Cyfrowy zamek szyfrowy!: 7 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:34

Zawsze zastanawiałem się, jak działają zamki elektroniczne, więc po ukończeniu podstawowego kursu elektroniki cyfrowej postanowiłem sam je zbudować. I pomogę Ci zbudować własny!

Możesz podłączyć go do dowolnego napięcia od 1 V do 400 V (lub więcej, w zależności od PRZEKAŹNIKA), DC lub AC, dzięki czemu możesz go użyć do sterowania innym obwodem, a nawet do podładowania ogrodzenia! (proszę, nie próbuj tego, naprawdę niebezpieczne)… Podłączyłem mini choinkę do wyjścia (110 V), ponieważ nie zdjąłem dekoracji świątecznych z mojego laboratorium, więc była w pobliżu, gdy kończyłem projekt.

Oto kilka zdjęć gotowego systemu, a także wideo, dzięki czemu możesz zobaczyć, jak działa.

Krok 1: Jak to działa?

Najpierw pomyślałem, co i jak należy przetworzyć. Narysowałem więc ten diagram jako mapę, aby poprowadzić mnie podczas tworzenia każdej części projektu. Oto podsumowanie tego, jak to działa.

• Najpierw potrzebujemy obwodu do dekodowania 10 możliwych wejść (0-9) do jego 4 wyjść BCD (Binary Coded Decimal) i innego wyjścia, które mówi nam, kiedy zostanie naciśnięty dowolny przycisk.
• Następnie musimy zbudować obwód, aby nasze dwa 7-segmentowe wyświetlacze działały poprawnie, z 4 wejściami dla numeru BCD i oczywiście 7 wyjściami dla naszych wyświetlaczy (użyłem IC 74LS47)
• Następnie obwód do zapisywania każdej naciśniętej liczby i przełączania między wyświetlaczami
• Oraz pamięć wewnętrzną na nasze hasło
• I palenisko naszego zamka, komparatora (jego 8 bitów, ponieważ na wyświetlaczu są 4 bity na cyfrę, co oznacza, że jeśli chcesz zrobić zamek 4-cyfrowy, będziesz potrzebował dwóch z nich połączonych razem). To powie nas, jeśli liczby na wyświetlaczach są takie same jak hasło zapisane w pamięciach wewnętrznych.
• I wreszcie obwód do podtrzymywania sygnału OTWÓRZ lub ZAMKNIJ przez nieokreślony czas i oczywiście wyjście (to jest to, co chcesz sterować swoim zamkiem)

Krok 2: Materiały

Oto wszystko, czego potrzebujesz. UWAGA: Wziąłem większość materiałów ze starej płyty magnetowidu, więc były „za darmo”, dzięki czemu ten projekt był naprawdę tani. W sumie wydałem około 13 dll (większość IC kosztuje 76 cnts, z wyjątkiem D-ff (około 1,15), ponieważ nie miałem IC, ale możesz je zachować na przyszłe projekty, są świetną inwestycją.

• Dużo diod (około 20) do wykonania połączeń w jedną stronę.
• Jeden tranzystor NPN (do zasilania cewki przekaźnika wystarczającym prądem)
• Jeden przekaźnik (do sterowania podłączonym urządzeniem)
• Jedna czerwona dioda LED (wskazuje, kiedy system jest ZABLOKOWANY)
• 14 przycisków
• Wiele rezystorów (rezystancja nie ma znaczenia, wystarczy ustawić piny IC na 1 lub 0 [+ lub -])
• Dwa wyświetlacze 7-segmentowe.
• Dużo drutu!!

Obwody scalone:

• Dwa 7432 (LUB GATES) do zbudowania DEC do BCD i komparatora
• Dwie dusze komparatora 7486(XOR GATES).
• Dwa sterowniki wyświetlacza 7447
• Cztery 74175(4 D-FF) każda to pamięć zdolna do przechowywania 4 bitów.
• Jeden 7476(2 JK-FF) do selektora wyświetlacza i do podtrzymania sygnału OTWÓRZ ZAMKNIJ.
• Jeden 7404 (NOT GATE) odwraca impuls zegarowy dla selektora wyświetlacza. (możesz użyć tranzystora NPN, ponieważ potrzebujesz tylko jednej bramki (IC ma 6).

