シンプルなコンビネーションロック

部品と材料

• 4001クワッドNORゲート（Radio Shackカタログ番号276-2401）
• 4070クワッドXORゲート（Radio Shackカタログ番号900-6906）
• 2つの8ポジションDIPスイッチ（Radio Shackカタログ番号275-1301）
• 2つの発光ダイオード（Radio Shackカタログ番号276-026または同等のもの）
• 4つの1N914「スイッチング」ダイオード（Radio Shackカタログ番号276-1122）
• 10個の10kΩ抵抗器
• 2つの470Ω抵抗器
• 押しボタンスイッチ、通常開（Radio Shackカタログ番号275-1556）
• 6ボルトのバッテリー2個

注意！ 4001と4070のICはどちらもCMOSであるため、静電気に敏感です！

この実験は、1つの8ポジションDIPスイッチのみを使用して構築できますが、2つのスイッチアセンブリを使用すると、概念を理解しやすくなります。アイデアは、一方のスイッチがロックを解除するための正しいコードを保持するように機能し、もう一方のスイッチがロックを開こうとする人のデータ入力ポイントとして機能するというものです。

もちろん、実際には、「キー」コードが設定されたスイッチアセンブリは、ロックを開ける人の視界から隠す必要があります。つまり、物理的に他の場所に配置する必要があります。 データ入力スイッチアセンブリがある場所から。これには2つのスイッチアセンブリが必要です。

ただし、この概念を明確に理解していれば、データ入力用に左側の4つのスイッチを使用し、「キー」コードを保持するために右側の4つのスイッチを使用して、8ポジションスイッチを1つだけ使用して動作回路を構築できます。

さらに効果を上げるには、さまざまな色のLEDを選択します。「Go」には緑、「Nogo」には赤です。

相互参照

電気回路の教訓 、第4巻、第3章：「論理ゲート」

学習目標

• XORゲートをビットコンパレータとして使用するには
• ダイオードとプルアップ/ダウン抵抗を使用して単純なゲート機能を構築する方法
• 制御されたインバーターとしてのNORゲートの使用

回路図

イラスト

手順

この回路は、ビットコンパレータとしてのXOR（排他的論理和）ゲートの使用を示しています。これらのXORゲートのうちの4つは、2つの4ビット2進数のそれぞれのビットを比較します。各番号は、スイッチのセットを介して回路に「入力」されます。 2つの数字がビットごとに一致する場合、「Enter」押しボタンスイッチが押されると、緑色の「Go」LEDが点灯します。 2つの数字が完全に一致しない場合、「Enter」押しボタンを押すと、赤い「Nogo」LEDが点灯します。

4ビットは16の可能な組み合わせしか提供しないため、このロック回路はそれほど洗練されていません。ホームセキュリティシステムなどの実際のアプリケーションで使用する場合は、「ノーゴー」出力を何らかのサイレンまたはその他の警報デバイスに接続して、間違ったコードを入力すると、許可されていない人が試みないようにする必要があります。別のコードエントリ。

そうしないと、正しい組み合わせが見つかるまで、すべての組み合わせ（0000から1111）を試すのにそれほど時間はかかりません。この実験では、この回路を実際のセキュリティシステムやロックメカニズムに組み込む方法については説明しませんが、事前に入力されたコードを認識させる方法についてのみ説明します。

もちろん、データ入力スイッチ配列で一致する必要がある「キー」コードは、ビューから非表示にする必要があります。これが実際のセキュリティシステムの一部である場合、データ入力スイッチアセンブリは外部に配置されます。 ドアとキーコードスイッチアセンブリ後ろ 残りの回路を備えたドア。

この実験では、2つのスイッチアセンブリを2つの異なるブレッドボードに配置する可能性がありますが、単一の（8位置）DIPスイッチアセンブリを使用して回路を構築することは完全に可能です。繰り返しになりますが、実験の目的は実際のセキュリティシステムを作成することではなく、XORゲートコード比較の原理を紹介することだけです。

入力信号が でない場合に「ハイ」（1）信号を出力するのはXORゲートの性質です。 同じ論理状態。 4つのXORゲートの出力端子は、4入力ORゲートとして機能するダイオードネットワークを介して接続されています。 any 4つのXORゲートのうちの1つが「ハイ」信号を出力します。これは、入力されたコードとキーコードが同一ではないことを示します。その後、「ハイ」信号がNORゲートロジックに渡されます。

2つの4ビットコードが同一である場合、XORゲート出力はいずれも「ハイ」にならず、ダイオードの共通側に接続されたプルダウン抵抗は、NORロジックに「ロー」信号状態を提供します。

NORゲートロジックは単純なタスクを実行します。「Enter」プッシュボタンが押されていない場合、いずれかのLEDがオンにならないようにします。この押しボタンが押された場合にのみ、いずれかのLEDが点灯します。 Enterスイッチが押され、XOR出力がすべて「ロー」の場合、「Go」LEDが点灯し、正しいコードが入力されたことを示します。

Enterスイッチが押され、XOR出力のいずれかが「High」の場合、「No go」LEDが点灯し、間違ったコードが入力されたことを示します。繰り返しになりますが、これが実際のセキュリティシステムである場合は、「No go」出力で、許可されていない人が試行錯誤して正しいコードを見つけられないようにするのが賢明です。言い換えれば、ある種のペナルティがあるはずです。 間違ったコードを入力したため。あなたの想像力がこのディテールのデザインを導きます！

関連ワークシート：

• CMOS論理ゲートワークシート