Khóa kết hợp kỹ thuật số!: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:37

Tôi luôn tự hỏi khóa điện tử hoạt động như thế nào, vì vậy khi tôi hoàn thành khóa học điện tử kỹ thuật số cơ bản, tôi quyết định tự chế tạo một chiếc. Và tôi sẽ giúp bạn xây dựng của riêng bạn!

Bạn có thể kết nối nó với bất kỳ thứ gì từ 1v đến 400v (hoặc có thể nhiều hơn tùy thuộc vào RELAY), DC hoặc AC, vì vậy bạn có thể sử dụng nó để điều khiển một mạch khác, hoặc thậm chí để nhiễm điện cho hàng rào !! (Vui lòng không thử điều đó, thực sự nguy hiểm)… Tôi đã kết nối một cây chrismas mini với đầu ra (110v) vì tôi chưa tháo trang trí ngày lễ thánh ra khỏi phòng thí nghiệm của mình, vì vậy nó đã xảy ra vào khoảng thời gian tôi hoàn thành proyect.

Dưới đây là một số hình ảnh về Hệ thống đã hoàn thiện và cả video nữa để bạn có thể thấy nó đang hoạt động.

Bước 1: Nó hoạt động như thế nào?

Đầu tiên, tôi nghĩ về những gì cần được xử lý và làm thế nào. Vì vậy, tôi đã vẽ sơ đồ này như một bản đồ để hướng dẫn tôi khi tôi xây dựng từng phần của proyect. Dưới đây là tóm tắt về cách nó hoạt động.

• Đầu tiên, chúng ta cần một mạch để giải mã 10 đầu vào có thể có (0-9) thành 4 đầu ra BCD (Thập phân được mã hóa nhị phân) và một đầu ra khác cho chúng ta biết khi bất kỳ nút nào được nhấn.
• Sau đó, chúng ta cần xây dựng mạch để hai màn hình 7 đoạn của chúng ta hoạt động bình thường, với 4 đầu vào cho một số BCD và tất nhiên là 7 đầu ra cho màn hình của chúng ta, (tôi đã sử dụng IC 74LS47)
• Sau đó, một mạch để lưu từng số đã nhấn và chuyển đổi giữa các màn hình
• Cũng như bộ nhớ trong cho mật khẩu của chúng tôi
• Và, lò sưởi của khóa của chúng tôi, bộ so sánh (8 bit của nó vì có 4 bit cho mỗi chữ số trong màn hình, có nghĩa là nếu bạn muốn thực hiện khóa 4 chữ số, bạn sẽ cần hai trong số này được kết nối với nhau.) Điều này sẽ cho biết chúng tôi nếu các số trên màn hình giống với mật khẩu được lưu trong bộ nhớ trong.
• Và cuối cùng là một mạch để giữ tín hiệu MỞ hoặc ĐÓNG trong một thời gian không xác định, và tất nhiên là một đầu ra (đó là bất cứ điều gì bạn muốn điều khiển bằng khóa của mình)

Bước 2: Vật liệu

Đây là tất cả những gì bạn cần. LƯU Ý: Tôi đã lấy hầu hết các vật liệu từ một bảng VCR cũ, vì vậy họ "miễn phí" làm cho proyect này thực sự rẻ. Tổng cộng tôi đã sử dụng khoảng 13 dlls (hầu hết các IC có giá 76 cnts, cũ cho D-ff (khoảng 1,15) vì tôi không có IC, nhưng bạn có thể giữ chúng cho các proyect trong tương lai, chúng là một khoản đầu tư tuyệt vời. Các thành phần:

• Rất nhiều Điốt (khoảng 20) để tạo kết nối một chiều.
• Một bóng bán dẫn NPN (để cấp cho Cuộn dây tiếp điện với đủ dòng điện)
• Một Relay (để điều khiển thiết bị được kết nối)
• Một đèn LED màu đỏ (để cho biết khi hệ thống bị KHÓA)
• 14 nút nhấn
• Rất nhiều điện trở (điện trở không thực sự quan trọng, nó chỉ để đặt các chân IC thành 1 hoặc 0 [+ hoặc -])
• Hai Màn hình 7 phân đoạn.
• Rất nhiều dây !!

Mạch tích hợp:

• Hai 7432 (OR GATES) để xây dựng DEC thành BCD và bộ so sánh
• Hai linh hồn 7486 (XOR GATES) của bộ so sánh.
• Hai trình điều khiển màn hình 7447
• Bốn 74175 (4 D-FF) mỗi cái là một bộ nhớ có thể chứa 4 bit.
• Một 7476 (2 JK-FF) cho bộ chọn màn hình và để giữ tín hiệu ĐÓNG MỞ.
• Một 7404 (KHÔNG CỔNG) đảo ngược xung đồng hồ cho bộ chọn màn hình. (bạn có thể sử dụng một bóng bán dẫn NPN, vì bạn chỉ cần một cổng (ic có 6).

Công cụ:

• 3 Protoboards (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Kìm
• Dao Exacto
• Nguồn điện 5V DC (nguồn cấp dữ liệu cho mạch)
• Nguồn điện DC 12V (cấp nguồn cho cuộn dây rơ le)
• Nguồn điện AC 120V (cấp nguồn cho thiết bị ở đầu ra)

LƯU Ý: Tôi đã sử dụng khoảng 8 ft dây và lời khuyên về điều này, nếu bạn mua dây protoboard đắt tiền, bạn có thể Mua 3 ft cáp ethernet, dải nó và bạn sẽ có 8 hoặc 9 dây, mỗi dây có màu sắc khác nhau và Dài 3 ft. (Đó chính xác là những gì tôi làm, vì dây protoboard bình thường là khoảng 10 ft mỗi đô la. Nhưng với một đô la, bạn có thể 3,3 ft cáp ethernet, vì vậy bạn sẽ chỉ có khoảng 27-30 ft!

Bước 3: Chuyển sang BCD

Bước đầu tiên là xây dựng hệ thống đầu vào, vì vậy bạn có thể kết nối với khóa của mình. Tôi đã thiết kế mạch sau để đạt được hai mục tiêu chính.

• Chuyển bất kỳ số nào trong số 10 số từ (0-9) thành bản sao BCD (nhị phân). nó bạn sẽ tiết kiệm cho mình rất nhiều thời gian và rắc rối, nhưng tôi nghĩ là vui hơn theo cách này)
• Có thể phát hiện bất cứ khi nào một nút được nhấn.

Để giải quyết vấn đề đầu tiên, chúng ta nên nhìn vào bảng sự thật này để biết kết quả đầu ra (ABCD) sẽ cao (1) khi chúng ta nhấn mỗi nút. 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 Giờ đây, điều mà tôi yêu thích về Chữ số được sử dụng… Có nhiều cách để thực hiện một việc…. Nó cũng giống như toán học, bạn có thể lấy 3 cộng 1 + 2, hoặc trừ 4-1, hoặc 3 ^ 1…. Nói cách khác, bạn có thể xây dựng nhiều mạch khác nhau để đạt được cùng một mục tiêu, đây là điều giúp nhiệm vụ hiện tại của chúng ta dễ dàng hơn. Tôi thiết kế mạch này vì tôi nghĩ rằng nó sử dụng ít IC, nhưng bạn có thể tự thiết kế! Bây giờ, tôi biết một số người có thể đang vò đầu bứt tai cố gắng tìm ra lý do tại sao tôi lại sử dụng nhiều điốt như vậy, đây là câu trả lời… Điốt hoạt động giống như kết nối một chiều, vì vậy trong một cặp được kết nối như trong mạch của tôi, nếu có (1) điện áp ở "phía dương" của nó sẽ dẫn dòng điện, vì vậy chúng ta sẽ có điện áp ở phía bên kia là tốt, nhưng nếu có điện áp âm, hoặc điện áp không ổn định (0) thì nó sẽ hoạt động như một mạch hở. Hãy kiểm tra hoạt động của các điốt này, gọi cực dương điốt đầu tiên (+) là "E", và cực dương điốt thứ hai là "F" và đầu ra sẽ là cực âm được kết nối của chúng "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Bạn có thể thấy chúng tôi có hành vi giống hệt như một CỔNG HOẶC và sau đó, Tại sao không chỉ sử dụng điốt, theo cách đó bạn sẽ tiết kiệm hơn nữa. Mạch, và tiền?… Câu trả lời rất đơn giản, và bạn thực sự nên cân nhắc, ĐIỆN ÁP BỊ XÓA qua MỖI ĐƯỜNG KÍNH. Nó thường là khoảng 0,65V. Tại sao vậy? Bởi vì mỗi diode cần ít nhất 0,6 V trên cực dương và cực âm của nó để làm cho đường giao nhau của nó gần nhau, vì vậy nó có thể bắt đầu dẫn điện. Nói cách khác, đối với mỗi điốt bạn kết nối và nó hoạt động cùng lúc, bạn sẽ mất 0,65 V… Đó sẽ không phải là vấn đề lớn nếu chúng tôi chỉ bật đèn LED, nhưng chúng tôi đang làm việc với IC TTL, điều đó có nghĩa là chúng tôi cần ít nhất hơn 2 V. Và vì chúng tôi đang bắt đầu với 5 v.. Điều đó có nghĩa là hình nón 5 điốt sẽ gây ra lỗi trong mạch của chúng tôi (mạch tích hợp sẽ không thể phân biệt giữa 0v và dưới 2v…) Đó là lý do tại sao tôi không bao giờ sử dụng nhiều hơn 2 điốt trong mỗi đầu vào… LƯU Ý: Bạn phải kết nối một điện trở được kết nối với GND trong mỗi đầu vào HOẶC Cổng… Để giải quyết vấn đề thứ hai, tôi chỉ cần thêm một diode vào mỗi ABCD, và 0, và kết nối chúng với nhau, vì vậy bất cứ khi nào bất kỳ cái nào trong số đó là 1, bạn sẽ có 1 trên "Nhấn" (P). Bây giờ, tất cả những gì còn lại là xây dựng nó trên breadboard của bạn, hoặc nếu bạn muốn tiết kiệm thêm không gian, bạn có thể làm như tôi đã làm, và khoan một số lỗ trên giấy xây dựng và hàn các điốt và nút nhấn ở đó… Nếu bạn cần một số thông tin thêm về Cổng Logic: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Nếu bạn cần thêm một số thông tin về điốt:

Bước 4: Hiển thị

Bước này là một trong những bước đơn giản nhất, chúng ta chỉ cần giải mã đầu vào ABCD để điều khiển màn hình bảy đoạn… Và may mắn thay, đã có một mạch tích hợp sẽ giúp chúng ta tiết kiệm tất cả logic, thời gian và không gian.

Nếu bạn đang sử dụng màn hình Anode chung thì bạn sẽ cần một 7447.

Nếu bạn đang sử dụng màn hình Cathode chung thì bạn sẽ cần một 7448.

Hệ thống dây điện giống nhau, vì vậy bạn có thể sử dụng sơ đồ của tôi theo cách nào.

Các đầu vào ABCD cho mỗi IC đến từ đầu ra của mỗi bộ nhớ (chúng ta sẽ xem lại các bộ nhớ trong bước tiếp theo)