Narzędzia:

• 3 Protoboardy (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• Szczypce
• Nóż Exacto
• Zasilanie 5V DC (zasila obwody)
• Zasilanie 12V DC (zasila cewkę przekaźnika)
• Zasilanie 120V AC (zasila urządzenie na wyjściu)

UWAGA: Użyłem około 8 stóp drutu i poradziłem sobie na ten temat, zamiast kupować drogi przewód do płyty prototypowej, możesz kupić 3 stopy kabla Ethernet, rozebrać go, a będziesz miał 8 lub 9 przewodów, każdy w innym kolorze i 3 stopy długości. (dokładnie to robię, ponieważ normalny przewód do płyty prototypowej to około 10 stóp za dolara. Ale za złotówkę można by 3,3 stopy kabla Ethernet, więc skończyłoby się około 27-30 stóp!

Krok 3: Dec do BCD

Pierwszym krokiem jest zbudowanie systemu wejściowego, dzięki czemu możesz komunikować się ze swoim zamkiem. Zaprojektowałem następujący obwód, aby osiągnąć dwa główne cele.

• Zmień dowolną z 10 liczb z (0-9) na jej odpowiednik w BCD (binarny). (Właściwie jest do tego celu IC, ale nie było go w magazynie, kiedy poszedłem do mojego lokalnego sklepu elektronicznego. zaoszczędzisz sobie dużo czasu i kłopotów, ale myślę, że tak jest fajniej)
• Możliwość wykrycia każdego naciśnięcia przycisku.

Aby rozwiązać pierwszy problem, powinniśmy spojrzeć na tę tabelę prawdy, aby wiedzieć, które wyjście (ABCD) będzie wysokie (1) po naciśnięciu każdego przycisku. 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 Teraz coś, co kocham w Digitals, przydaje się do użytku… Jest wiele sposobów na zrobienie jednej rzeczy…. Podobnie jak w matematyce, możesz dostać się do 3, dodając 1+2 lub odejmując 4-1 lub 3^1…. Innymi słowy, możesz zbudować wiele różnych obwodów, aby osiągnąć ten sam cel, to jest coś, co ułatwia nasze obecne zadanie. Zaprojektowałem ten obwód, ponieważ myślałem, że używa kilku układów scalonych, ale możesz zaprojektować własny! Teraz wiem, że niektórzy mogą drapać się po głowie, próbując dowiedzieć się, dlaczego użyłem tak wielu diod, oto odpowiedź… Diody działają jak połączenie jednokierunkowe, więc w parze połączonej jak w moim obwodzie, jeśli jest (1) napięcie po jego „dodatniej stronie” będzie przewodzić prąd, więc po drugiej stronie również będziemy mieć napięcie, ale jeśli będzie ujemne lub nie będzie napięcia (0), będzie się zachowywać jak obwód otwarty. Sprawdźmy zachowanie tych diod, nazywając pierwszą anodę diody (+) "E", a drugą anodę diody "F" i wyjściem będzie ich podłączona katoda "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 Widzisz, że zachowujemy się dokładnie tak samo jak bramka OR, a następnie, dlaczego nie używać tylko diod, w ten sposób zaoszczędzisz jeszcze więcej Zintegrowany Obwody i pieniądze?… Cóż, odpowiedź jest prosta i naprawdę powinieneś wziąć to pod uwagę, NAPIĘCIE SPADŁO NA KAŻDEJ DIODIE. Zwykle wynosi około 0,65V. Dlaczego? Ponieważ każda dioda potrzebuje co najmniej 0,6 V na swojej anodzie i katodzie, aby jej złącze się zbliżyło, więc może zacząć przewodzić. I Innymi słowy, dla każdej podłączonej diody i jej pracy w tym samym czasie stracisz 0,65 V… nie byłby to duży problem, gdybyśmy tylko włączali ledy, ale pracujemy z TTL IC, to znaczy, że potrzebujemy co najmniej więcej niż 2 V. A jak zaczynamy od 5 V. To znaczy, że łączenie 5 diod spowoduje awarię w naszym układzie (układ scalony nie byłby w stanie odróżnić 0v od mniej niż 2v…) Dlatego nigdy nie używałem więcej niż 2 diod na każdym wejściu… UWAGA: Należy podłączyć rezystor podłączony do GND w każde wejście bramki OR… Aby rozwiązać drugi problem, po prostu dodałem diodę do każdego ABCD i 0 i połączyłem je ze sobą, więc za każdym razem, gdy którykolwiek z nich jest 1, będziesz miał 1 na "Press" (P). Teraz wszystko, co pozostało, to zbudować go na płytce stykowej, lub jeśli chcesz zaoszczędzić trochę więcej miejsca, możesz zrobić tak jak ja, wywiercić dziury w papierze budowlanym i przylutować tam diody i przyciski… Jeśli potrzebujesz więcej informacji na temat bramek logicznych: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html Jeśli potrzebujesz więcej informacji na temat diod:

Krok 4: Wyświetlacze

Ten krok jest jednym z najłatwiejszych, wystarczy zdekodować wejścia ABCD, aby sterować siedmiosegmentowym wyświetlaczem… I na szczęście istnieje już układ scalony, który zaoszczędzi nam całą logikę, czas i przestrzeń.

Jeśli używasz wyświetlacza ze wspólną anodą, będziesz potrzebować 7447.

Jeśli używasz wyświetlacza Common Cathode, będziesz potrzebować 7448.

Okablowanie jest takie samo, więc tak czy inaczej możesz użyć mojego schematu.

Wejścia ABCD dla każdego układu scalonego pochodzą z wyjścia każdej pamięci (przejrzymy pamięci w następnym kroku)

Krok 5: Pamięć

To tutaj zmieniliśmy logikę kombinacyjną na logikę sekwencyjną… Aby stworzyć pamięć 4-bitową (ABCD), potrzebujemy po prostu D-Flip Flop dla każdego bitu, aw 74175 mamy 4 takie. Pamiętaj, że każda liczba jest reprezentowana w ABCD, więc każdy 74175 może zapisać jedną liczbę. Więcej informacji o tym, jak działa D-flipflop i jak zapisuje informacje: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop Wejście dwóch pierwszych pamięci (Dane "D") pochodzi z kodera DEC do BCD, który zbudowaliśmy w pierwszym kroku. Cóż, mamy informacje, które każdy z nich będzie przechowywał, ale kiedy zamierzają je zachować? Oczywiście, jeden zapisze pierwszy naciśnięty numer, a drugi drugi naciśnięty… Więc jak uzyskamy ten efekt? Cóż z innym rodzajem FF (flip flop) JK, gdy oba wejścia J i K są wysokie, zmieni stan wyjść na jego uzupełnienie (negację), innymi słowy będziemy mieli na "Q" 1, potem 0, potem znowu 1, potem 0 i tak dalej. Te Q i Q są zegarem dla pamięci (co im powie, kiedy zapisać nowe dane). zachowaj informacje na czas, będziemy potrzebować odwrotnego, więc tutaj używamy NOT GATE. Innymi słowy jak naciśniemy przycisk to jk ff zmieni swoje wyjście, włączy pierwszą pamięć, żeby zapamiętała dane, potem znowu wciskamy i pierwszy stan zapisu pamięci będzie wyłączony, ale druga pamięć zapisze nowe dane! Dodałem w tym momencie przycisk resetu, który zresetuje obie pamięci (ABCD) z powrotem do 0, a selektor wyświetlacza (jk ff) przeniesie do pierwszej pamięci. Więcej informacji o JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop Teraz… dlaczego powiedziałem, że potrzebujemy czterech 74175? Cóż, aby zapisać hasło !! Chociaż możliwe jest ustawienie hasła za pomocą rezystorów na GND lub Vcc, spowoduje to, że twoje hasło będzie statyczne i niemożliwe do zmiany, jeśli wykonasz blokadę na płytce drukowanej. Dzięki pamięci możesz zapisać hasło i zmieniać je tyle razy, ile chcesz. Wejścia będą wyjściami pamięci naszych wyświetlaczy, więc gdy dodatni impuls osiągnie ich zegar, będziesz radził sobie z jakimikolwiek liczbami na wyświetlaczach. (zarówno pamięć, jak i pamięć haseł będą miały te same informacje). Oczywiście impuls "nowego hasła" będzie dostępny tylko wtedy, gdy już wprowadziłeś poprawne hasło i otworzyłeś zamek. W sumie będziemy mieć pojemność 2 bajtów lub 16 bitów!!

Krok 6: Porównanie

W tym momencie mamy system, który jest w stanie zapisać każdą liczbę, którą naciśniemy na jednym wyświetlaczu, a potem na drugim, i skopiować te informacje do pamięci haseł… wciąż brakuje nam niezbędnego, Komparatora… jednego obwodu, który będzie porównywał te dwa (ABCD) pamięci wyświetlacza z dwoma (ABCD) pamięciami haseł.. Ponownie, istnieje już układ scalony z rodziny TTL, który wykonuje całą brudną robotę, ale nie był dostępny w moim lokalnym sklepie elektronicznym. Więc zbudowałem własną. Aby zrozumieć, jak to zrobiłem, spójrzmy na tabelę prawdy XOR A a] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 Zauważ, że ilekroć A i a mają tę samą wartość, wynik jest niski (0). Więc jeśli są różne, będziemy mieli 1 na wyjściu. Oznacza to, że z jedną bramką XOR można porównać 2 bity jeden z pamięci wyświetlacza, a drugi z pamięci haseł. Na tej podstawie zbudowałem następujący układ, pamiętaj, że możesz go zbudować na swój własny sposób, ponieważ jest wiele sposobów, aby uzyskać tę samą odpowiedź w elektronice cyfrowej. Układ ten pobiera 8 bitów pamięci wyświetlacza (jeden bit na XOR, ponieważ drugie wejście powinno być używane z pamięcią haseł) oraz 8 bitów pamięci haseł (jest to 1-bajtowy komparator). I dostarczy tylko jedno wyjście. wtedy i tylko wtedy, gdy informacje w obu pamięciach wyświetlacza są takie same, jak informacje w pamięciach haseł, będziemy mieli wyjście (0) niskie. Innymi słowy, jeśli informacje w obu zestawach pamięci różnią się, nawet na 1 bicie, wyjście będzie wysokie (1).

Krok 7: Otwórz/Zamknij

Wreszcie ostatnia część, prawie skończyliśmy! Już niedługo będziesz w stanie zablokować dowolne urządzenie, czy podpiąć prąd do dowolnego ogrodzenia,, (Proszę nie!) Teraz zbierzemy ostatnią informację i przerwiemy ją przyciskiem, więc jeśli ktoś przypadkiem wpisze poprawne hasło, zamek się nie otwiera. (nazwałem ten przycisk "enter", naprawdę sprytny, huh!,) A po przycisku enter pojawi się zatrzask RS, jedno urządzenie, które może zmienić Q' na 1, jeśli jest 0 na jego Wejście R i zapisz je, a Q do 1, jeśli jest 0 na wejściu S. Więcej informacji na temat zatrzasku RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops Podłączyłem "Q" do czerwonej diody oznaczającej blokadę, lub że sterowane urządzenie jest wyłączone. I "Q" do tranzystora, który zapewni przekaźnikowi wystarczającą ilość prądu, aby go włączyć, włączając sterowane urządzenie. "Q" było połączone z przyciskiem (który nazwałem nowym przyciskiem hasła z niejasnych powodów), tak że kiedy go naciśniesz, zamkniesz obwód między Q' a wejściem zegara do pamięci hasła. Jeśli Q' jest Low (system zablokowany) nic się nie zmieni w pamięci hasła po naciśnięciu przycisku, ale jeśli jest High (system otwarty) zegar zostanie aktywowany, a pamięć haseł skopiuje informacje z pamięci wyświetlacza. (zmiana hasło). I podłączyłem rezystor do GND i do przycisku (przycisk blokady) i stamtąd do wejścia S, więc jak tylko go naciśniesz, zablokujesz układ. Cóż, podczas gdy mogłem kupić flip-flop RS tylko w tym celu, nadal został mi jeden JK ff z mojego 7476. A ponieważ wejścia R i S są anormalne, nie musimy się martwić o zegar. Więc po prostu podłącz wszystko, jak pokazano na schemacie (tak jak ja). Bądź ostrożny podczas podłączania przekaźnika do prądu przemiennego, użyj wystarczającej ilości taśmy izolacyjnej. Nie chcesz zwarcia podczas pracy z setkami woltów! Po połączeniu wszystkiego razem… w końcu skończyliśmy!!! Zachęcamy do komentowania jakichkolwiek pytań lub sugestii, jeśli zauważysz jakiś problem lub błąd, nie wątp w jego zgłaszanie. Jestem tu by pomóc. Dobry zamek, to znaczy powodzenia z tym zamkiem.