7.7: Cerradura de combinación simple

PARTES Y MATERIALES

• 4001 cuádruple puerta NOR (Radio Shack catálogo # 276-2401)
• 4070 cuádruple puerta XOR (Radio Shack catálogo # 900-6906)
• Dos interruptores DIP de ocho posiciones (Radio Shack catálogo # 275-1301)
• Dos diodos emisores de luz (Radio Shack catálogo # 276-026 o equivalente)
• Cuatro diodos de “conmutación” 1N914 (Catálogo Radio Shack # 276-1122)
• Diez resistencias de 10 kΩ
• Dos resistencias de 470 Ω
• Interruptor pulsador, normalmente abierto (Radio Shack catálogo # 275-1556)
• Dos baterías de 6 voltios

¡Precaución! Tanto los CI 4001 como los 4070 son CMOS, ¡y por lo tanto sensibles a la electricidad estática!

Este experimento puede construirse usando solo un interruptor DIP de 8 posiciones, pero el concepto es más fácil de entender si se utilizan dos conjuntos de interruptores. La idea es, un interruptor actúa para mantener el código correcto para desbloquear la cerradura, mientras que el otro interruptor sirve como punto de entrada de datos para la persona que intenta abrir la cerradura. En la vida real, por supuesto, el conjunto del interruptor con el código de “llave” establecido en él debe estar oculto a la vista de la persona que abre la cerradura, lo que significa que debe ubicarse físicamente en otro lugar de donde esté el conjunto del interruptor de entrada de datos. Esto requiere dos conjuntos de interruptores. Sin embargo, si entiende este concepto claramente, puede construir un circuito de trabajo con un solo interruptor de 8 posiciones, utilizando los cuatro interruptores izquierdos para la entrada de datos y los cuatro interruptores derechos para mantener el código de “llave”.

Para efecto extra, elige diferentes colores de LED: verde para “Go” y rojo para “No go”.

Referencias cruzadas

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 4, Capítulo 3: “Puertas Lógicas”

Objetivos de aprendizaje

• Uso de puertas XOR como comparadores de bits
• Cómo construir funciones de puerta simples con diodos y una resistencia pull-up/down
• Uso de puertas NOR como inversores controlados

Diagrama esquemático

Ilustracion

INSTRUCCIÓN

Este circuito ilustra el uso de puertas XOR (Exclusive-OR) como comparadores de bits. Cuatro de estas puertas XOR comparan los bits respectivos de dos números binarios de 4 bits, cada número “ingresado” en el circuito a través de un conjunto de interruptores. Si los dos números coinciden, poco por bit, el LED verde “Go” se encenderá cuando se presione el interruptor de botón “Enter”. Si los dos números no coinciden exactamente, el LED rojo “No ir” se encenderá cuando se presione el botón “Enter”.

Debido a que cuatro bits proporcionan apenas dieciséis combinaciones posibles, este circuito de bloqueo no es muy sofisticado. Si se utilizara en una aplicación real como un sistema de seguridad para el hogar, la salida “No go” tendría que estar conectada a algún tipo de sirena u otro dispositivo alarmante para que la entrada de un código incorrecto disuadiera a una persona no autorizada de intentar otra entrada de código. De lo contrario, ¡no tomaría mucho tiempo probar todas las combinaciones (0000 a 1111) hasta que se encontrara la correcta! En este experimento, no describo cómo trabajar este circuito en un sistema de seguridad real o mecanismo de bloqueo, sino solo cómo hacer que reconozca un código pre-ingresado.

El código de “clave” que debe coincidir en la matriz de conmutadores de entrada de datos debe estar oculto a la vista, por supuesto. Si esto fuera parte de un sistema de seguridad real, el conjunto del interruptor de entrada de datos estaría ubicado fuera de la puerta y el conjunto del interruptor de código de llave detrás de la puerta con el resto de los circuitos. En este experimento, es probable que localice los dos conjuntos de interruptores en dos placas de prueba diferentes, pero es completamente posible construir el circuito usando solo un conjunto de interruptor DIP (8 posiciones). Nuevamente, el propósito del experimento no es hacer un sistema de seguridad real, sino simplemente presentarle el principio de comparación de código de puerta XOR.

Es la naturaleza de una puerta XOR emitir una señal “alta” (1) si las señales de entrada no están en el mismo estado lógico. Los terminales de salida de las cuatro puertas XOR están conectados a través de una red de diodos que funciona como una puerta OR de cuatro entradas: si alguna de las cuatro puertas XOR emite una señal “alta”, que indica que el código ingresado y el código clave no son idénticos, entonces una señal “alta” se pasará a la lógica de la puerta NOR. Si los dos códigos de 4 bits son idénticos, entonces ninguna de las salidas de puerta XOR será “alta”, y la resistencia desplegable conectada a los lados comunes de los diodos proporcionará un estado de señal “bajo” a la lógica NOR.

La lógica de puerta NOR realiza una tarea sencilla: evitar que cualquiera de los LED se encienda si no se presiona el botón “Enter”. Solo cuando se presiona este pulsador puede activarse cualquiera de los LED. Si se presiona el interruptor Enter y las salidas XOR son todas “bajas”, se encenderá el LED “Go”, indicando que se ha ingresado el código correcto. Si se presiona el interruptor Enter y alguna de las salidas XOR es “alta”, se encenderá el LED “No ir”, indicando que se ha ingresado un código incorrecto. Nuevamente, si se tratara de un verdadero sistema de seguridad, sería prudente que la salida “No ir” hiciera algo que disuada a una persona no autorizada de descubrir el código correcto mediante prueba y error. En otras palabras, debería haber algún tipo de penalización por ingresar un código incorrecto. ¡Deja que tu imaginación guíe tu diseño de este detalle!