Comηφιακή κλειδαριά συνδυασμού!: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:39

Πάντα αναρωτιόμουν πώς λειτουργούσαν οι ηλεκτρονικές κλειδαριές, οπότε μόλις τελείωσα το βασικό μάθημα ψηφιακών ηλεκτρονικών αποφάσισα να φτιάξω μόνος μου. Και θα σε βοηθήσω να φτιάξεις το δικό σου!

Θα μπορούσατε να το συνδέσετε σε οτιδήποτε από 1v έως 400v (ή ίσως περισσότερο που εξαρτάται από το RELAY), DC ή AC, ώστε να μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για τον έλεγχο ενός άλλου κυκλώματος ή ακόμα και για την ηλεκτροδότηση ενός φράχτη !! (παρακαλώ μην το δοκιμάσετε, πραγματικά επικίνδυνο)… Συνδέσα ένα δέντρο μίνι chrismas στην έξοδο (110v) γιατί δεν είχα πάρει τη διακόσμηση των γιορτών από το εργαστήριό μου, οπότε ήταν γύρω τη στιγμή που τελείωσα το έργο.

Ακολουθούν μερικές εικόνες του τελικού συστήματος και ένα βίντεο επίσης, ώστε να μπορείτε να το δείτε να λειτουργεί.

Βήμα 1: Πώς λειτουργεί;

Πρώτα σκέφτηκα τι έπρεπε να υποβληθεί σε επεξεργασία και πώς. Έτσι σχεδίασα αυτό το διάγραμμα ως χάρτη για να με καθοδηγήσει καθώς χτίζω κάθε μέρος του έργου. Εδώ είναι μια περίληψη για το πώς λειτουργεί.

• Αρχικά χρειαζόμαστε ένα κύκλωμα για να αποκωδικοποιήσουμε τις 10 πιθανές εισόδους (0-9) στην 4 έξοδο BCD (Δυαδικό κωδικοποιημένο δεκαδικό) και μια άλλη έξοδο που μας λέει πότε πατάμε οποιοδήποτε κουμπί.
• Στη συνέχεια, πρέπει να δημιουργήσουμε το κύκλωμα για να λειτουργούν σωστά οι δύο οθόνες μας 7 τμημάτων, με 4 εισόδους για έναν αριθμό BCD και φυσικά 7 εξόδους για τις οθόνες μας, (χρησιμοποίησα το IC 74LS47)
• Στη συνέχεια, ένα κύκλωμα για αποθήκευση κάθε πιεσμένου αριθμού και εναλλαγή μεταξύ των οθονών
• Καθώς και μια εσωτερική μνήμη για τον κωδικό πρόσβασής μας
• Και, η εστία της κλειδαριάς μας, ο συγκριτής (τα 8 bits του auseγιατί υπάρχουν 4 bits ανά ψηφίο στην οθόνη, που σημαίνει ότι αν θέλετε να κάνετε μια κλειδαριά 4 ψηφίων θα χρειαστείτε δύο από αυτά συνδεδεμένα μαζί.) Αυτό θα πει εάν οι αριθμοί στις οθόνες είναι οι ίδιοι με τον κωδικό πρόσβασης που αποθηκεύτηκε στις εσωτερικές μνήμες.
• Και τέλος ένα κύκλωμα για να κρατήσετε το σήμα OPEN ή CLOSE για απροσδιόριστο χρόνο και φυσικά μια έξοδο (αυτό είναι ό, τι θέλετε να ελέγξετε με την κλειδαριά σας)

Βήμα 2: Υλικά

Εδώ είναι όλα όσα θα χρειαστείτε. ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Πήρα τα περισσότερα από τα υλικά από μια παλιά πλακέτα βίντεο, οπότε ήταν "δωρεάν" καθιστώντας αυτό το προϊόν πραγματικά φθηνό. Συνολικά ξόδεψα περίπου 13 dlls (το μεγαλύτερο μέρος του IC κόστισε 76 σεντ, εκτός του D-ff (περίπου 1,15) γιατί δεν είχα IC, αλλά μπορείτε να τα κρατήσετε για μελλοντικά προϊόντα, είναι μια μεγάλη επένδυση.

• Πολλές διόδους (περίπου 20) για να κάνετε μονόδρομες συνδέσεις.
• Ένα τρανζίστορ NPN (για τροφοδοσία του πηνίου ρελέ με αρκετό ρεύμα)
• Ένα ρελέ (για τον έλεγχο της συνδεδεμένης συσκευής)
• Ένα κόκκινο LED (για ένδειξη πότε το σύστημα είναι ΚΛΕΙΔΩΜΕΝΟ)
• 14 κουμπιά
• Πολλές αντιστάσεις (δεν έχει σημασία η αντίσταση, είναι μόνο να ρυθμίσετε τις ακίδες IC σε 1 ή 0 [+ ή -])
• Δύο οθόνες 7 τμημάτων.
• Πολύ σύρμα !!

Ολοκληρωμένα κυκλώματα:

• Δύο 7432 (OR GATES) για την κατασκευή του DEC στο BCD και του συγκριτή
• Δύο 7486 (XOR GATES) ψυχή του συγκριτή.
• Δύο προγράμματα οδήγησης οθόνης 7447
• Τέσσερα 74175 (4 D-FF) το καθένα είναι μια μνήμη ικανή να χωρέσει 4 bit.
• Ένα 7476 (2 JK-FF) για τον επιλογέα οθόνης και για να κρατήσει το σήμα OPEN CLOSE.
• Ένα 7404 (NOT GATE) αντιστρέφει τον παλμό του ρολογιού για τον επιλογέα οθόνης. (θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε ένα τρανζίστορ NPN insted, γιατί χρειάζεστε μόνο μία πύλη (το ic έχει 6).

Εργαλεία:

• 3 Protoboards (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Πένσα
• Μαχαίρι ακριβείας
• Τροφοδοσία 5V DC (κυκλώματα τροφοδοσίας)
• Τροφοδοσία 12V DC (τροφοδοτεί το πηνίο ρελέ)
• Τροφοδοσία AC 120V (τροφοδοτεί τη συσκευή στην έξοδο)

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Χρησιμοποίησα περίπου 8 πόδια σύρματος, και συμβουλές σχετικά με αυτό, με την αγορά ακριβού σύρματος protoboard, θα μπορούσατε να αγοράσετε 3 πόδια καλώδιο ethernet, να το απογυμνώσετε και θα έχετε 8 ή 9 σύρματα, το καθένα με διαφορετικό χρώμα και 3 πόδια μήκος. (αυτό ακριβώς κάνω, αφού το κανονικό καλώδιο protoboard είναι περίπου 10 πόδια ανά δολάριο. Αλλά για έναν κόπο θα μπορούσατε να φτάσετε τα 3,3 πόδια καλωδίου ethernet, οπότε θα καταλήξετε με περίπου 27-30 πόδια!

Βήμα 3: Δεκέμβριος σε BCD

Το πρώτο βήμα είναι η δημιουργία του συστήματος εισόδου, ώστε να μπορείτε να επικοινωνείτε με την κλειδαριά σας. Έχω σχεδιάσει το ακόλουθο κύκλωμα για να επιτύχω δύο βασικούς στόχους.

• Γυρίστε οποιονδήποτε από τους 10 αριθμούς από (0-9) στον αντίστοιχο BCD (δυαδικό). (Στην πραγματικότητα, υπάρχει ένα IC για αυτόν τον σκοπό, αλλά δεν ήταν διαθέσιμο όταν πήγα στο τοπικό μου ηλεκτρονικό κατάστημα. Επομένως, αν πάρετε θα εξοικονομήσετε πολύ χρόνο και κόπο, αλλά νομίζω ότι είναι πιο διασκεδαστικό με αυτόν τον τρόπο)
• Δυνατότητα ανίχνευσης κάθε φορά που πατάτε ένα κουμπί.

Για να λύσουμε το πρώτο πρόβλημα, θα πρέπει να ρίξουμε μια ματιά σε αυτόν τον πίνακα αλήθειας για να γνωρίζουμε ποια έξοδος (ABCD) θα είναι υψηλή (1) όταν πατάμε κάθε κουμπί. 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 Εδώ είναι που χρησιμοποιείται κάτι που αγαπώ στα Digital… Υπάρχουν πολλοί τρόποι να κάνεις ένα πράγμα…. Είναι ακριβώς όπως τα μαθηματικά, μπορείτε να φτάσετε στο 3 προσθέτοντας 1+2 ή να αφαιρέσετε 4-1 ή 3^1…. Με άλλα λόγια, θα μπορούσατε να δημιουργήσετε πολλά διαφορετικά κυκλώματα για να πετύχετε τον ίδιο στόχο, αυτό είναι κάτι που διευκολύνει το τρέχον έργο μας. Σχεδίασα αυτό το κύκλωμα γιατί σκέφτηκα ότι χρησιμοποιούσε λίγα IC, αλλά μπορείτε να σχεδιάσετε το δικό σας! Τώρα, ξέρω ότι μερικοί ίσως ξύνουν το κεφάλι τους προσπαθώντας να καταλάβουν γιατί χρησιμοποίησα τόσες διόδους, εδώ είναι η απάντηση … Οι δίοδοι λειτουργούν σαν μονόδρομος, έτσι σε ένα ζεύγος συνδεδεμένο όπως στο κύκλωμά μου, αν υπάρχει (1) η τάση στη "θετική πλευρά" του θα μεταφέρει ρεύμα, οπότε θα έχουμε τάση και στην άλλη πλευρά, αλλά αν υπάρχει αρνητική ή ανύπαρκτη τάση (0) θα συμπεριφέρεται ως ανοιχτό κύκλωμα. Ας ελέγξουμε τη συμπεριφορά αυτών των διόδων, καλώντας την πρώτη άνοδο διόδου (+) "E", και τη δεύτερη άνοδο "F" και η έξοδος θα είναι η συνδεδεμένη κάθοδός τους "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Μπορείτε να δείτε ότι έχουμε την ίδια ακριβώς συμπεριφορά από το OR GATE και, στη συνέχεια, γιατί να μην χρησιμοποιείτε μόνο δίοδοι, έτσι θα εξοικονομήσετε ακόμη περισσότερα Κυκλώματα, και χρήματα;… Λοιπόν, η απάντηση είναι απλή, και θα πρέπει πραγματικά να το λάβετε υπόψη, το ΤΟΜΕΙΟ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΤΑΙ ΚΑΘΕ ΔΙΟΔΟ. Συνήθως είναι περίπου 0,65V. Γιατί αυτό? Επειδή κάθε δίοδος χρειάζεται τουλάχιστον 0,6 V σε όλη την άνοδο και την κάθοδό της για να πλησιάσει η διασταύρωσή της, ώστε να μπορεί να αρχίσει να αγωγιάζει. Με άλλα λόγια, για κάθε δίοδο που συνδέετε και λειτουργεί ταυτόχρονα, θα χάσετε 0,65 V… αυτό δεν θα ήταν μεγάλο πρόβλημα αν ενεργοποιούσαμε μόνο τα led, αλλά δουλεύουμε με το TTL IC, αυτό σημαίνει ότι χρειαζόμαστε τουλάχιστον περισσότερα από 2 V. Και καθώς ξεκινάμε με 5 v.. Αυτό σημαίνει ότι συνδέουμε 5 διόδους θα προκαλέσει βλάβη στο κύκλωμά μας (το ενσωματωμένο κύκλωμα δεν θα μπορούσε να διακρίνει μεταξύ 0v και λιγότερο από 2v …) Αυτός είναι ο λόγος που δεν χρησιμοποίησα ποτέ περισσότερες από 2 διόδους σε κάθε είσοδο… ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Πρέπει να συνδέσετε μια αντίσταση συνδεδεμένη με GND σε κάθε είσοδος OR Πύλη… Για να λύσω το δεύτερο πρόβλημα, πρόσθεσα μια δίοδο σε κάθε ABCD και 0, και τα συνέδεσα μεταξύ τους, οπότε όποτε κάποιο από αυτά είναι 1, θα έχετε 1 στο "Press" (P). Τώρα το μόνο που μένει είναι να το χτίσετε στο ψωμί σας, ή αν θέλετε να εξοικονομήσετε περισσότερο χώρο, μπορείτε να κάνετε όπως έκανα, και να ανοίξετε μερικές τρύπες σε ένα κατασκευαστικό χαρτί και να κολλήσετε τις διόδους και τα κουμπιά εκεί… Εάν χρειάζεστε μερικές περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Εάν χρειάζεστε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις διόδους:

Βήμα 4: Εμφανίζει

Αυτά τα βήματα είναι από τα πιο εύκολα, απλά πρέπει να αποκωδικοποιήσουμε τις εισόδους ABCD για να οδηγήσουμε την οθόνη των επτά τμημάτων … Και ευτυχώς υπάρχει ήδη ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα που θα μας εξοικονομήσει όλη τη λογική, το χρόνο και τον χώρο.

Εάν χρησιμοποιείτε μια οθόνη κοινής ανόδου, τότε θα χρειαστείτε ένα 7447.

Εάν χρησιμοποιείτε οθόνη Common Cathode τότε θα χρειαστείτε ένα 7448.

Η καλωδίωση είναι η ίδια, οπότε με κάθε τρόπο θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε το σχηματικό μου.

Οι είσοδοι ABCD για κάθε IC προέρχονται από την έξοδο κάθε μνήμης (θα αναθεωρήσουμε τις μνήμες στο επόμενο βήμα)

Βήμα 5: Μνήμη

Αυτό είναι αν αλλάξουμε από συνδυαστική λογική, σε λογική secuencial… Για να φτιάξουμε τη μνήμη των 4 bits (ABCD) χρειαζόμαστε απλώς ένα D-Flip Flop για κάθε bit και στο 74175 έχουμε 4 από αυτά. Θυμηθείτε ότι κάθε αριθμός αντιπροσωπεύεται στο ABCD, έτσι ώστε κάθε 74175 να μπορεί να αποθηκεύσει έναν αριθμό. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας του D-flipflop και τον τρόπο με τον οποίο αποθηκεύει πληροφορίες,: προέρχεται από τον κωδικοποιητή DEC σε BCD που δημιουργήσαμε στο πρώτο βήμα. Λοιπόν, έχουμε τις πληροφορίες που θα κρατήσει ο καθένας, αλλά, πότε θα τις αποθηκεύσει; Φυσικά, ο ένας θα αποθηκεύσει τον πρώτο πατημένο αριθμό και ο άλλος τον δεύτερο αριθμό … Έτσι, πώς θα έχουμε αυτό το εφέ; Λοιπόν με ένα άλλο είδος FF (flip flop) το JK, όταν και οι δύο είσοδοι J και K είναι υψηλές, θα αλλάξει την κατάσταση των εξόδων στο συμπλήρωμά του (άρνηση), με άλλα λόγια, θα έχουμε στο "Q" 1, μετά 0 και πάλι 1, μετά 0 και ούτω καθεξής. Αυτό το Q και Q´ είναι το ρολόι για τις μνήμες (τι θα σας πει πότε θα αποθηκευτούν νέα δεδομένα.) Ο παλμός που θα καθορίσει πότε θα γίνει αυτή η αλλαγή είναι το "P" που είναι υψηλό κάθε φορά που πατάτε οποιονδήποτε αριθμό, αλλά αποθηκεύστε τις πληροφορίες εγκαίρως, θα χρειαστούμε το αντίθετο, οπότε εδώ που χρησιμοποιούμε το NOT GATE. Με άλλα λόγια, μόλις πατήσουμε ένα κουμπί, το jk ff θα αλλάξει την έξοδό του, θα ενεργοποιήσει την πρώτη μνήμη, έτσι ώστε να αποθηκεύσει τα δεδομένα, στη συνέχεια πιέζουμε ξανά και η πρώτη κατάσταση εγγραφής μνήμης θα είναι απενεργοποιημένη, αλλά η δεύτερη μνήμη θα αποθηκεύσει τα νέα δεδομένα! Πρόσθεσα σε αυτό το σημείο ένα κουμπί επαναφοράς που θα γυρίσει και τις δύο μνήμες (ABCD) στο 0 και θα επιστρέψει τον επιλογέα οθόνης (jk ff) στην πρώτη μνήμη. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Τώρα… γιατί είπα ότι χρειαζόμαστε τέσσερα 74175; Λοιπόν για να αποθηκεύσετε τον κωδικό πρόσβασης !! Παρόλο που είναι δυνατό να ορίσετε τον κωδικό πρόσβασης με αντιστάσεις σε GND ή Vcc, αυτό θα κάνει τον κωδικό σας στατικό και είναι αδύνατο να αλλάξει εάν ολοκληρώσετε το κλείδωμά σας σε ένα PCB. Έτσι, με μια μνήμη, μπορείτε να αποθηκεύσετε τον κωδικό πρόσβασης και να τον αλλάξετε όσες φορές θέλετε. Οι είσοδοι θα είναι οι έξοδοι της μνήμης των οθονών μας, οπότε όταν ένας θετικός παλμός φτάσει στο ρολόι τους, θα αντιμετωπίσετε όποιους αριθμούς υπάρχουν στις οθόνες. (και οι δύο, οι μνήμες και οι μνήμες κωδικού πρόσβασης θα έχουν τις ίδιες πληροφορίες). Φυσικά, ο παλμός "νέου κωδικού πρόσβασης" θα είναι διαθέσιμος μόνο εάν έχετε ήδη εισβάλει στον σωστό κωδικό πρόσβασης και ανοίξετε την κλειδαριά. Συνολικά θα έχουμε χωρητικότητα αποθήκευσης 2 Bytes ή 16 bit !!