Bước 5: Bộ nhớ

Đó là chúng ta thay đổi từ logic tổ hợp sang logic thế tục… Để tạo bộ nhớ 4 bit (ABCD), chúng ta chỉ cần một D- Flip Flop cho mỗi bit, và trong 74175, chúng ta có 4 trong số đó. Hãy nhớ rằng mỗi số được biểu diễn trong ABCD, vì vậy mỗi 74175 có thể lưu một số. Để biết thêm thông tin về cách hoạt động của D-flipflop và cách nó lưu thông tin,: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Đầu vào của hai ký ức đầu tiên (Dữ liệu "D") từ DEC đến BCD coder mà chúng tôi đã xây dựng trên bước đầu tiên. Chúng tôi có thông tin mà mỗi người sẽ nắm giữ, nhưng, khi nào họ sẽ lưu nó? Tất nhiên, một người sẽ lưu số được nhấn đầu tiên và số còn lại là số được nhấn thứ hai… Vậy, làm thế nào để chúng ta có được hiệu ứng này? Vâng với một loại FF (flip flop) khác là JK, khi cả hai đầu vào J và K đều ở mức cao, nó sẽ thay đổi trạng thái của các đầu ra thành phần bù của nó (phủ định), nói cách khác, chúng ta sẽ có trên "Q" 1, sau đó 0 rồi lại 1, rồi 0, v.v. Q và Q 'này là đồng hồ cho các bộ nhớ (điều gì sẽ cho biết khi nào lưu dữ liệu mới.) Xung sẽ xác định thời điểm thay đổi này được thực hiện là "P" cao bất cứ khi nào bạn nhấn bất kỳ số nào, nhưng lưu thông tin đúng lúc, chúng ta sẽ cần điều ngược lại, do đó, chúng ta sử dụng CỔNG KHÔNG PHẢI. Nói cách khác, khi chúng ta nhấn một nút, jk ff sẽ thay đổi đầu ra của nó, chuyển sang bộ nhớ đầu tiên, để nó sẽ lưu dữ liệu, sau đó chúng ta nhấn lại và trạng thái ghi bộ nhớ đầu tiên sẽ tắt, nhưng bộ nhớ thứ hai sẽ lưu dữ liệu mới! Tại thời điểm này, tôi đã thêm một nút đặt lại sẽ chuyển cả hai bộ nhớ (ABCD) về 0 và sẽ trả bộ chọn hiển thị (jk ff) về bộ nhớ đầu tiên. Để biết thêm thông tin về JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Bây giờ… tại sao tôi nói chúng tôi cần bốn 74175? Vâng để lưu mật khẩu !! Mặc dù bạn có thể đặt mật khẩu bằng điện trở thành GND hoặc Vcc, điều đó sẽ làm cho mật khẩu của bạn tĩnh và không thể thay đổi nếu bạn thực hiện khóa trong PCB. Vì vậy, với một bộ nhớ, bạn có thể lưu mật khẩu và thay đổi nó bao nhiêu lần tùy thích. Các đầu vào sẽ là đầu ra của bộ nhớ màn hình của chúng tôi, vì vậy khi một xung dương chạm đến đồng hồ của chúng, bạn sẽ đối phó với những con số nào trong màn hình. (cả hai, bộ nhớ và bộ nhớ mật khẩu sẽ có cùng thông tin). Tất nhiên, xung "mật khẩu mới" sẽ chỉ khả dụng nếu bạn đã xâm nhập đúng mật khẩu và mở khóa. Tất cả chúng ta sẽ có dung lượng lưu trữ là 2 Byte hoặc 16 bit !!

