قفل الجمع الرقمي: 7 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:42

لطالما تساءلت عن كيفية عمل الأقفال الإلكترونية ، لذلك بمجرد الانتهاء من دورة الإلكترونيات الرقمية الأساسية ، قررت إنشاء واحدة بنفسي. وسأساعدك على بناء بنفسك!

يمكنك توصيله بأي شيء من 1v إلى 400v (أو ربما أكثر من ذلك يعتمد على RELAY) ، DC أو AC ، لذلك يمكنك استخدامه للتحكم في دائرة أخرى ، أو حتى لكهربة السياج !! (من فضلك لا تحاول ذلك ، أمر خطير حقًا) … لقد قمت بتوصيل شجرة الكريسماس الصغيرة بالمخرج (110 فولت) لأنني لم أخرج زخرفة الأعياد من مختبري ، لذلك كان ذلك في الوقت الذي انتهيت فيه من proyect.

إليك بعض الصور للنظام النهائي ، وفيديو أيضًا ، حتى تتمكن من رؤيته يعمل.

الخطوة 1: كيف يعمل؟

أولاً فكرت في ما هو مطلوب معالجته وكيف. لذلك قمت برسم هذا الرسم البياني كخريطة لإرشادي أثناء إنشاء كل جزء من proyect. إليك ملخص لكيفية عملها.

• نحتاج أولاً إلى دائرة لفك تشفير المداخل العشرة المحتملة (0-9) إلى 4 مخرجات BCD (ثنائي عشري مشفر) ، ومخرج آخر يخبرنا عند الضغط على أي زر.
• ثم نحتاج إلى بناء الدائرة لشاشتين من 7 أجزاء لتعمل بشكل صحيح ، مع 4 مدخلات لرقم BCD وبالطبع 7 مخارج لشاشاتنا ، (لقد استخدمت IC 74LS47)
• ثم دائرة لحفظ كل رقم مضغوط والتبديل بين شاشات العرض
• بالإضافة إلى ذاكرة داخلية لكلمة المرور الخاصة بنا
• وموقد القفل الخاص بنا ، والمقارن (بتات 8 - لأن هناك 4 بتات لكل رقم في الشاشة ، مما يعني أنك إذا كنت تريد عمل قفل مكون من 4 أرقام ، فستحتاج إلى اثنين من هذا متصلين معًا). لنا إذا كانت الأرقام الموجودة في شاشات العرض هي نفسها كلمة المرور المحفوظة في الذكريات الداخلية.
• وأخيرًا ، دائرة للإبقاء على إشارة OPEN أو CLOSE لفترة غير محددة ، وبالطبع إخراج (هذا هو كل ما تريد التحكم فيه باستخدام القفل الخاص بك)

الخطوة 2: المواد

هذا كل ما سوف تحتاجه. ملاحظة: لقد أخذت معظم المواد من لوحة VCR قديمة ، لذلك كانت "مجانية" مما يجعل هذا المنتج رخيصًا حقًا. في المجموع ، أنفقت حوالي 13 dlls (معظم IC تكلف 76 cnts ، باستثناء D-ff (حوالي 1.15) لأنني لم يكن لدي IC ، ولكن يمكنك الاحتفاظ بها من أجل العروض المستقبلية ، فهي استثمار رائع. المكونات:

• الكثير من الثنائيات (حوالي 20) لعمل اتصالات في اتجاه واحد.
• ترانزستور NPN واحد (لتغذية ملف الترحيل بتيار كافٍ)
• مرحل واحد (للتحكم في الجهاز المتصل)
• مؤشر LED أحمر واحد (للإشارة إلى وقت قفل النظام)
• 14 زر ضغط
• الكثير من المقاومات (لا يهم المقاومة حقًا ، فقط لتعيين دبابيس IC على 1 أو 0 [+ أو -])
• يعرض اثنان من 7 مقاطع.
• الكثير من الأسلاك !!

دوائر متكاملة:

• اثنان 7432 (أو بوابات) لبناء DEC إلى BCD والمقارنة
• اثنان 7486 (XOR GATES) روح المقارنة.
• اثنان 7447 عرض سائق
• أربعة 74175 (4 D-FF) هي ذاكرة قادرة على استيعاب 4 بتات.
• 7476 واحدًا (2 JK-FF) لمُحدد العرض وللحفاظ على إشارة OPEN CLOSE.
• 7404 واحد (ليس بوابة) قلب نبض الساعة لمحدد العرض. (يمكنك استخدام ترانزستور NPN ، لأنك تحتاج فقط إلى بوابة واحدة (يوجد في IC 6).

أدوات:

• 3 Protoboards (https://en.wikipedia.org/wiki/Breadboard)
• كماشة
• سكين دقيق
• 5V DC امدادات الطاقة (يغذي الدوائر)
• مزود طاقة 12V DC (يغذي ملف الترحيل)
• 120V AC Power Supply (يغذي الجهاز على الإخراج)

ملاحظة: لقد استخدمت حوالي 8 أقدام من الأسلاك ، ونصائح حول هذا ، عند شراء سلك بروتوبورد باهظ الثمن ، يمكنك شراء 3 أقدام من كبل إيثرنت ، وشريطه ، وسيكون لديك 8 أو 9 أسلاك ، لكل منها لون مختلف و 3 أقدام طويلة. (هذا هو بالضبط ما أفعله ، حيث يبلغ طول سلك اللوح العادي حوالي 10 أقدام لكل دولار. ولكن مقابل مبلغ يبلغ 3.3 قدمًا من كبل إيثرنت ، سينتهي بك الأمر بحوالي 27 إلى 30 قدمًا!

الخطوة 3: ديسمبر إلى BCD

الخطوة الأولى هي بناء نظام الإدخال ، حتى تتمكن من التواصل مع القفل الخاص بك. لقد صممت الدائرة التالية من أجل تحقيق هدفين رئيسيين.

• قم بتحويل أي من الأرقام العشرة من (0-9) إلى نظيره BCD (ثنائي). (في الواقع ، هناك IC لهذا الغرض ، لكنه لم يكن متوفرًا عندما ذهبت إلى متجري الإلكتروني المحلي. ، لذلك إذا حصلت على ستوفر على نفسك الكثير من الوقت والمتاعب ، لكن أعتقد أن الأمر أكثر متعة بهذه الطريقة)
• القدرة على اكتشاف أي زر يتم الضغط عليه.