Βήμα 6: Σύγκριση

Σε αυτό το σημείο έχουμε ένα σύστημα που μπορεί να αποθηκεύσει κάθε αριθμό που πατάμε στη μία οθόνη και στην άλλη, και να αντιγράφει αυτές τις πληροφορίες στις μνήμες κωδικού πρόσβασης… μας λείπει ακόμα το ουσιαστικό, ο Συγκριτής… ένα κύκλωμα που θα συγκρίνει τα δύο (ABCD) των αναμνήσεων οθόνης με τις δύο (ABCD) των μνήμων κωδικού πρόσβασης.. Και πάλι, υπάρχει ήδη ένα IC από την οικογένεια TTL που κάνει όλη τη βρώμικη δουλειά, αλλά δεν ήταν διαθέσιμο στο τοπικό ηλεκτρονικό μου κατάστημα. Έτσι έφτιαξα το δικό μου. Για να καταλάβετε πώς το έκανα, αφήστε να δείτε τον πίνακα αλήθειας XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Παρατηρήστε ότι κάθε φορά που το A και το A έχουν την ίδια τιμή, η έξοδος είναι χαμηλή (0). Έτσι, αν είναι διαφορετικά θα έχουμε 1 στην έξοδο. Αυτό σημαίνει ότι με το ένα XOR Gate μπορείτε να συγκρίνετε 2 bits το ένα της μνήμης οθόνης και το άλλο της μνήμης κωδικού πρόσβασης. Με βάση αυτό έχτισα το ακόλουθο κύκλωμα, θυμηθείτε ότι μπορείτε να το φτιάξετε με τον δικό σας τρόπο, γιατί υπάρχουν πολλοί τρόποι για να φτάσετε στην ίδια απάντηση εδώ στα ψηφιακά ηλεκτρονικά. Αυτό το κύκλωμα λαμβάνει τα 8 bits των αναμνήσεων οθόνης (ένα bit ανά XOR, γιατί η άλλη είσοδος πρέπει να χρησιμοποιείται με τη μνήμη κωδικού πρόσβασης) και τα 8 bits των μνήμων κωδικού πρόσβασης (είναι ένας συγκριτής 1 Byte). Και θα προσφέρει μόνο μία έξοδο. εάν και μόνο εάν οι πληροφορίες και στις δύο μνήμες οθόνης είναι ίδιες με τις πληροφορίες στις μνήμες κωδικού πρόσβασης, θα έχουμε (0) χαμηλή έξοδο. Με άλλα λόγια, εάν οι πληροφορίες και στις δύο ομάδες μνήμης διαφέρουν, ακόμη και σε 1 bit, η έξοδος θα είναι υψηλή (1).

Βήμα 7: Άνοιγμα/Κλείσιμο

Επιτέλους το τελευταίο μέρος, σχεδόν τελειώσαμε! Σύντομα θα μπορέσετε να κλειδώσετε οποιαδήποτε συσκευή ή να ηλεκτρίσετε οποιονδήποτε φράκτη, (παρακαλώ μην!) η κλειδαριά δεν ανοίγει. (κάλεσα αυτό το κουμπί "enter", πολύ έξυπνο, ε!) R είσοδο, και αποθηκεύστε το, και Q σε 1 εάν υπάρχει 0 στην είσοδο S. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το κλείδωμα RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Συνδέσα το "Q" σε κόκκινο κλείδωμα σημασίας led, ή ότι η ελεγχόμενη συσκευή είναι OFF. Και "Q´" σε ένα τρανζίστορ που θα παρέχει στον ηλεκτρονόμο ρεύμα enogh για να το γυρίζει, ενεργοποιώντας την ελεγχόμενη συσκευή. Το "Q´" ήταν συνδεδεμένο με ένα κουμπί, (το οποίο ονόμασα νέο κουμπί κωδικού πρόσβασης για ευνόητους λόγους), έτσι ώστε όταν το πατήσετε αυτό το κουμπί να κλείσετε το κύκλωμα μεταξύ του Q´ και του ρολογιού για τη μνήμη του κωδικού πρόσβασης. Εάν το Q´ είναι χαμηλό (το σύστημα είναι κλειδωμένο) τίποτα δεν θα αλλάξει στη μνήμη κωδικού πρόσβασης όταν πατήσετε το κουμπί, αλλά εάν είναι υψηλό (ανοιχτό σύστημα) το ρολόι θα ενεργοποιηθεί και οι μνήμες κωδικού πρόσβασης θα αντιγράψουν τις πληροφορίες στις μνήμες οθόνης. (Αλλαγή Κωδικός πρόσβασης). Και συνέδεσε μια αντίσταση στο GND και σε ένα κουμπί (κουμπί κλειδώματος) και από εκεί στην είσοδο S, οπότε όποτε το πατάτε, θα κλειδώνετε το σύστημα. Λοιπόν, ενώ θα μπορούσα να είχα αγοράσει ένα flip flop RS για αυτόν τον σκοπό, μου έμεινε ένα JK ff από το 7476. Και, επειδή οι είσοδοι R και S είναι ασύμμετρες, δεν χρειάζεται να ανησυχούμε για το ρολόι. Απλώς συνδέστε τα πράγματα όπως φαίνεται στο διάγραμμα (όπως έκανα.) Να είστε προσεκτικοί όταν συνδέετε το ρελέ στο AC, χρησιμοποιήστε αρκετή ταινία απομόνωσης. Δεν θέλετε βραχυκύκλωμα όταν εργάζεστε με εκατοντάδες βολτ! Μετά τη συνάντηση του everithing μαζί … τελειώσαμε επιτέλους !!! Παρακαλώ μη διστάσετε να σχολιάσετε οποιαδήποτε ερώτηση ή πρόταση, εάν παρατηρήσετε οποιοδήποτε πρόβλημα ή λάθος μην αμφιβάλλετε για την αναβολή του. Είμαι εδώ για να βοηθήσω. Καλή κλειδαριά, εννοώ, καλή τύχη με αυτήν την κλειδαριά.