Einfaches Zahlenschloss

TEILE UND MATERIALIEN

• 4001 Quad-NOR-Gatter (Radio Shack Katalog # 276-2401)
• 4070 Quad XOR Gate (Radio Shack Katalog # 900-6906)
• Zwei DIP-Schalter mit acht Positionen (Radio Shack Katalog # 275-1301)
• Zwei Leuchtdioden (Radio Shack Katalog Nr. 276-026 oder gleichwertig)
• Vier 1N914 "Schalt"-Dioden (Radio Shack Katalog # 276-1122)
• Zehn 10 kΩ Widerstände
• Zwei 470--Widerstände
• Druckknopfschalter, normalerweise offen (Radio Shack Katalog # 275-1556)
• Zwei 6-Volt-Batterien

Achtung! Sowohl die ICs 4001 als auch 4070 sind CMOS und daher empfindlich gegenüber statischer Elektrizität!

Dieses Experiment kann mit nur einem DIP-Schalter mit 8 Positionen aufgebaut werden, aber das Konzept ist leichter zu verstehen, wenn zwei Schalterbaugruppen verwendet werden. Die Idee ist, dass ein Schalter den richtigen Code zum Entsperren des Schlosses enthält, während der andere Schalter als Dateneingabepunkt für die Person dient, die versucht, das Schloss zu öffnen.

Im wirklichen Leben muss die Schalterbaugruppe mit dem darauf eingestellten „Schlüssel“-Code natürlich für die Person, die das Schloss öffnet, unsichtbar sein, d. h. sie muss sich physisch an anderer Stelle befinden von wo sich die Dateneingabeschalterbaugruppe befindet. Dies erfordert zwei Schalterbaugruppen.

Wenn Sie dieses Konzept jedoch klar verstehen, können Sie eine funktionierende Schaltung mit nur einem 8-Positionen-Schalter aufbauen, wobei die linken vier Schalter für die Dateneingabe und die rechten vier Schalter zum Halten des „Schlüssel“-Codes verwendet werden.

Wählen Sie für einen zusätzlichen Effekt verschiedene LED-Farben:Grün für „Go“ und Rot für „No Go“.

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 4, Kapitel 3:„Logische Gatter“

LERNZIELE

• Um XOR-Gatter als Bitkomparatoren zu verwenden
• Wie man einfache Gate-Funktionen mit Dioden und einem Pull-Up/Down-Widerstand baut
• Verwendung von NOR-Gattern als gesteuerte Wechselrichter

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Diese Schaltung veranschaulicht die Verwendung von XOR-(Exklusiv-ODER)-Gattern als Bitkomparatoren. Vier dieser XOR-Gatter vergleichen die jeweiligen Bits von zwei 4-Bit-Binärzahlen, wobei jede Zahl über eine Reihe von Schaltern in die Schaltung „eingegeben“ wird. Stimmen die beiden Zahlen Bit für Bit überein, leuchtet beim Drücken des Tasters „Enter“ die grüne LED „Go“. Stimmen die beiden Zahlen nicht genau überein, leuchtet beim Drücken der „Enter“-Taste die rote „No go“-LED.

Da vier Bits lediglich sechzehn mögliche Kombinationen bereitstellen, ist diese Verriegelungsschaltung nicht sehr ausgereift. Wenn es in einer realen Anwendung wie einem Haussicherheitssystem verwendet würde, müsste der „No go“-Ausgang mit einer Art Sirene oder einem anderen Alarmgerät verbunden werden, damit die Eingabe eines falschen Codes eine unbefugte Person davon abhalten würde, es zu versuchen eine weitere Codeeingabe.

Andernfalls würde es nicht lange dauern, alle Kombinationen (0000 bis 1111) auszuprobieren, bis die richtige gefunden wurde! In diesem Experiment beschreibe ich nicht, wie man diese Schaltung in ein echtes Sicherheitssystem oder einen Schlossmechanismus einbaut, sondern nur, wie man einen voreingegebenen Code erkennt.

Der „Schlüssel“-Code, der am Dateneingabeschalter-Array abgeglichen werden muss, sollte natürlich nicht sichtbar sein. Wenn dies Teil eines echten Sicherheitssystems wäre, würde sich die Schalterbaugruppe für die Dateneingabe außerhalb befinden die Tür und der Schlüsselcodeschalter hinter die Tür mit dem Rest der Schaltung.

In diesem Experiment werden Sie wahrscheinlich die beiden Schalterbaugruppen auf zwei verschiedenen Steckbrettern platzieren, aber es ist durchaus möglich, die Schaltung mit nur einer einzigen (8-Positionen) DIP-Schalterbaugruppe aufzubauen. Auch hier besteht der Zweck des Experiments nicht darin, ein echtes Sicherheitssystem zu entwickeln, sondern Sie lediglich in das Prinzip des XOR-Gatter-Code-Vergleichs einzuführen.

Es liegt in der Natur eines XOR-Gatters, ein „high“ (1) Signal auszugeben, wenn die Eingangssignale nicht . sind den gleichen logischen Zustand. Die Ausgangsanschlüsse der vier XOR-Gatter sind über ein Diodennetzwerk verbunden, das als ODER-Gatter mit vier Eingängen fungiert:wenn beliebig der vier XOR-Gatter ein „High“-Signal ausgibt – was anzeigt, dass der eingegebene Code und der Schlüsselcode nicht identisch sind – dann wird ein „High“-Signal an die NOR-Gatter-Logik weitergegeben.

Wenn die beiden 4-Bit-Codes identisch sind, ist keiner der XOR-Gatter-Ausgänge „hoch“, und der mit den gemeinsamen Seiten der Dioden verbundene Pull-Down-Widerstand liefert einen „niedrigen“ Signalzustand an die NOR-Logik.

Die NOR-Gatter-Logik führt eine einfache Aufgabe aus:verhindert, dass eine der LEDs aufleuchtet, wenn die „Enter“-Taste nicht gedrückt wird. Nur wenn dieser Taster gedrückt wird, kann eine der LEDs erregt werden. Wenn die Eingabetaste gedrückt wird und die XOR-Ausgänge alle „low“ sind, leuchtet die „Go“-LED auf und zeigt damit an, dass der richtige Code eingegeben wurde.

Wenn der Enter-Schalter gedrückt wird und einer der XOR-Ausgänge „high“ ist, leuchtet die „No go“-LED auf und zeigt damit an, dass ein falscher Code eingegeben wurde. Auch wenn dies ein echtes Sicherheitssystem wäre, wäre es ratsam, die Ausgabe "No go" etwas tun zu lassen, das eine nicht autorisierte Person davon abhält, den richtigen Code durch Versuch und Irrtum zu entdecken. Mit anderen Worten, es sollte eine Art Strafe geben für die Eingabe eines falschen Codes. Lassen Sie Ihrer Fantasie bei der Gestaltung dieses Details freien Lauf!

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• CMOS Logic Gates Arbeitsblatt