמה עם נגדים ל- GND או Vcc, זה יהפוך את הסיסמה שלך לסטטית, ובלתי אפשרי לשנות אותה אם אתה מבצע את הנעילה במחשב הלוח. אז, עם זיכרון, אתה יכול לשמור את הסיסמה ולשנות אותה כמה פעמים שתרצה. הכניסות יהיו הפלט של זיכרון התצוגות שלנו, כך שכאשר דופק חיובי יגיע לשעון שלהן, תתמודד עם כל המספרים במסכים. (לשניהם, הזיכרונות וזיכרונות הסיסמה יהיו בעלי אותו מידע). כמובן שדופק "הסיסמה החדשה" יהיה זמין רק אם כבר הכנסת את הסיסמה הנכונה ופתחת את המנעול. בסך הכל תהיה לנו נפח אחסון של 2 בתים או 16 סיביות !!

שלב 6: השוואה

בשלב זה יש לנו מערכת שמסוגלת לשמור כל מספר שאנו לוחצים עליו בתצוגה אחת ואז על השנייה, ולהעתיק את המידע הזה לזיכרונות הסיסמה … עדיין חסר לנו החיוני, המשווה … מעגל אחד שישווה את השניים (ABCD) של זיכרונות התצוגה עם שני (ABCD) של זיכרונות הסיסמה.. שוב, יש כבר IC ממשפחת TTL שעושה את כל העבודה המלוכלכת, אך היא לא הייתה זמינה בחנות האלקטרוניקה המקומית שלי. אז בניתי משלי. כדי להבין איך עשיתי זה מאפשר להסתכל על טבלת האמת של XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 שימו לב שבכל פעם של A ו- a יש אותו ערך, הפלט נמוך (0). אז אם הם שונים יש לנו 1 ביציאה. כלומר, עם שער אחד של XOR אתה יכול להשוות 2 סיביות אחד מזיכרון התצוגה והשני של זיכרון הסיסמה. על סמך זה בניתי את המעגל הבא, זכור שאתה יכול לבנות אותו בדרך שלך, כי ישנן דרכים רבות להגיע לאותה תשובה כאן באלקטרוניקה דיגיטלית. מעגל זה לוקח את 8 הסיביות של זיכרונות התצוגה (ביט אחד לכל XOR, מכיוון שיש להשתמש בקלט השני עם זיכרון הסיסמה) ואת 8 הסיביות של זיכרונות הסיסמה (משווה 1 בתים). ויספק פלט אחד בלבד. אם ורק אם המידע על שני זיכרונות התצוגה זהה למידע שבזיכרונות הסיסמה, יהיה לנו פלט נמוך (0). במילים אחרות, אם המידע על שתי קבוצות הזיכרונות שונה, אפילו על ביט אחד, הפלט יהיה גבוה (1).

שלב 7: פתח/סגור

סוף סוף החלק האחרון, כמעט סיימנו! בקרוב enogh תוכל לנעול כל מכשיר, או לחשמל כל גדר,, (אנא אל!) כעת, ניקח את פיסת המידע האחרונה ונקרע אותו באמצעות כפתור לחיצה, כך שאם מישהו יכתוב בטעות את הסיסמה הנכונה, המנעול לא נפתח. (קראתי ללחצן הזה "enter", ממש חכם, הא !,) ואחרי כפתור ה- enter יגיע תפס ה- RS, מכשיר אחד שיכול להפוך את Q´ ל -1 אם יש 0 על שלו קלט R ושמור אותו ו- Q עד 1 אם יש 0 בקלט S. למידע נוסף על תפס RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops חיברתי את "Q" למנעול פירוש אדום, או שהמכשיר הנשלט כבוי. ו- "Q´" לטרנזיסטור שיספק לממסר זרם אנוג כדי להפעיל אותו, והדליק את המכשיר הנשלט. "Q´" היה מחובר ללחצן לחיצה, (שקראתי ללחצן סיסמה חדשה מסיבות לא נעימות) כך שכאשר תלחץ על הלחצן הזה תסגור את המעגל בין Q´ לבין קלט השעון לזיכרון הסיסמה. אם Q´ הוא נמוך (המערכת נעולה) שום דבר לא ישתנה בזיכרון הסיסמה בעת לחיצה על הלחצן, אך אם הוא גבוה (מערכת פתוחה) השעון יופעל וזיכרונות הסיסמה יעתיקו את המידע בזיכרונות התצוגה. (שינוי סיסמה). וחיבר נגד ל- GND ולכפתור לחיצה (כפתור נעילה) ומשם לכניסת S, כך שבכל פעם שתלחץ עליו תנעל את המערכת. ובכן, למרות שיכולתי לקנות כפכף RS רק למטרה זו, עדיין נשאר לי JK ff אחד מה- 7476 שלי. וגם, כיוון שכניסות R ו- S אינן מגונות, איננו צריכים לדאוג לגבי השעון. אז פשוט חברו את הדברים כפי שמוצג בתרשים (כפי שעשיתי.) היו זהירים כאשר אתם מחברים את הממסר ל- AC, השתמשו בקלטת בידוד מספקת.. אתם לא רוצים קצר חשמלי בעבודה עם מאות וולט! אחרי שחיברנו ביחד … סוף סוף סיימנו !!! אנא אל תהסס להגיב על כל שאלה או להציע, אם אתה מבחין בבעיה או בטעות אל תטיל ספק בכך שתסיר אותה. אני כאן כדי לעזור. מנעול טוב, כלומר, בהצלחה עם המנעול הזה.