Combinació digital de bloqueig: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:18

Sempre m’he preguntat com funcionaven els panys electrònics, de manera que un cop acabat el curs bàsic d’electrònica digital vaig decidir construir-ne un jo mateix. I t’ajudaré a construir el teu!

Podeu connectar-lo a qualsevol cosa des d'1v a 400v (o potser més que depengui del RELÈ), CC o CA, de manera que podríeu utilitzar-lo per controlar un altre circuit, o fins i tot per electrificar una tanca. (Si us plau, no ho intenteu, realment perillós) … Vaig connectar un mini arbre de Nadal a la sortida (110v) perquè no havia retirat la decoració dels dies festius del meu laboratori, així que era aleshores quan vaig acabar el projecte.

Aquí teniu algunes imatges del sistema acabat i un vídeo, perquè pugueu veure-ho funcionant.

Pas 1: Com funciona?

Primer vaig pensar en què calia processar i com. Així que vaig dibuixar aquest diagrama com a mapa per guiar-me mentre construeixo cada part del projecte. Aquí teniu un resum de com funciona.

• Primer necessitem un circuit per descodificar les 10 entrades possibles (0-9) a la seva BCD (Binary Coded Decimal) de 4 sortides, i una altra sortida que ens indiqui quan es prem qualsevol botó.
• Després hem de construir el circuit perquè les nostres pantalles de 7 segments funcionin correctament, amb 4 entrades per a un número BCD i, per descomptat, 7 sortides per a les nostres pantalles (he utilitzat l'IC 74LS47)
• A continuació, un circuit per desar cada número premut i alternar entre pantalles
• Així com una memòria interna per a la nostra contrasenya
• I, la llar del nostre pany, el comparador (els seus 8 bits causen que hi ha 4 bits per dígit a la pantalla, és a dir, que si voleu fer un pany de 4 dígits, en necessitareu dos connectats junts). si els números de les pantalles són els mateixos que la contrasenya desada a les memòries internes.
• I finalment un circuit per mantenir el senyal OPEN o CLOSE durant un temps indeterminat i, per descomptat, una sortida (això és el que vulgueu controlar amb el vostre pany)

Pas 2: materials

Aquí teniu tot el que necessiteu. NOTA: Vaig agafar la majoria dels materials d'una antiga placa de VCR, de manera que eren "gratuïts" fent que aquest projecte fos realment barat. En total vaig gastar uns 13 dlls (la major part de l’IC costava 76 cnts, excepte el D-ff (aproximadament 1,15), perquè no tenia IC, però els podeu conservar per a futurs projectes, són una gran inversió. Components:

• Molts díodes (uns 20) per fer connexions d’un sol sentit.
• Un transistor NPN (per alimentar la bobina del relé amb prou intensitat)
• Un relé (per controlar el dispositiu connectat)
• Un LED vermell (per indicar quan el sistema està BLOCAT)
• 14 polsadors
• Un munt de resistències (realment no importa la resistència, només cal establir els pins IC a 1 o 0 [+ o -])
• Dues pantalles de 7 segments.
• Molt filferro !!

Circuits integrats:

• Dos 7432 (O GATES) per construir el DEC a BCD i el comparador
• Dues ànimes del comparador 7486 (XOR GATES).
• Dos controladors de pantalla 7447
• Quatre 74175 (4 D-FF) cadascun és una memòria capaç de contenir 4 bits.
• Un 7476 (2 JK-FF) per al selector de pantalla i per mantenir el senyal OPEN CLOSE.
• Un 7404 (NOT GATE) inverteix el pols del rellotge pel selector de pantalla. (es podria utilitzar un transistor NPN instat, perquè només necessiteu una porta (la ic té 6).

Eines:

• 3 Protoboards (https://ca.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Alicates
• Ganivet Exacto
• Alimentació de 5 V CC (circuits d'alimentació)
• Alimentació de 12V CC (alimenta la bobina del relé)
• Alimentació de 120 V CA (alimenta el dispositiu a la sortida)

NOTA: He utilitzat uns 8 peus de filferro, i he aconseguit consells sobre això, en cas de comprar filferro protoboard car, es pot comprar 3 peus de cable ethernet, desproveu-lo i tindreu 8 o 9 cables, cadascun amb un color diferent i 3 peus de llarg. (Això és exactament el que faig, ja que el cable de protoboard normal és d'uns 10 peus per dòlar. Però per un dòlar podríeu tenir 3,3 peus de cable Ethernet, de manera que acabareu amb uns 27 a 30 peus).

Pas 3: des de BCD

El primer pas és construir el sistema d’entrada perquè pugueu comunicar-vos amb el pany. He dissenyat el circuit següent per aconseguir dos objectius principals.

• Gireu qualsevol dels 10 números de (0-9) a la seva contrapartida BCD (binària). (En realitat, hi ha un CI per a aquest propòsit, però no estava en estoc quan vaig anar a la meva botiga electrònica local., Per tant, si t'estalviaràs molt de temps i problemes, però crec que és més divertit d'aquesta manera)
• Poder detectar sempre que es prem un botó.