Bước 6: So sánh

Tại thời điểm này, chúng tôi có một hệ thống có khả năng lưu từng số mà chúng tôi nhấn vào màn hình này sau đó nhấn vào màn hình kia và sao chép thông tin đó vào bộ nhớ mật khẩu… chúng tôi vẫn thiếu yếu tố cần thiết, Bộ so sánh… một mạch sẽ so sánh cả hai (ABCD) của bộ nhớ hiển thị với hai (ABCD) của bộ nhớ mật khẩu.. Một lần nữa, đã có một vi mạch từ họ TTL thực hiện tất cả các công việc bẩn thỉu, nhưng nó không có sẵn trong cửa hàng điện tử địa phương của tôi. Vì vậy, tôi đã xây dựng của riêng tôi. Để hiểu cách tôi đã làm, hãy nhìn vào bảng sự thật XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Lưu ý rằng bất cứ khi nào A và a có cùng giá trị, kết quả đầu ra là thấp (0). Vì vậy, nếu chúng khác nhau, chúng ta sẽ có 1 ở đầu ra. Có nghĩa là với một Cổng XOR, bạn có thể so sánh 2 bit, một của bộ nhớ hiển thị và một của bộ nhớ mật khẩu. Dựa trên cơ sở đó tôi đã xây dựng mạch sau đây, hãy nhớ rằng bạn có thể xây dựng nó theo cách của riêng mình, vì có nhiều cách để đi đến câu trả lời tương tự ở đây trong điện tử kỹ thuật số. Mạch này nhận 8 bit của bộ nhớ hiển thị (một bit trên mỗi XOR, vì đầu vào khác nên được sử dụng với bộ nhớ mật khẩu) và 8 bit của bộ nhớ mật khẩu (bộ so sánh 1 Byte của nó). Và sẽ chỉ cung cấp một đầu ra. nếu và chỉ khi thông tin trên cả hai bộ nhớ hiển thị giống với thông tin trong bộ nhớ mật khẩu, chúng ta sẽ có đầu ra thấp (0). Nói cách khác, nếu thông tin trên cả hai bộ nhớ khác nhau, thậm chí trên 1 bit, đầu ra sẽ cao (1).

Bước 7: Mở / Đóng

Cuối cùng là phần cuối cùng, chúng ta đã gần hoàn thành! Chẳng bao lâu nữa, bạn sẽ có thể khóa bất kỳ thiết bị nào hoặc nhiễm điện bất kỳ hàng rào nào, khóa sẽ không mở. (tôi gọi nút này là "enter", thực sự thông minh, huh !,) Và sau nút enter, sẽ đến chốt RS, một thiết bị có thể chuyển Q "thành 1 nếu có 0 trên nó Đầu vào R, và lưu nó, và Q thành 1 nếu có 0 trong đầu vào S. Để biết thêm thông tin về chốt RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Tôi đã kết nối "Q" với khóa có đèn LED màu đỏ hoặc thiết bị được điều khiển đang TẮT. Và "Q´" tới một bóng bán dẫn sẽ cung cấp cho rơle dòng điện mạnh để bật nó, BẬT thiết bị được điều khiển. "Q´" được kết nối với một nút nhấn, (mà tôi gọi là nút mật khẩu mới vì những lý do bất thường) để khi bạn nhấn nút đó, bạn sẽ đóng mạch giữa Q´ và đầu vào đồng hồ cho bộ nhớ mật khẩu. Nếu Q là Thấp (hệ thống bị khóa) sẽ không có gì thay đổi trong bộ nhớ mật khẩu khi nhấn nút, nhưng nếu là Cao (hệ thống Mở), đồng hồ sẽ được kích hoạt và bộ nhớ mật khẩu sẽ sao chép thông tin trên bộ nhớ hiển thị. (Thay đổi mật khẩu mở khóa). Và kết nối một điện trở với GND và với một nút nhấn (nút khóa) và từ đó đến đầu vào S, vì vậy bất cứ khi nào bạn nhấn vào nó, bạn sẽ khóa hệ thống. Vâng, mặc dù tôi có thể đã mua một flip flop RS chỉ cho mục đích này, tôi vẫn còn một chiếc JK ff từ chiếc 7476 của mình. Và, vì đầu vào R và S không giống nhau, chúng tôi không cần phải lo lắng về đồng hồ. Vì vậy, chỉ cần nối dây những thứ như được hiển thị trong sơ đồ (như tôi đã làm.) Cẩn thận khi bạn kết nối rơle với AC, sử dụng đủ băng cách ly.. Bạn không muốn ngắn mạch khi làm việc với hàng trăm vôn! Sau khi kết hợp ăn ý với nhau … chúng ta cuối cùng đã hoàn thành !!! Vui lòng bình luận bất kỳ câu hỏi hoặc đề xuất nào, nếu bạn nhận thấy bất kỳ vấn đề hoặc sai lầm nào, đừng nghi ngờ khi đọc nó ra. Tôi ở đây để giúp đỡ. Chúc may mắn, ý tôi là, chúc may mắn với chiếc khóa đó.