لحل المشكلة الأولى ، يجب أن نلقي نظرة على جدول الحقيقة هذا لمعرفة أي ناتج (ABCD) سيكون مرتفعًا (1) عندما نضغط على كل زر. 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 الآن هناك شيء أحبه في الديجيتال يمكن استخدامه … هناك العديد من الطرق للقيام بشيء واحد…. تمامًا مثل الرياضيات ، يمكنك الحصول على 3 بإضافة 1 + 2 ، أو طرح 4-1 ، أو 3 ^ 1…. بعبارة أخرى ، يمكنك بناء العديد من الدوائر المختلفة لتحقيق نفس الهدف ، وهذا ما يجعل مهمتنا الحالية أسهل. لقد صممت هذه الدائرة لأنني اعتقدت أنها تستخدم القليل من الدوائر المتكاملة ، لكن يمكنك تصميمها بنفسك! الآن ، أعلم أن البعض ربما يخدشون رؤوسهم في محاولة لمعرفة سبب استخدامي للعديد من الثنائيات ، حسنًا ، ها هي الإجابة … تعمل الثنائيات مثل اتصال أحادي الاتجاه ، لذلك في زوج متصل كما هو الحال في دائري ، إذا كان هناك (1) الجهد على "جانبه الإيجابي" سوف يولد التيار ، لذلك سيكون لدينا جهد في الجانب الآخر أيضًا ، ولكن إذا كان هناك جهد سلبي أو غير موجود (0) فسوف يتصرف كدائرة مفتوحة. دعنا نتحقق من سلوك هذه الثنائيات ، استدعاء أنود الصمام الثنائي الأول (+) "E" ، وأنود الصمام الثنائي الثاني "F" وسيكون الناتج هو الكاثود المتصل بها "X". EF] X 0 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 1 يمكنك أن ترى أننا نمتلك نفس السلوك تمامًا من بوابة OR ، وبعد ذلك ، لماذا لا تستخدم الثنائيات فقط ، وبهذه الطريقة ستوفر المزيد من التكامل الدوائر ، والمال؟ … حسنًا ، الإجابة بسيطة ، ويجب أن تأخذها في الاعتبار حقًا ، حيث انخفض الفولتية عبر كل صمام ثنائي. عادة ما يكون حوالي 0.65 فولت. لماذا هذا؟ نظرًا لأن كل صمام ثنائي يحتاج إلى 0.6 فولت على الأقل عبر الأنود والكاثود الخاص به ليقترب من الوصلة ، حتى يتمكن من البدء في التوصيل. بمعنى آخر ، ستفقد 0.65 فولت لكل صمام ثنائي تقوم بتوصيله وعمله في نفس الوقت … لن تكون هذه مشكلة كبيرة إذا كنا نشغل المصابيح فقط ، لكننا نعمل مع TTL IC ، وهذا يعني أننا نحتاج إلى أكثر من 2 V. وبما أننا نبدأ بـ 5 v.. وهذا يعني أن توصيل 5 صمامات ثنائية سيؤدي إلى فشل في دائرتنا (لن تتمكن الدائرة المتكاملة من التمييز بين 0 فولت وأقل من 2 فولت …) لهذا السبب لم أستخدم أبدًا أكثر من 2 صمامات ثنائية في كل إدخال … ملاحظة: يجب عليك توصيل المقاوم المتصل بـ GND في كل مدخلات OR في البوابة … لحل المشكلة الثانية ، أضفت للتو صمامًا ثنائيًا إلى كل ABCD ، و 0 ، وقمت بتوصيلهما معًا ، لذلك عندما يكون أي من هؤلاء هو 1 ، سيكون لديك 1 في "Press" (P). الآن كل ما تبقى هو أن تبنيها على لوح التجارب ، أو إذا كنت تريد توفير مساحة أكبر ، يمكنك القيام كما فعلت ، وحفر بعض الثقوب في ورق البناء ولحام الثنائيات وأزرار الضغط هناك … إذا كنت بحاجة المزيد من المعلومات حول Logic Gates: https://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_3/1.html إذا كنت بحاجة إلى مزيد من المعلومات حول الثنائيات:

الخطوة 4: يعرض

هذه الخطوة هي واحدة من أسهل الخطوات ، كل ما نحتاجه هو فك شفرة مدخلات ABCD لتشغيل عرض المقاطع السبعة … ولحسن الحظ توجد دائرة متكاملة ستوفر لنا كل المنطق والوقت والمكان.

إذا كنت تستخدم عرض الأنود المشترك ، فستحتاج إلى 7447.

إذا كنت تستخدم شاشة عرض الكاثود المشترك ، فستحتاج إلى 7448.

الأسلاك هي نفسها ، لذلك في كلتا الحالتين يمكنك استخدام التخطيطي الخاص بي.

المدخلات ABCD لكل IC تأتي من إخراج كل ذاكرة (سنراجع الذكريات في الخطوة التالية)

الخطوة 5: الذاكرة

هذا هو أننا نغير من المنطق التوافقي إلى المنطق الآمن … لصنع ذاكرة 4 بت (ABCD) نحتاج فقط إلى D- Flip Flop لكل بت ، وفي 74175 لدينا 4 من هؤلاء. تذكر أن كل رقم ممثل في ABCD ، بحيث يمكن لكل 74175 حفظ رقم واحد. لمزيد من المعلومات حول كيفية عمل D-flipflop ، وكيف يحفظ المعلومات ،: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#D_flip-flop إدخال الذكريات الأولى والثانية (البيانات "D") يأتي من DEC إلى BCD المبرمج الذي بنيناه في الخطوة الأولى. حسنًا ، لدينا المعلومات التي سيحتفظ بها كل شخص ، ولكن متى سيحتفظون بها؟ بالطبع ، سيحفظ أحدهما أول رقم مضغوط والآخر يحتفظ بالرقم المضغوط الثاني … فكيف نحصل على هذا التأثير؟ حسنًا ، مع نوع آخر من FF (فليب فليب) JK ، عندما يكون كل من مدخلات J و K مرتفعين ، فإنه سيغير حالة المخرجات إلى مكملها (النفي) ، وبعبارة أخرى ، سيكون لدينا على "Q" 1 ، ثم 0 ثم 1 مرة أخرى ، ثم 0 وهكذا. هذه Q و Q´ هي ساعة الذكريات (ما الذي سيخبرنا بموعد حفظ البيانات الجديدة.) النبض الذي سيحدد وقت إجراء هذا التغيير هو "P" الذي يكون مرتفعًا كلما ضغطت على أي رقم ، ولكن من أجل احفظ المعلومات في الوقت المحدد ، سنحتاج إلى العكس ، لذلك نحن نستخدم "ليس البوابة". بمعنى آخر ، بمجرد الضغط على زر ، سيغير jk ff خرجه ، وتشغيل الذاكرة الأولى ، بحيث تحفظ البيانات ، ثم نضغط مرة أخرى وستكون حالة تسجيل الذاكرة الأولى متوقفة ، ولكن الذاكرة الثانية سيحفظ البيانات الجديدة! أضفت في هذه المرحلة زر إعادة الضبط الذي سيعيد كلا الذكريات (ABCD) إلى 0 ، وسيعيد محدد الشاشة (jk ff) إلى الذاكرة الأولى. لمزيد من المعلومات حول JK FF: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#JK_flip-flop الآن … لماذا قلت أننا بحاجة إلى أربع طائرات 74175؟ حسنًا لحفظ كلمة المرور !! في حين أنه من الممكن فقط تعيين كلمة المرور باستخدام مقاومات على GND أو Vcc ، فإن ذلك سيجعل كلمة مرورك ثابتة ، ومن المستحيل تغييرها إذا قمت بإنجاز القفل في PCB. لذلك ، باستخدام الذاكرة ، يمكنك حفظ كلمة المرور وتغييرها عدة مرات كما يحلو لك. ستكون المدخلات هي مخرجات ذاكرة شاشات العرض لدينا ، لذلك عندما تصل نبضة موجبة إلى ساعتها ، سوف تتعامل مع أي أرقام موجودة في شاشات العرض. (كلتا الذكريات وذكريات كلمة المرور ستحتوي على نفس المعلومات). بالطبع لن يكون نبض "كلمة المرور الجديدة" متاحًا إلا إذا كنت قد اخترقت بالفعل كلمة المرور الصحيحة وفتحت القفل. إجمالاً سيكون لدينا سعة تخزين 2 بايت أو 16 بت !!

الخطوة 6: المقارنة

في هذه المرحلة ، لدينا نظام قادر على حفظ كل رقم نضغط عليه في شاشة واحدة ثم الأخرى ، ونسخ تلك المعلومات إلى ذاكرة كلمة المرور … ما زلنا نفتقر إلى الأساسي ، المقارنة … دائرة واحدة تقارن الاثنين (ABCD) من ذكريات العرض مع اثنين (ABCD) من ذكريات كلمة المرور.. مرة أخرى ، هناك بالفعل IC من عائلة TTL التي تقوم بجميع الأعمال القذرة ، لكنها لم تكن متوفرة في متجري الإلكتروني المحلي. لذلك بنيت بلدي. لفهم كيف فعلت ذلك ، دعونا نلقي نظرة على جدول الحقيقة XOR A a] X 0] 0 0 1] 1 1 0] 1 1 1] 0 لاحظ أنه عندما يكون A و a لهما نفس القيمة ، يكون الناتج منخفضًا (0). لذلك إذا كانت مختلفة ، فسنحصل على 1 في الإخراج. بمعنى أنه باستخدام بوابة XOR واحدة ، يمكنك مقارنة 2 بت واحدة من ذاكرة العرض والأخرى لذاكرة كلمة المرور. بناءً على ذلك قمت ببناء الدائرة التالية ، تذكر أنه يمكنك بناؤها بطريقتك الخاصة ، لأن هناك العديد من الطرق للوصول إلى نفس الإجابة هنا في الإلكترونيات الرقمية. تستوعب هذه الدائرة 8 بتات من ذاكرة العرض (بت واحد لكل XOR ، لأنه يجب استخدام المدخلات الأخرى مع ذاكرة كلمة المرور) و 8 بت من ذاكرات كلمة المرور (مقارن 1 بايت). وسوف تقدم ناتج واحد فقط. إذا وفقط إذا كانت المعلومات الموجودة في كلا ذاكرتي العرض هي نفسها المعلومات الموجودة في ذاكرة كلمة المرور ، فسنحصل على ناتج منخفض (0). بمعنى آخر ، إذا كانت المعلومات الموجودة في كلتا المجموعتين من الذكريات مختلفة ، حتى على 1 بت ، فسيكون الناتج مرتفعًا (1).

الخطوة 7: فتح / إغلاق

أخيرًا الجزء الأخير ، لقد انتهينا تقريبًا! قريبًا ستتمكن من قفل أي جهاز ، أو كهربة أي سياج ، (من فضلك لا تفعل!) الآن ، سنأخذ آخر جزء من المعلومات ونقاطعها بضغطة زر ، لذلك إذا كتب شخص ما كلمة المرور الصحيحة عن طريق الخطأ ، لن يفتح القفل. (سميت هذا الزر "دخول" ، ذكي حقًا ، هاه !،) وبعد زر الإدخال ، سيأتي مزلاج RS ، وهو جهاز يمكنه تحويل Q´ إلى 1 إذا كان هناك 0 في R ، وحفظه ، و Q إلى 1 إذا كان هناك 0 في إدخال S. لمزيد من المعلومات حول مزلاج RS: https://en.wikipedia.org/wiki/D_flip_flop#SR_flip-flops ، قمت بتوصيل "Q" بقفل معنى أحمر ، أو أن الجهاز المتحكم فيه مغلق. و "Q´" إلى ترانزستور يزود التتابع بتيار كافٍ لتشغيله ، وتشغيل الجهاز المتحكم فيه. كان "Q´" متصلاً بزر ضغط ، (لقد اتصلت بزر كلمة المرور الجديدة لأسباب طوعية) بحيث عندما تضغط على هذا الزر ، ستغلق الدائرة بين Q´ وإدخال الساعة لذاكرة كلمة المرور. إذا كانت Q´ منخفضة (النظام مغلق) فلن يتغير شيء في ذاكرة كلمة المرور عند الضغط على الزر ، ولكن إذا كانت الساعة عالية (نظام مفتوح) ، فسيتم تنشيط الساعة وستقوم ذاكرة كلمة المرور بنسخ المعلومات الموجودة في ذاكرة العرض. (تغيير كلمه السر). وقم بتوصيل المقاوم بـ GND وبزر ضغط (زر قفل) ومن هناك إلى إدخال S ، لذلك كلما ضغطت عليه ، ستغلق النظام. حسنًا ، بينما كان بإمكاني شراء قلاب RS لهذا الغرض فقط ، لا يزال لدي JK ff متبقيًا من 7476. ولأن المدخلات R و S غير متوقعة ، لا داعي للقلق بشأن الساعة. لذا فقط قم بتوصيل الأشياء كما هو موضح في الرسم التخطيطي (كما فعلت أنا.) كن حذرًا عند توصيل المرحل بالتيار المتردد ، استخدم شريط عزل كافيًا.. أنت لا تريد ماس كهربائى عند العمل بمئات الفولتات! بعد الاتصال الدائم معًا … انتهينا أخيرًا !!! لا تتردد في التعليق على أي سؤال أو اقتراح ، إذا لاحظت أي مشكلة أو خطأ ، فلا تشك في ذلك. أنا هنا للمساعدة. قفل جيد يعني حظا سعيدا مع هذا القفل.