Per resoldre el primer problema, hauríem de fer una ullada a aquesta taula de veritat per saber quina sortida (ABCD) serà alta (1) quan premem cada botó. 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 Ara aquí us donem utilitat alguna cosa que m'agrada de Digitals … Hi ha moltes maneres de fer una cosa … Igual que les matemàtiques, podeu arribar a 3 afegint 1 + 2 o restant 4-1 o 3 ^ 1 … En altres paraules, podríeu construir molts circuits diferents per aconseguir el mateix objectiu, això és el que facilita la nostra tasca actual. Vaig dissenyar aquest circuit perquè pensava que feia servir pocs circuits integrats, però podríeu dissenyar el vostre. Ara, sé que alguns potser es rasquen el cap intentant esbrinar per què he utilitzat tants díodes, doncs aquí teniu la resposta … Els díodes funcionen com una connexió unidireccional, així que en un parell connectat com al meu circuit, si hi ha (1) la tensió al seu "costat positiu" conduirà corrent, de manera que també tindrem tensió a l'altre costat, però si hi ha un voltatge negatiu o inexistent (0) es comportarà com un circuit obert. Comprovem el comportament d'aquests díodes, anomenant el primer ànode de díode (+) "E", i el segon ànode de díode "F" i la sortida serà el seu càtode connectat "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Podeu veure que tenim el mateix comportament que un OR GATE i, per tant, per què no s'utilitzen només díodes, d'aquesta manera estalviareu encara més integrats Circuits i diners? … Doncs la resposta és senzilla i realment hauríeu de tenir-la en compte, la TENSIÓ DROPADA EN CADA DIODE. Normalment té uns 0,65 V. Per què això? Com que cada díode necessita com a mínim 0,6 V a través del seu ànode i càtode per aconseguir que la seva unió s’acosti, de manera que pugui començar a conduir-se. això no seria un gran problema si només encenguéssim els leds, però estem treballant amb TTL IC, això vol dir que necessitem com a mínim més de 2 V. I ja que comencem per 5 v.. Això vol dir que connectem 5 díodes provocarà un error al nostre circuit (el circuit integrat no serà capaç de distingir entre 0v i menys de 2v …) Per això mai he utilitzat més de 2 díodes a cada entrada … NOTA: Heu de connectar una resistència connectada a GND a cada entrada de la porta OR … Per resoldre el segon problema, acabo d'afegir un díode a cada ABCD i 0 i els he connectat junts, de manera que cada vegada que sigui 1, tindreu un 1 a "Press" (P). Ara només queda construir-lo a la taula de treball, o si voleu estalviar una mica més d’espai, podeu fer com he fet, i perforar alguns forats en un paper de construcció i soldar-hi els díodes i els botons … Si necessiteu més informació sobre Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Si necessiteu més informació sobre els díodes:

Pas 4: pantalles

Aquest pas és un dels més senzills, només hem de descodificar les entrades ABCD per accionar la pantalla de set segments … I, per sort, ja hi ha un circuit integrat que ens estalviarà tota la lògica, temps i espai.

Si utilitzeu una pantalla d'ànode comú, necessitareu un 7447.

Si utilitzeu una pantalla de càtode comú, necessitareu un 7448.

El cablejat és el mateix, de manera que podríeu utilitzar el meu esquema de qualsevol manera.

Les entrades ABCD per a cada IC provenen de la sortida de cada memòria (revisarem les memòries al pas següent)

Pas 5: Memòria

Això passa si passem de la lògica combinacional a la lògica secuencial … Per fer la memòria de 4 bits (ABCD) només necessitem un D-Flip Flop per a cada bit, i al 74175 en tenim 4. Recordeu que cada número es representa a ABCD, de manera que cada 74175 pot guardar un número. Per obtenir més informació sobre com funciona el D-flipflop i com guarda la informació, visiteu: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop L'entrada de les dues primeres memòries (Dades "D") prové del codificador DEC a BCD que hem creat al primer pas. Doncs tenim la informació que cadascun tindrà, però, quan la guardaran? Per descomptat, un guardarà el primer número premut i l’altre el segon número premut … Llavors, com aconseguim aquest efecte? Doncs bé, amb un altre tipus de FF (flip flop) el JK, quan les entrades J i K són altes, canviarà l'estat de les sortides al seu complement (negació), és a dir, tindrem a "Q" 1, després 0 després 1 de nou, després 0 i així successivament. Aquesta Q i Q´ són el rellotge de les memòries (el que els dirà quan desar les dades noves). El pols que determinarà quan es fa aquest canvi és la "P" que és alta sempre que premeu qualsevol número, però per guardeu la informació a temps, necessitarem el contrari, així que aquí usem el NOT GATE. En altres paraules, un cop premem un botó, el jk ff canviarà la seva sortida, activarà la primera memòria, de manera que guardarà les dades, després tornem a prémer i el primer estat de gravació de la memòria estarà desactivat, però la segona memòria desarà les noves dades. He afegit en aquest punt un botó de restabliment que tornarà les memòries (ABCD) a 0 i retornarà el selector de pantalla (jk ff) a la primera memòria. Per obtenir més informació sobre el JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Ara … per què he dit que necessitem quatre 74175? Doncs per guardar la contrasenya !! Tot i que és possible establir la contrasenya amb resistències a GND o Vcc, això farà que la vostra contrasenya sigui estàtica i sigui impossible canviar-la si el bloqueig es realitza en un PCB. Així, amb una memòria, podeu desar la contrasenya i canviar-la tantes vegades com vulgueu. Les entrades seran les sortides de la memòria de les nostres pantalles, de manera que quan arribi un pols positiu al seu rellotge, estareu afrontant els números que siguin a les pantalles. (ambdues, les memòries i les contrasenyes tindran la mateixa informació). Per descomptat, el pols de "nova contrasenya" només estarà disponible si ja heu introduït la contrasenya correcta i heu obert el pany. En total, tindrem una capacitat d’emmagatzematge de 2 Bytes o 16 bits !!

Pas 6: comparació

En aquest moment tenim un sistema capaç d’emmagatzemar cada número que premem en una pantalla i en l’altra i copiar aquesta informació a les memòries de contrasenya … encara ens falta l’essencial, el comparador … un circuit que compararà els dos (ABCD) de les memòries de visualització amb les dues (ABCD) de les contrasenyes.. Una vegada més, ja hi ha un CI de la família TTL que fa tota la feina bruta, però no estava disponible a la meva botiga electrònica local. Així que vaig construir el meu propi. Per entendre com ho he fet, mireu la taula de veritat XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Fixeu-vos que sempre que A i a tenen el mateix valor, la sortida és baixa (0). Així que si són diferents tindrem un 1 a la sortida. És a dir, que amb una XOR Gate podeu comparar 2 bits un de la memòria de visualització i l’altre de la memòria de contrasenya. A partir d’això he construït el següent circuit, recordeu que podeu construir-lo a la vostra manera, ja que hi ha moltes maneres d’arribar a la mateixa resposta en electrònica digital. Aquest circuit inclou els 8 bits de les memòries de visualització (un bit per XOR, perquè l’altra entrada s’hauria d’utilitzar amb la memòria de contrasenya) i els 8 bits de les memòries de contrasenya (és un comparador d’1 byte). I només lliurarà una sortida. si i només si la informació de les dues memòries de visualització és la mateixa que la de les memòries de contrasenya, tindrem una sortida (0) baixa. En altres paraules, si la informació dels dos conjunts de memòries difereix, fins i tot a 1 bit, la sortida serà alta (1).

Pas 7: obre / tanca

Finalment, l'última part, ja estem a punt d'acabar! Aviat podreu bloquejar qualsevol dispositiu o electrificar qualsevol tanca, (si us plau, no!) Ara agafarem la darrera informació i la interromprem amb un polsador, de manera que si algú escriu accidentalment la contrasenya correcta, el pany no s'obrirà. (He anomenat aquest botó "entrar", molt intel·ligent, eh!) I després del botó d'inici, apareixerà el pestell RS, un dispositiu que pot convertir Q´ a 1 si hi ha un 0 a la seva R, i deseu-lo, i Q a 1 si hi ha un 0 a l'entrada S. Per obtenir més informació sobre el latch RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops He connectat "Q" a un bloqueig de led vermell que significa que el dispositiu controlat està DESACTIVAT. I "Q´" a un transistor que proporcionarà al relé corrent intens per encendre'l, engegant el dispositiu controlat. "Q´" es va connectar a un polsador (que anomenava nou botó de contrasenya per motius obiosos) de manera que quan premeu aquest botó, tancareu el circuit entre Q´ i l'entrada del rellotge per a la memòria de contrasenya. Si Q´ és baix (sistema bloquejat), no canviarà res a la memòria de contrasenya quan es prem el botó, però si és alt (sistema obert) s'activarà el rellotge i les memòries de contrasenya copiaran la informació de les memòries de visualització. contrasenya). I heu connectat una resistència a GND i a un polsador (botó de bloqueig) i d’aquí a l’entrada S, de manera que sempre que la premeu, bloquejarà el sistema. Bé, tot i que podria haver comprat un xanclet RS només per a aquest propòsit, encara em queda un JK ff del 7476. I, perquè les entrades R i S són poc cròniques, no ens hem de preocupar del rellotge. Així que només connecteu les coses com es mostra al diagrama (com he fet). Aneu amb compte quan connecteu el relé a CA, utilitzeu prou cinta aïllant. No voleu un curtcircuit quan treballeu amb centenars de volts. Després de connectar everithing junts … per fi hem acabat !!! Si us plau, no dubteu a comentar cap pregunta o suggeriment, si observeu algun problema o error, no dubteu a solucionar-ho. Estic aquí per ajudar. Bon pany, vull dir, molta sort amb aquest pany.