PinLab Docs

Создадим первую полезную схему с использованием логических элементов — кодовый замок. Код будет вводиться с помощью четырех переключателей. Используем DIP- переключатель. Это электронный компонент, включающий в себя несколько переключателей. В нашем случае в нем 4 переключателя.

Принцип действия переключателя такой же, как у тактовой кнопки, которую мы использовали ранее. Переключатель содержит в себе контакты, которые замыкаются и размыкаются, но, в отличие от нее, переключатели имеют фиксацию. То есть их можно переключить, и они останутся в этом положении, не нужно постоянно удерживать их пальцем, как тактовую кнопку.

Переключать такие переключатели проще с помощью пинцета или маленькой отвертки, так как переключатели маленькие и пальцем переключать их достаточно трудно.

Проверка кода осуществляется с помощью логических элементов «И». Рассмотрим схему эксперимента:

На схеме появились обозначения, которые не встречались нам ранее. Поэтому остановимся на них отдельно. В настоящих электронных устройствах обычно много элементов подключаются к «плюсу» и «минусу» питания. Поэтому, чтобы не рисовать проводники ко всем этим выводам элементов и не перегружать схему, применяют специальные обозначения:

Подключение к «+» питания обозначается иногда с указанием напряжения питания или его названия. В сложных электронных устройствах может быть несколько питаний, отличающихся напряжением или назначением.

Подключение к «-» питания обозначается несколькими полосками или одной толстой. Напряжение на этом контакте принимается за ноль, и все напряжения в схеме отсчитываются от потенциала этого узла. Его также называются общим проводом или землей (англ. Ground или GND).

Источник питания (батарейка) на схеме не отображен, но подразумевается.

Как мы уже знаем, лог. элемент «И» имеет на выходе сигнал лог. «1» только при наличии лог. «1» на всех своих входах. Это свойство удобно применить для кодового замка. Только когда все переключатели будут установлены в верное положение (будет набран верный код), на выходе мы получим сигнал, сообщающий об этом, и, в нашем случае, загорится светодиод. Если хоть один переключатель выставлен в ошибочное положение, то светодиод не засветится.

Так как у нас «клавиатура» для ввода кода содержит 4 переключателя, то нам нужен логический элемент «И» с 4 входами. Такой элемент называется 4И (цифра 4 означает, что элемент И имеет 4 входа). Но мы применяем микросхему CD4081, которая содержит в себе четыре элемента «И», каждый из которых имеет только два входа. Мы вышли из этой ситуации с помощью каскадирования элементов.

Первые два переключателя подключены к первому элементу «И», и, когда оба переключателя установлены в верное положение, на выходе первого элемента мы получаем сигнал лог. «1».

Аналогично подключены третий и четвертый переключатели ко второму элементу. А выходные сигналы двух элементов «И» подключены к третьему элементу «И». И только когда оба элемента сигнализируют о верном положении своих переключателей, третий логический элемент переключает выход в состояние лог. «1». Таким образом, мы получили элемент «И» с 4 входами из трех элементов с двумя входами.

С элементом «И» мы разобрались, но как же происходит настройка правильного кода замка? Это делается с помощью соответствующего подключения входов логических элементов и переключателей. Если разобраться в схеме, то видно, что выводы 1 и 6 микросхемы подтянуты к «земле» через резисторы R1 и R2, а 2 и 5 к питанию через резисторы R3 и R4.

Когда переключатели SW1 или SW4 разомкнуты, то на соответствующих входах микросхемы получается сигнал лог. «0». В то же время, когда переключатель SW2 или SW3 разомкнут, то на соответствующих выводах микросхемы получается сигнал лог. «1».

Чтобы наш кодовый замок «открылся», нужно, чтобы на всех входах логического элемента 4И были логические единицы. Это достигается только при условии, когда переключатели SW1 и SW4 замкнуты, а SW2 и SW3 разомкнуты. Именно эта комбинация и является «кодом».

В этом эксперименте мы научились каскадировать логические элементы «И» для увеличения количества входов. Такой же способ работает, например, с элементами «ИЛИ». Но не работает с элементами с инверсией - «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ».